Зміст
Вступ
1. Властивості ґрунтів
1.1 Загальні фізичні властивості ґрунту
2. Фізіко-механічні властивості ґрунту
3. Водні властивості та водний режим ґрунту
3.1 Стан і форми води в ґрунті
3.2 Водні властивості ґрунту
3.3 Водний баланс і типи водного режиму ґрунту
4. Повітряні властивості ґрунту
4.1 Склад ґрунтового повітря та його роль у ґрунтоутворенні
4.2 Повітряні властивості і повітряний режим ґрунту
5. Теплові властивості та тепловий режим ґрунту
Література
Вступ
Тема реферату "Властивості ґрунтів" з дисципліни "Ґрунтознавство".
До властивостей ґрунту належать загальні фізичні, фізико-механічні, водні, повітряні і теплові властивості. Фізичні властивості впливають на характер процесу ґрунтоутворення, родючість ґрунту та розвиток рослин.
Мета роботи - розглянути загальні фізичні властивості ґрунту, фізіко-механічні властивості ґрунту, водні властивості та водний режим ґрунту, повітряні властивості ґрунту, теплові властивості та тепловий режим ґрунту.
1. Властивості ґрунтів
1.1 Загальні фізичні властивості ґрунту
Загальними фізичними властивостями ґрунту є щільність твердої фази, щільність непорушеного ґрунту і його пористість.
Щільність твердої фази - інтегрована щільність всіх компонентів твердої фази ґрунту (уламки гірських порід, новоутворені мінерали, органічні частки). Верхні горизонти ґрунту мають меншу щільність, ніж нижні тому, що щільність гумусу становить 1.4-1.8, а щільність мінеральних компонентів - 2.3-3.3.
Щільність ґрунту - маса одиниці об'єму ґрунту в непорушеному і сухому стані. Завдяки наявності пор, виповнених повітрям, щільність ґрунту значно менша, ніж щільність його твердої фази. Так, щільність ґрунту верхніх горизонтів становить 0.8-1.2 г/см3 , а нижніх - 1.3-1.6 г/см3 , щільність твердої фази відповідно 2.4-2.6 і 2.6-2.7.
Пористість ґрунту - сумарний об'єм всіх пор між частками твердої фази одиниці об'єму. Цю величину розраховують за формулою
%,
де V - щільність ґрунту;
D - щільність твердої фази ґрунту;
- об'єм твердої фази ґрунту;
- об'єм пор в одиниці об'єму.
Загальні фізичні властивості ґрунту залежать від мінерального, механічного і структурного складу. Так, гумусний горизонт структурного ґрунту (наприклад, чорнозему) має високу пористість (до 70%), а безструктурного глинистого ґрунту значно меншу (<50%).
ґрунт тепловий водний повітряний
2. Фізіко-механічні властивості ґрунту
Основними фізико-механічними властивостями ґрунту є липкість, пластичність, набухання і усадка. Всі вони залежать від вмісту в ґрунті глинистих мінералів.
Пластичність - це здатність ґрунту змінювати свою форму під впливом сили та зберігати її після усування цієї сили. Найбільшу пластичність мають ґрунти з великим вмістом глини, у песчаних ґрунтів пластичність відсутня. Пластичність залежить також від складу увібраних катіонів та вмісту гумусу. При значному вмісті увібраних катіонів натрію пластичність ґрунту зростає, а при насиченні кальцієм - зменшується. При збільшенні вмісту гумусу пластичність ґрунту зменшується.
Липкість - властивість ґрунту, яка корегує з пластичністю і теж залежить від вмісту глинистих часток та води. Липкість визначається силою, яка потрібна для відриву металевої пластинки від ґрунту, та виражається в г/см2 . Ґрунти підрозділяють на гранично в'язкі (більше 15 г/см2 ), сильно в’язкі (5-15 г/см2 ), середньо в’язкі (2-5 г/см2 ) та слабо в’язкі (менше 2 г/см2 ). З липкістю пов'язана фізична зрілість ґрунту, тобто стан, при якому грунт готовий до обробітку. Набухання - це збільшення об'єму ґрунту при зволожуванні. Найбільше набухання мають глинисті ґрунти з високим вмістом колоїдів. При значному набуханні руйнується структура ґрунту. Усадка - процес, протилежний набуханню. При сильній усадці розриваються корні рослин, збільшуються витрати вологи. Чим більше набухання ґрунту, тим сильніше його усадка. Для поліпшення фізичних та фізико-механічних властивостей ґрунту використовують комплекс засобів: внесення органічних добрив, обробіток багаторічних трав, вибір термінів та прийомів обробітку ґрунту в залежності від стану його зволоження, використання засобів, що знижують ущільнювання ґрунту транспортними засобами (мінімізація обробітку тощо).
3. Водні властивості та водний режим ґрунту
Ґрунт як багатофазна система містить в собі воду. Вода надходить в ґрунти у вигляді атмосферних опадів, в процесі конденсації водяних парів з атмосфери, в результаті капілярного підняття ґрунтових вод та під час зрошення. Вода відіграє дуже важливу роль у ґрунтоутворенні. Від вмісту води в ґрунті залежить інтенсивність біологічних, хімічних і фізико-хімічних процесів. Вода забезпечує переміщення речовин в просторі, впливає на повітряний, поживний і тепловий режими ґрунту. Сезонна динаміка ґрунтоутворюючих процесів значною мірою відбувається під впливом ґрунтових вод. Продуктивність ґрунтів залежить від їх водного режиму.
