Вопрос №1 Физико-механические и технологические свойства почвы. Методы их определения.

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

Пластичность — способность почвы изменять свою форму под влиянием внешних сил и сохранять эту форму впоследствии.

Пластичность проявляется только при увлажнении почвы и тесно связана с механическим составом (глинистые почвы пластичны, песчаные — непластичны). На пластичность влияют состав колло­идной фракции почвы, поглощенных катионов и содержание гуму­са. Например, при содержании в почве натрия ее пластичность усиливается, а при насыщении кальцием — снижается. При высо­ком содержании гумуса пластичность почвы уменьшается.

Липкость — способность почвы прилипать к различным поверх­ностям. В результате прилипания почвы к рабочим частям ма­шин и орудий увеличивается тяговое сопротивление и ухудшается качество обработки почвы. Липкость возрастает при увлажнении. Высокогумусированные почвы (например, черноземы) даже при высоком увлажнении не проявляют липкости. У глинистых почв липкость наибольшая, у песчаных — наименьшая. Увеличение степени насыщенности почвы кальцием способствует уменьшению, а насыщение натрием — увеличению липкости. С липкостью свя­зано такое агрономическое и ценное свойство почвы, как физичес­кая спелость. Состояние, когда почва при обработке не прилипа­ет к орудиям и крошится на комки, отвечает ее физической спе­лости.

Набухание — увеличение объема почвы при увлажнении. Оно присуще почвам, содержащим много коллоидов, и объясняется связыванием коллоидами молекул воды. Почвы с большим содер­жанием поглощенного натрия (солонцы) набухают больше, чем содержащие много поглощенного кальция. Набухание может вы­звать неблагоприятные в агрономическом отношении изменения в пахотном горизонте. Вследствие набухания частички почвы мо­гут быть настолько разделены пленками воды, что это приведет к разрушению структурных отдельностей.

Усадка — уменьшение объема почвы при высыхании. Это об­ратный процесс набуханию. При высушивании почвы вследствие усадки появляется трещиноватость.

Связностью и твердостью почвенной массы определяются такие важнейшие технологические показатели, как сумма энергетичес­ких затрат, расход горючего и смазочных материалов, износ ма­шин и орудий.

Связность почвы — способность сопротивляться внешнему уси­лию, стремящемуся разъединить ее частицы. Обусловливается она силами сцепления между частичками почвы. Связность определя­ет твердость почвы, то есть сопротивление, которое оказывает поч­ва проникновению в нее под давлением какого-либо предмета. Определяется это свойство специальными приборами — твердоме­рами. Высокая твердость является признаком плохих физико-хи­мических и агрофизических свойств почвы. Твердость почвы влия­ет на сопротивление при обработке.

Удельное сопротивление — усилие, затрачиваемое на подреза­ние пласта, его оборот и трение о рабочую плужную поверхность. В зависимости от механического состава, физико-химических свойств, влажности и агрохозяйственного состояния земли удель­ное сопротивление почвы изменяется в пределах от 0,2 до 1,2 кг/см2.

Физико-механические свойства почв улучшают химической ме­лиорацией при условии применения передовой агротехники.

Физико-механические свойства почв проявляются при взаимодействии с внешними нагрузками. В зависимости от условий взаимодействия грунтов и почв с нагрузками выделяется несколько типов физико-механических свойств: деформационные (проявляются при нагрузках ниже критических, т.е. не приводящие к разрушению), прочностные (напротив, проявляющиеся при нагрузках выше критических, т.е. при разрушении грунта).
Деление свойств грунтов на основные и функциональные является важным вопросом с точки зрения методики исследования почв. Зная основные свойства почв и степень их влияния на функциональные, можно по основным свойствам с большой степенью достоверности предсказывать функциональные свойства. При выделении основных свойств нужно отнести к ним те, которые обусловливают собой наличие других свойств и в то же время являются независимыми от последних. К таким основным свойствам относятся гранулометрический состав, минералогический состав и емкость катионного обмена.

Зависимость физико-механических свойств почв от гранулометрического состава обусловливается тем, что любая почва представляет собой многофазную дисперсную систему, общая энергия всякой дисперсной системы слагается из внутренней энергии и поверхностной. Поверхностная энергия пропорциональна удельной поверхности дисперсной фазы и величина ее тем больше, чем мельче раздроблена эта фаза. Поверхностная энергия, как свободная энергия, может совершать работу, отсюда -чем большей поверхностной энергией будет обладать почва, тем в большей степени будут в ней выявлены свойства, обусловленные этой энергией, как, например, пластичность, липкость, набухание и усадка и др.

Не менее ясна зависимость физико-механических свойств от минералогического состава. Различные минералы обладают разной формой, твердостью, упругостью, поэтому почвы из разных минералов должны обладать и неодинаковыми свойствами, при прочих равных условиях. Однако, это различие, ясное в крупно-частичных грунтах, должно постепенно сглаживаться с увеличением степени дисперсности, если принять во внимание, что в природе частицы грунтов покрыты пленкой воды. Значение пленки воды, ничтожное в крупнозернистом материале, будет увеличиваться с уменьшением диаметра частиц: пленка воды, обладая определенной толщиной, будет нивелировать формы различных минералов. При высокой степени дисперсности частиц почвы более важное значение в отношении физико-механических свойств имеет величина их поверхности и меньшее - форма частиц, тогда как в грубодисперсных грунтах с изменением их размеров, абсолютные величины поверхности остаются очень малыми, и поэтому значение поверхности в них небольшое. Точно также с увеличением дисперсности должно падать в них и значение свойств упругости. Крупные частицы, обладающие большой упругостью, при внешних на них воздействиях, легко изменяют свою форму и свое взаимное расположение и, благодаря этому, могут обуславливать большие деформации грунта. Разница же в размерах очень малых частиц в различных направлениях сглаживается, взаимное положение одной частицы относительно другой становится более безразличным, а поэтому и деформации грунтов будут меньшими.

Установлено, что с изменением состава поглощенных оснований свойства почв резко изменяются. Двух- и трехвалентные катионы и ионы водорода способствуют образованию уплотненных агрегатов глинистых частиц с высокопрочными связями между ними. Одновременно со сближением частиц в агрегатах возникает повышенная межагрегатная пористость. Ионы натрия вызывают дезагрегацию частиц. Ионы К, Н, Al, Fe образуют прочную связь между частицами глины и поэтому способность их к набуханию заметно уменьшается. Прочность связи между частицами зависит не от вида и количества поглощенных катионов, а от того, каков состав обменных катионов при данном минералогическом составе.