Материал: Pochvovedenie_Kovda_chast1

14.2. Прочностные свойства

Связность характеризует способность почвы оказывать сопро­ тивление разрывающему усилию, стремящемуся разъединить ме­ ханические элементы, т. е. определяет свойство взаимного сцеп­ ления частиц почв. Выражается она в кг/см2. Связность необ­ ходимо учитывать при оценке таких важных производственных характеристик почвы, как удельное сопротивление, сцепление. Этот показатель характеризует прочность структуры, что также важно знать при оценке мелиоративных характеристик почв.

Связность зависит от гранулометрического и минералогиче­ ского состава почв, количества и состава клеющих компонентов, обменных оснований, содержания органического вещества, влаж­ ности. Обусловлена она явлениями адсорбции, когезии, цемента­ ции. Наибольшей связностью обладают почвы, имеющие в своей основе монтмориллонитовые глины. По мере облегчения грану­ лометрического состава почв и увеличения доли в них каолинита прочность структурных связей снижается, уменьшается и их связность. Оструктуривание почв, увеличивая прочность отдель­ ных агрегатов, в целом уменьшает связность почв, облегчает их обработку, оптимизирует развитие корневых систем. Увели­ чение концентрации электролитов в почвенном растворе спо­ собствует коагуляции и снижает связность почв. В то же время присутствие соды и увеличение доли натрия в почвенном погло­ щающем комплексе способствуют пептизации частиц и увеличе­ нию связности почв. Этим обусловлена высокая связность солон­ цов и многих слитых почв.

В наибольшей степени на связность почв оказывает влияние содержание в них воды. Монтмориллонитовые почвы при естест­ венной влажности имеют связность порядка 10—50 кг/см2, при сильном иссушении она увеличивается до 200—250 кг/см2. Та­ ким образом, максимальная связность характерна для сухих слитых почв. Связность в них определяется явлениями коге­ зии — слипанием однородных по своей химической природе час­ тиц за счет непосредственного взаимодействия их поверхностей, обусловленного энергией поверхностного натяжения при дегидра­ тации.

Влияние органического вещества на связность почв двояко. Гумус увеличивает связность песчаных почв и снижает у гли­ нистых за счет увеличения их агрегированности и снижения площади соприкосновения.

С прочностью сцепления почвенных частиц тесно связана твердость почв. Твердостью называется свойство почвы в естест­ венном залегании сопротивляться сжатию и расклиниванию. Из­ меряется твердость при помощи твердомеров и выражается в кг/см2. При одной и той же плотности твердость ненабухающих почв в зависимости от влажности может существенно меняться. Твердость почв обусловлена теми же характеристиками, что и связность (минералогией, дисперсностью, наличием электроли-

238

тов, составом обменных оснований, содержанием гумуса, влаж­ ностью). Она оценивается уже при полевом описании. При этом выделяются следующие градации: рыхлая, рыхловатая, уплот­ ненная, твердая, очень твердая почва. Твердость почв изменяет­ ся в очень широких пределах: от 5 до 60 кг/см2 и выше (табл. 45). Самой большой твердостью в сухом состоянии харак­ теризуются слитые почвы и солонцы. Оценивая твердость гене­ тических горизонтов как наиболее твердые, можно выделить со­ лонцовые, слитые, иллювиальные горизонты, плужную подош­ ву, почвенные коры.

Т а б л и ц а 45. Твердость различных почв

Твердость почв определяет тяговое усилие сельскохозяйст­ венных орудий. Сила тяги, отнесенная к единице рабочей пло­ щади обрабатывающего орудия, называется удельным сопротив­ лением. Удельное сопротивление определяется как

K=P/аб, (69)

где Р — сила тяги, кг; а — глубина пахоты, см; б — ширина за­ хвата плуга, см.

Удельное сопротивление почв резко повышается с уменьше­ нием и увеличением их влажности, становясь минимальным в некотором оптимальном диапазоне влажности, характерном для каждой почвы (рис. 46). При снижении влажности резко уве­ личивается твердость почв, растет их удельное сопротивление, увеличиваются энергетические затраты на обработку. При увели­ чении влажности увеличивается липкость почв, растет сила сцепления почвенных частиц с поверхностью обрабатывающих орудий, что также приводит к увеличению удельного сопротив­ ления. При повышенной влажности не происходит крошения поч­ вы и образования агрономических ценных агрегатов, происходит заглыбление почв. Обработка сухих почв распыляет почву, что снижает их противоэрозионную стойкость и существенно ухуд­ шает поверхностные свойства. Удельное сопротивление чернозе­ мов в диапазоне оптимальной влажности, по данным А. Ф. Про­ нина, колеблется в пределах 0,25—0,64 кг/см2 (табл. 46). Удель­ ное сопротивление почв в естественных условиях имеет диапазон от 0,2 до 1,2 кг/см2.

