3. Термины и определения

Почвой называют поверхностный диспергированный (измельченный) слой земной коры, важнейшим свойством которого является плодородие. Под плодородием понимают способность почвы удовлетворять в течение всего вегетационного периода потребность культурных растений в пище, воде, воздухе и тепле. Почва — многофазная среда, состо­ящая из перемешанных между собой твердых частиц, воды, возду­ха и живых организмов. От соотношения этих фаз зависят физи­ко-механические свойства и плодородие почвы. Твердые частицы размером более 1 мм относятся к каменистым включениям, менее 1 мм — к мелкозему. Частицы мелкозема условно делят на две фракции: физический песок (частицы размером более 0,01 мм) и физическую глину (частицы размером менее 0,01 мм). По соотношению этих фракций различают глинистые (содержащие физи­ческой глины более 50 %, песка менее 50 %), суглинистые (50...20 и 50...80 %), супесчаные (20...10 и 80...90 %) и песчаные (соответ­ственно менее 10 % и более 90 %) почвы.

Каменистость почвы оценивают по содержанию в ней каменис­тых включений (камней) размером более 3 мм. Различают некаме­нистую (содержание камней до 0,5%), слабокаменистую (0,5...5 %), среднекаменистую (5...10 %) и сильнокаменистую (бо­лее 10 %) почвы.

Структура и строение почвы. Структурной считается почва, содержащая более 55 % водо­прочных агрегатов размером 0,25...10 мм. Они залегают рыхлым слоем с образованием пустот, что обеспечивает благоприятные ус­ловия для роста растений. В зависимости от размеров структур­ных агрегатов различают глыбистую (размер агрегатов более 10 мм), комковатую (3...10 мм), зернистую (0,25...3 мм) и пылевид­ную (менее 0,25 мм) структуры. Агрегаты размером менее 1 мм от­носятся к эрозионно опасным. При содержании их в верхнем слое почвы (О... 5 см) более 50 % создаются условия для возникновения водной и ветровой эрозии почвы.

В бесструктурной почве отсутствуют водопрочные агрегаты, а отдельные твердые частицы образуют монолитное строение по­чвы, затрудняющее перемещение воды, воздуха и развитие корне­вой системы растений.

Свойство отдельных частиц почвы удерживаться друг около друга и сопротивляться механическим воздействиям называется связностью. Связность зависит от механического состава почвы.

Плотность почвы характеризует ее сложение, т. е. взаимное рас­положение почвенных агрегатов. Ее определяют делением массы высушенного образца почвы на его первоначальный объем. Опти­мальная плотность пахотного горизонта для большинства возде­лываемых растений составляет 1...1,2 г/см³. Плотность 1,55...1,6 г/см³считается критической, так как в такой почве растения гибнут. Плотность изменяют обработкой и внесением органических удоб­рений.

Скважность (пористость) почвы характеризуется суммарным объемом пустот в почве, заполненных водой и воздухом. Общую скважность определяют по отношению объема пустот в образце к его общему объему, выраженному в процентах. Общая скважность суглинистых и глинистых почв составляет 50...60%, песчаных— 40...45%, торфяных — 80...90%. Различают некапиллярные и капил­лярные поры. Некапиллярные поры — это промежутки между почвенными агрегатами и отдельными структурными комочками. Имея сравнительно большие размеры, некапиллярные поры не задерживают дождевые воды, и они под действием собственного веса свободно стекают в нижние гори­зонты почвы, а промежутки заполняются воздухом. Капиллярные поры пронизывают преимущественно структурные агрегаты и комочки, имеют очень малые размеры, хорошо задерживают дождевую воду. По капиллярам поднимаются грунтовые воды.

Влажность почвы существенно влияет на ее обработку. Содер­жание влаги в почве в течение годового цикла изменяется от полного насыщения до минимального, а почва переходит от одной консистенции к другой. Время перехода от полутвердой к твердой консистенции считают оптимальным для механической обработ­ки: почва хорошо крошится, не налипает на рабочие органы, зат­раты энергии на ее обработку минимальные. Такое состояние по­чвы называют физической спелостью. Это состояние у подзолис­тых почв соответствует абсолютной влажности 12...15%, дерново-подзолистых — 12...22%, черноземов — 17...30%.

Липкость почв характеризует способность ее частиц склеиваться и прилипать к рабочим органам и колесам сельскохозяйственных машин. Единица измерения липкости Н/см². Для определения липкости почвы силу, которую необходимо приложить, чтобы оторвать прилипшую к почве стальную пластинку, делят на пло­щадь залипания.

