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 властивості ґрунтів 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/см2витрати 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.

 

 

Розділ 6

Водні властивасті грунту

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

Швидкість поглинання безпосередньо залежить від величини шпаруватості і, найголовніше, від розміру шпар: чим вища шпаруватість і крупніші шпари, тим більшою буде водопроникність.

Водопідйомна здатність характеризує здатність вологи підніматися ґрунтовими капілярами. Через гідрофільність мінеральних ґрунтів їх капіляри добре змочуються водою, в них утворюються увігнуті меніски, які спричинюють поверхневий натяг, що ініціює підняття вологи. Капілярні підняття вологи за умови, що кореневмісний шар потрапляє в зону його впливу, набуває великого екологічного значення для ґрунтотворення та агрономічної практики, оскільки водний і сольовий баланс, процеси оглеєння, живлення рослин та багато інших моментів є залежними від капілярного підняття вологи.

Сорбція включає хемосорбцію вологи з включенням її до складу ґрунтових компонентів (наприклад, гіпсу), сорбцію пари води та адсорбцію вологи у рідкому стані і тим самим визначає собою розглянуті вище види вологоємності. Всмоктування і фільтрацію вважають двома стадіями водопроникності. Перша з них відповідає ненасиченому стану ґрунту, а друга — насиченому, коли рух вологи підпорядковується закону Дарсі і залежить від гідравлічного напору та об’єму рідини, що протікає через одиницю площі поперечного перерізу ґрунту за час.

Водопроникність ґрунту є дуже змінним параметром, як у часі (динамічність), так і в просторі (строкатість) — через розбіжність щільності та інших властивостей ґрунтового покриву, нано- та мікрорельєфу, наявність неоднорідностей у профілі (насамперед шаруватості) тощо

Ґрунтова волога представлена трьома категоріями — твердою, рідкою і пароподібною.

Тверда волога з’являється в ґрунті при від’ємній температурі у вигляді крижаних прошарків, лінз, зерен, найтонших кристалів між агрегатами та у великих капілярах. Міцнозв’язаною вважають воду, що міститься в тонких порах, на поверхні чи усередині кристалів і колоїдів Твердою є і хімічно зв’язана (конституційна) вода з її дуже міцним зв’язком з речовинами ґрунту — півтораоксидами, глинистими мінералами, кристалами гіпсу та мірабіліту (кристалізаційна вода), органічними та іншими сполуками як їх складова частина, абсолютно недоступна рослинам й нерухома.

Рідку вологу поділяють за рухомістю, спричиненою ступенем міцності зв’язку з твердою фазою ґрунту, на міцно- та слабкозв’язану, капілярну й гравітаційну (вільну). Міцнозв’язаною є гігроскопічна вода, сорбована з водяної пари повітря на колосальних поверхнях дрібнодисперсних фаз ґрунту, вкриває їх плівками в 1 – 3 молекули. На відміну від хімічно зв’язаної, може пересуватися в ґрунті у вигляді пари у разі зміни температури і відповідної зміни відносної вологості повітря, але через значну міцність зв’язку з ґрунтом ця волога є недоступною для рослин.

Слабкозв’язана (плівкова) волога утворюється в ґрунті після повного його насичення пароподібною і частково сконденсованою вологою. Це рідка форма вологи, що вкриває дрібнодисперсні поверхні багатошаровими плівками. Вона утримується в ґрунті за рахунок спільної дії дисперсійних і частково іонно-електростатичних сил, що зумовлюють існування суцільної плівки довкола часток, а також меніскових сил на стиках ґрунтових часточок. Вона є малорухомою, а отже, майже недоступною рослинам.

Пароподібна вода міститься у великих пустотах і легко перемі-щується внаслідок термодифузії з місць більшої її пружності до меншої. Із зниженням температури пароподібна волога зріджується (конденсується).

Водні режими грунтів:

1) Промивний (пермацидний) тип вирізняється щорічним промочуванням усієї товщі ґрунто-підґрунтя до підґрунтових вод. Частина атмосферних опадів просочується через ґрунт і втрачається з ґрунтовим стоком.

2) Періодично промивний тип є характерним для регіонів з приблизно однаковою річною величиною опадів і випаровування. Залежно від умов року (кількості опадів) формується промивний або непромивний тип водного режиму.

3) Непромивний тип формується на територіях степу і напівпустель із чорноземами звичайними, південними, каштановими ґрунтами, де опадів випадає менше, ніж випаровується, глибина промокання є невеликою, а між нею і капілярною облямівкою лежить шар з постійною вологістю, близькою до вологості в’янення (мертвий горизонт).