239

Удельное сопротивление почв

вдиапазоне влажности 30—70% от общей влагоемкости находится

впрямой зависимости от их твер­ дости Это позволяет в расчетах использовать показатели твердос­ ти почв, так как определение удельного сопротивления доволь­ но сложный процесс

14.3. Реологические свойства

Одним из главных реологиче­

кривая 2 — ских свойств почв является их пластичность Пластичностью

называется способность почв ме­ нять свою форму (деформироваться) под действием внешних сил (без разрывов и трещин) и сохранять полученную форму после прекращения механического воздействия Пластичность опреде­ ляет консистенцию почвы — степень подвижности слагающих почву частиц под влиянием механического воздействия при раз­

б) полутвердая — переходное состояние между твердым и плас­

В обычных условиях для почв характерны четыре первые формы консистенции. Однако в некоторых почвах с сильным переувлаж­ нением в отдельные периоды наблюдаются и текучие состояния. Они определяют подвижность (ползучесть) почв — способность ее в переувлажненном состоянии течь под влиянием собственной

создаются специфические солифлюкционные формы рельефа Частный случай текучести — тиксотропность, когда переувлаж­ ненные почвы приобретают текучесть при механическом воздей­ ствии и снова переходят в твердое состояние в покое Подобное явление обусловливает высокую уязвимость тундровых ландшаф­ тов, когда даже при небольших механических воздействиях про­ исходит сползание тиксотропных масс по водоупорам и на по­ верхность выходят мерзлые неплодородные грунты Определен­ ное влияние оказывает текучесть (ползучесть) и на развитие эрозионных процессов на склонах

Условными характеристиками консистенции почв являются

240

константы Аттерберга: I) верхний предел пластичности, или предел текучести, — массовая влажность почв, при которой стан­ дартный конус под действием собственной массы (76 г) погру­ жается в почвенный образец на 10 см; 2) нижний предел плас­ тичности — граница между полутвердым и пластичным состоя­ нием почвы — массовая влажность, при которой образец можно раскатать в жгут диаметром в 3 мм без образования разрывов и трещин; 3) число пластичности — разность между числовым выражением верхнего и нижнего пределов пластичности. Число

Т а б л и ц а 46. Удельное сопротивление черноземов

пластичности показывает диапазон влажности, в котором прояв­ ляются пластичные свойства почв.

Пластичность определяется гранулометрическим составом и формой слагающих почву частиц. Пластичность глин вдвое больше пластичности суглинков и втрое больше пластичности супесей. Пески практически непластичны. Числа пластичности для них соответственно равны 35—40, 10—20, 5—10 и 0. Наи­ большей пластичностью обладают набухающие частицы пластин­ чатой и чешуйчатой формы. При прочих равных условиях почвы, имеющие в илистой фракции монтмориллонитовые минералы, всегда будут более пластичны, чем почвы с преобладанием каолинита.

Пластичность зависит от состава поглощенных оснований, так как они определяют степень гидратации почв. Увеличение содержания солей в почвенном растворе уменьшает толщину диффузионного слоя, снижает число пластичности. Таким обра­ зом, показатели консистенции почв могут дать информацию о гидрофильности глинистой фракции, которая определяется как

241

Оба эти показателя приобретают особую ценность при изу­ чении изменений свойств почв в процессе сельскохозяйственной деятельности, так как они отражают суммарный эффект измене­ ния их дисперсности, минералогии, степени засоления, состава обменных оснований, агрегированности, гидрофильности.

С пластичностью почв связана их вязкость — внутреннее трение, возникающее при «течении» почвы. Вязкость почв следу­ ет изучать при исследовании эрозионных процессов, а также при расчетах производственных характеристик, связанных с обработ­ кой почв.

Липкость — свойство дисперсионных систем прилипать к по­ верхности различных тел. Липкость почв количественно характе­ ризуется усилием в ньютонах, необходимым для отрыва металли­ ческой пластинки от поверхности почвы, и выражается в Н/см2. Проявляется липкость лишь во влажном состоянии, что обус­ ловлено силами молекулярного сцепления, возникающими на границах раздела между минеральными частицами, тонким слоем воды и поверхностью соприкасающегося предмета. Таким обра­ зом, решающая роль в проявлении липкости принадлежит слабосвязанной воде, и это свойство называется адгезией, а слой воды называется адгезионным слоем.

Свойства адгезионного слоя, его мощность и химический сос­ тав в значительной мере обусловливают характер и интенсив­ ность поверхностных явлений, определяющих липкость почв. Большое влияние на формирование адгезионного слоя оказы­ вает минералогический состав почв, так как он определяет ко­ личество связанной воды. Например, липкость смектитов при равной степени диспергации вдвое выше липкости гидрослюд и в пять раз выше липкости каолинита. Также повышает лип­ кость почв высокое содержание органических веществ (липкость черноземов).

Резко изменяет адгезионные свойства почв состав обменных оснований. Внедрение в почвенный поглощающий комплекс одно­ валентных катионов вызывает диспергацию коллоидных частиц и значительно увеличивает липкость почв. При исследовании влияния различных катионов на липкость каштановых почв П. И. Шаврыгиным был получен следующий убывающий ряд:

Na+ > NH4+ > К + > Mg2 + > Са2 + > Н+ > Fe2 + > Al3+

Увеличение в почвах веществ с положительной адсорбцией (коагулянтов) уменьшает их липкость, с отрицательной — уве­ личивает.

Липкость почв тесно связана с гранулометрическим составом, оструктуренностью почв, их сложением. Все это определяет ха­ рактер и свойства поверхности раздела почва — плоскость пред­ мета. Диспергирование на любом уровне увеличивает площадь внутренней поверхности, усиливает гидрофильность почв, вызы­ вает рост ее липкости. Так, липкость (в Н/см2) песков и супесей (при прочих равных условиях) равна 0,2—0,3, покровных суг-

242