Степень липкости почв зависит от ее влажности и дисперснос­ти. При постоянном нормальном давлении липкость с увеличени­ем влажности почвы растет до максимального значения, а затем в результате увеличения толщины водных пленок на поверхности залипания снижается. С увеличением дисперсности (распыла) по­чвы возрастает залипаемость орудий. У распыленной, т. е. бесструктурной почвы липкость начинает проявляться при относительной влажности 40...50 %, у структур­ной — при 60...70 %.

Механические характеристики почвы определяют ее сопротивле­ние перемещению рабочих органов.

Трение скольжения почвы о поверхность рабочего органа называют внешним. Его оценивают по силе F сопротивле­ния почвы перемещению по рабочей поверхности. Эта сила про­порциональна силе N нормального давления почвы на рабочий орган:

.

Коэффициент пропорциональности (коэффициент трения) зависит главным образом от гранулометрического состава и влаж­ности почвы. Коэффициент трения песчаных сыпучих почв по стали изменяется от 0,25 до 0,35; песчаных связных — от 0,5 до 0,7; среднесуглинистых — от 0,6 до 0,9.

Твердость почвы характеризует ее способность сопротив­ляться внедрению твердого тела. При обработке твердой почвы затрачивается больше энергии, чем при обработке менее твердой почвы. Единица измерения твердости почвы Н/см². Чтобы опре­делить твердость почвы, сначала измеряют плотномерами силу сопротивления почвы вертикальному внедрению в нее наконеч­ника прибора различной формы (плунжера, конуса, шара, ци­линдра), а затем делят эту силу на площадь поперечного сечения внедряемого тела.

Сопротивление деформациям характеризует прочность почвы. При обработке почвы различными рабочими органами она испытывает деформации сжатия, растяжения, сдви­га, кручения и их комбинации. Временное сопротивление почвы (до начала ее крошения) при различных видах деформации варьи­рует в широких пределах. Например, суглинистая почва при абсо­лютной влажности 21...28 % имеет временное сопротивление рас­тяжению 5...6 кПа, сдвигу 10...12 кПа, сжатию 65...108 кПа. Следо­вательно, рыхление почвы с минимальным расходом энергии воз­можно при использовании рабочих органов, обеспечивающих растяжение почвенного пласта.

Абразивность почвы оценивают по содержанию в ней физического песка с большим количеством каменистых включе­ний (размером 0,25...Змм), являющихся причиной повышенного истирания (износа) рабочих органов. По критерию абразивного износа почвы делят на три группы: с малой (содержание песка до 80%), средней (80...95%) и повышенной (95...100%) изнашиваю­щей способностью. Абразивный износ лемехов при вспашке 1 га почв первой группы составляет 2...30 г, второй группы — 30... 100 г, третьей — 100...450 г.

Удельное сопротивление почвы является обоб­щенной характеристикой трудности ее обработки. Коэффициент Кс удельного сопротивления почвы при вспашке определяют из­мерением тягового сопротивления плуга .Р и делением его на пло­щадь поперечного сечения поднимаемого пласта:

где а — глубина вспашки, см; b — ширина захвата корпуса, см; n — число корпусов.

По удельному сопротивлению различают почвы легкие (KC ≤ 3Н/см²), средние (Кс = 3...5 Н/см²), среднетяжелые (Кс = 5...7 Н/см²), тяже­лые (Кс=7...12 Н/см²) и очень тяжелые (Кс > 12 Н/см²).

Пластичность — свойство почвы деформироваться под действием внеш­них сил и сохранять деформирован­ное состояние после прекращения их действия. Пластичность зависит от механического состава почвы и степени ее влажности. Пластичность определяют чис­лом, представляющим собой разность верхнего и нижнего пределов влаж­ности (в относительных единицах). За нижний предел принимают такую влажность Ω_H почвы, при которой она становится способной раскаты­ваться на тонкие стержни диаметром 3 мм (по М. Н. Летошневу), а за верхний — влажность Ω_B , при кото­рой даже при незначительном сотрясении почва начинает расплываться. Так, например, для среднесуглинистого чернозема Ω_B = 34,7% и Ω_H = 18,2%, число пластичности равно 34,7 — 18,2 = 16,5; для тяжелого глинистого чернозема Ω _B = 54,0% и Ω _H = 26,7%, следовательно, число пластичности равно 27,3.

Под упругостью понимают свойство почвы частично восстанавливать свою первоначальную форму и размеры, после прекращения действия внешних сил, вызывающих деформацию. Упругие деформации некоторых почв при первом нагружении достигают 30—50%, а при повторных нагружениях 70—80% общей деформации (по Ю. В. Луканину).

Сдвигом называют деформацию почвы, при которой ее слои под действием приложенных к почве тангенциальных сил сдвигаются один относительно другого. Сдвиг характеризуется показателем Ψ, представляющим собой от­ношение сдвигающего усилия Т к силе нормального давления N:

Для рыхлых, несвязных почв показатель сдвига равен коэффициенту внутреннего трения f'.