4) Випітний (ексудативний) тип притаманний ландшафтам з близьким заляганням підґрунтових (нерідко засолених) вод, за участю яких формуються солончакові та солонцюваті ґрунти сухих степів, напівпустель і пустель.

5) Мерзлотний (кріогенний) тип характеризується наявністю багаторічної мерзлоти, що діє як водоупор, над яким утворюється верховодка. Із цієї причини ґрунти, де домінує цей тип (північні території, тундра), перезволожені й оглеєні.

5) Іригаційний тип зрошуваних територій, залежно від сезону року, може змінюватися від промивного (за інтенсивного зрошення) до випітного (без штучної подачі води).

6) Заплавний тип відрізняється затопленням найнижчого гіпсометричного рівня річкової долини повеневими та паводковими водами, алювіальністю, гідроморфізмом тощо.

Водним режимом горизонту лучного поверхнево солонцюватого грунту є заплавний тип, на це вказує наявність алювію, вмивання мулистих часточок. Наявність процесу оглеєння нижніх горизонтів, можна пояснити близьким розташуванням підземних вод.

У верхньому горизонті лучного поверхнево солонцюватого грунту погана водопроникливість через його щільність та злитість.

Розділ 7

Реакція грунтового розчину. Меліорація грунту.

Ґрунтовим розчином називається динамічно зрівноважений водний розчин біоорганічних, мінеральних, органо-мінеральних речовин (у тому числі газів), сформований у реальних ландшафтно-біокліматичних умовах під впливом зональних типів гідротермічного, водно-повітряного, поживного (трофічного) та інших ґрунтово-екологічних режимів.

Реакція грунтового розчину може бути нейтральною (рН 6,5-7,5), кислою (рН3,5-6,5) або лужною (рН 7,5 і вище).

Залежно від причини, які обумовлюють кислу реакцію грунтового розчину, розпізнають дві форми кислотності: актуальну та потенційну.Під актуальною розуміють кислотність грунту, обумовлену наявністю в грунтовому розчині вільних іонів водню.

Потенційною називають кислотність грунту, яка обумовлена вмістом обмінно-увібраних іонів водню в ГКВК. В грунтознавстві виділяють два ступені потенційної кислотністі: обмінну та гідролітичну. Обмінною називають ту частину потенційної кислотності, яка проявляється під час взаємодії грунту з розчинами нейтральних солей (KCl).

Гідролітичною кислотністю називають ту частину потенційної кислотності, яка проявляється під час взаємодії грунту з розчинами гідролітино лужних солей (СН₃СООNа).

Грунтова кислотність шкідливо впливає не тільки на умови розвиткусільськогосподарських рослин, але й на агрофізичні та інші властивості грунту.У кислих грунтах ідуть інтенсивні процеси руйнування колоїдів. Такі грунти характеризуються низькою природною родючістю та потребують окультурування.

У природі зустрічаються грунти з лужною реакцією грунтового розину. Це грунти солонцьового типу утворення, у колоїдному комплексі яких утримується обмінно-увібраний натрій. Лужна реакція в солонцьових грунтах обумовлена появою соди.В грунтах, багатих обмінно-увібраним натрієм, сода може утворюватись різними шляхами:

1) внаслідок взаємодії ґрунту з грунтовим розчином, в якому є СаСО_3;

2) шляхом взаємодії ґрунту, насиченого натрієм, з атмосферною водою, в якій завжди міститься певна кількість СО₂.

В літературі можна знайти відомості про так званий біохімічний шлях утворення соди в процесі життєдіяльності сульфатредукувальних мікроорганізмів в анаеробному середовищі за наявності достатньої кількості органічної речовини.

Сода обумовлює лужну реакцію, бо як гідролітично лужна сіль вона у водному розчині піддається гідролізу:

Na₂CO₃ + 2H₂O = 2NаОН + СО₂ +Н₂О

Буферна здатність грунту.

Під буферністю розуміють здатність грунту протистояти різким змінам реакції грунтового розчину.Ця властивість грунту проявляється в тому, що під час обробки слабкими розчинами кислот та лугів, а також кислими або лужними розчинами солей рН грунтового розчину змінюється не пропорційно кількості внесених у грунт речовин, а в значно меншій мірі. Таким чином, будь-який грунт відносно до кислих и лужних сполук є в якійсь мірі нейтралізатором, що зменшує дію цих сполук.

Здатність грунтів протистояти підвищенню кислотності залежить перш за все від наявності в них карбонатів кальцію та інших металів.В зв’язку з цим карбонатні грунти завжди характеризуються високою буферністю щодо кислих сполук.

Грунти, які утримують в колоїдному комплексі увібраний водень, проявляють буферність щодо лужних сполук.

В явищах буферності грунтів неабияке значення має фізична поглинальна здатність, тобто здатність грунтових часточок адсорбувати цілі молекули різних сполук з їх розчинів. В грунтах часто зустрічаються розчини солей слабких кислот та сильних основ, виключно буферні.

Буферність грунтів має велике позитивне значення тому, що культурні рослини нормально розвиваються лише в нейтральному середовищі.Різні грунти мають неоднакову буферність. Чим більше в грунті колоїдів, чим вище насиченість колоїдного комплексу кальцію, тим більшу буферність має грунт.

Меліорація грунту.

Меліорація грунту – це поліпшення родючості грунту за допомогою певних заходів.

В залежності від того, які заходи використовуються меліорація може бути:

1. Гідромеліорація:

- зрошувальна;

- осушна;

- протипаводкова;

- протиселева;

- протиерозійна;

- протизсувна.

2. Агролісомеліорація:

- протиерозійна — захист земель від ерозії шляхом створення лісових насаджень на ярах, балках, пісках, берегах річок і інших територіях;

- полезахисна — захист земель від дії несприятливих явищ природного, антропогенного і техногенного походження шляхом створення захисних лісових насаджень

3. Культуртехнічна меліорація:

- розчищення меліорованих земель від деревної та трав'янистої рослинності, купин, пнів і моху;

- розчищення меліорованих земель від каменів та інших предметів; меліоративна обробка солонців;

- розпушування, піскування, глинування, землювання, плантаж і первинна обробка ґрунту;

- проведення інших культуртехнічних робіт.

4. Хімічна меліорація:

- вапнування;

- фосфоритування;

- гіпсування.

Вибір виду меліорації залежить від природно-господарських умов території; як правило, застосовують комплекс меліоративних заходів.

Суть хімічної меліорації полягає не в нейтралізації ґрунтового розчину, а в зміні напрямку процесу грунтотворення шляхом впливу на ГКВК. Хімічна меліорація поділяється на 2 види:

1) вапнування;

2) гіпсування.

Вапування проводять при кислій реакції грунтового розчину. Про необхідність грунтів у вапнуванні судять з величини рН_ксl більше 5,5 – грунт вапнувати не потрібно, 5 - 5,5 - слабо потребує вапнування, 4,5 - 5 середньопотебує вапнування, менше 4,5 – сильно потребує вапнування.

Реакцію вапнування кислих грунтів можна зобразити схематично так:

грунт –2 Н + СаСО₃ = грунт –Са + Н₂О + СО₂

Вапнування грунтів, виконуючи свою позитивну роль у прямій дії, забезпечує одноразове підвищення активності та закріплення в грунті новоутворених гумусових речовин за рахунок підвищення ступеня їх насиченості основами.

Для нейтралізації лужної реакції грунтового розчину проводять гіпсування. Про ступінь необхідності грунту в гіпсуванні судять по відносному вмісту обмінного натрію в ГКВК, якщо натрію менше 5%, то проводити гіпсування не потрібно. Реакцію гіпсування можна зобразити так:

Грунт -2Na + CaSO₄ = грунт –Са + Na₂SO₄

Сірчанокислий натрій, що має нейтральну реакцію, легко вимивається з грунту внаслідок доброї розчинності у воді.

Загалом у горизонті реакція грунтового розчину є лужною, рН водний коливається в межах 8,2 – 8,0. Дані приведені в таблиці 4.

Для того, щоб дізнатись чи треба проводити гіпсування необхідно визначити чи перевищує натрій 5% від ємності катіонного обміну грунту (дані в таблиці 3).

Дано:

Є=34,78 мг-екв/100 г ґрунту

Na⁺=0,36 мг-екв/100 г ґрунту

h=19 см

d=1.3 г/см³

Рішення

34,78 мг-екв/100 г ґрунту – 100%

Х мг-екв/100 г ґрунту – 5%

Х=1,74% Na.

Також у ґрунті міститься достатня кількість K, який теж негативно впливає на ґрунт.

Виходячи з розрахунків ми бачимо, що натрій не перевищує 5% від ЄМП, тому грунт не потребує гіпсування.

Розділ 8