Вчення про водні властивості і водний режим ґрунтів є окрема галузь ґрунтознавства - гідрологія ґрунтів. Над створенням цієї галузі працювало багато вітчизняних і зарубіжних вчених (О.О. Ізмаїльський, Г.М. Висоцький, О.Г. Дояренко, О.А. Роде, Б. Кін та ін.).
3.1 Стан і форми води в ґрунті
Вода в ґрунті перебуває в трьох станах: твердому, рідкому і газоподібному. За фізичним станом, рухомістю і доступністю для живих організмів ґрунтову воду поділяють на форми: пароподібну, хімічно зв’язану, сорбційно зв’язану і вільну.
Пароподібна вода.
В ґрунтовому повітрі завжди міститься водяна пара. Повітря нормально зволоженого ґрунту насичено водяною парою до 100%. Пароподібна вода є динамічною формою. Вона безперервно утворюється в ґрунті, переміщується з одного горизонту в інший, перетворюється на інші форми: вільну або сорбційну. Всі ці процеси зумовлені змінами температури ґрунту та атмосферного тиску. Разом з переміщенням водяної пари, особливо в процесі випаровування, відбувається переміщення по профілю ґрунту розчинених в ньому речовин.
Хімічно зв’язана вода.
Багато мінералів ґрунту містять в своєму складі молекули води (Na2 SO4 ×10H2 O; CaSO4 ×2H2 O; MgCl2 ×6H2 O та ін.). Цю форму води називають кристалізаційною. Крім того виділяють конституційну воду, яка представлена в мінеральних, органічних і органо-мінеральних сполуках гідроксильною групою ОН. Ці форми води входять до складу твердої фази ґрунту, вони є нерухомі і недоступні для рослин.
Сорбційно зв’язана (або фізично зв’язана) вода. Молекули (диполі) води вбираються поверхнею негативно заряджених колоїдів ґрунту і орієнтуються по позитивним полюсом до ядра міцели. Залежно від міцності утримання води міцелою її поділяють на міцно зв’язану (гігроскопічну) і слабко зв’язану (плівчасту).
Гігроскопічна вода утворюється за рахунок сорбції молекул водяної пари на поверхні колоїдних часток, міцно утримується сорбційними силами (10000-20000 атм.) в тому є нерухомою. Густина її досягає 1.5-1.8 г/см3 , не розчиняє хімічні сполуки, не замерзає і не доступна для рослин. Кількість гігроскопічної води в ґрунті залежить від температури, насиченості ґрунтового повітря водяною парою, механічного і мінералогічного складу ґрунту та вміст в ньому гумусу. Найбільшу кількість води, яку може увібрати ґрунт з пароподібного стану (при вологості повітря 94-98%) називають максимальною гігроскопічністю ґрунту.
Сорбційні сили колоїдів ґрунту повністю не врівноважуються молекулами гігроскопічної води навіть при досягненні максимальної гігроскопічності. Залишкові сили здатні вбирати і утримувати (з силою 1-10атм) певну кількість рідкої води, яку називають плівчастою. За фізичним станом вона перебуває у в’язко-рідкій формі і здатна переміщуватися в різних напрямах від більш товстих до тонших. Ця форма води частково доступна для рослин. Вона розчиняє і переміщує з незначною швидкістю водорозчинні солі.
Вільна вода - вода ґрунту, яка не піддається дії сорбційних сил. Ця форма не має молекул, які орієнтовані до колоїдних часток ґрунту. В ґрунтах вона міститься у двох форма: капілярній і гравітаційній.
Капілярна вода знаходиться у порах малого діаметра - капілярах. Утримується під дією капілярних або меніскових сил. Природу виникнення цих сил вивчають у курсі фізики. Згідно з законом Лапласа, меніскові сили будуть більші там, де вужчий капіляр, а це, в свою чергу, зумовлює висоту капілярного підняття. Крім того, меніскові сили посилюються силами змочування.
При позитивних температурах капілярна вода перебуває в рідкому стані і вільно випаровується з поверхні менісків, при мінусових - замерзає. Це основна форма води, яку засвоюють рослини. Вона дуже рухлива, розчиняє органічні і мінеральні сполуки, перерозподіляє по профілю солі колоїди, суспензії. Висхідний рух води по капілярах поповнює запаси вологи у верхньому горизонті ґрунту.
Висота підняття капілярної води в реальних ґрунтах залежить від їх механічного і структурного складу. В глинистих ґрунтах (які мають тонкі капіляри) вона піднімається на висоту 2-6 м, в піщаних - 40-60 см. В структурних ґрунтах капілярна вода піднімається на незначну висоту і добре зберігається.
Залежно від джерела капілярну воду ґрунту поділяють на капілярно-підвішену, капілярно-підперту і капілярно-посаджену.
Капілярно-підвішена вода заповнює пори зверху після дощу, танення снігу, підчас зрошення, тривалий час зберігається в ґрунті і доступна для рослин. Утримується в ґрунтах завдяки різниці тиску на поверхню верхнього і нижнього менісків. Нижче зволоженого шару залишається сухий шар ґрунту. Отже, вода вологого шару начебто “висить" над сухим. Інтенсивне випаровування цієї води призводить до засолення поверхневого шару ґрунту.
Капілярно-підперта вода формується за рахунок підняття ґрунтових вод. Вона підперта водоносним горизонтом. Шар ґрунту, який містить капілярно-підперту воду над водоносним горизонтом, називають капілярною каймою. Потужність її залежить від водопідіймальної здатності ґрунту. Вміст води в каймі збільшується зверху донизу.
Капілярно-посаджена (підперто-підвішена) вода акумулюється в шаруватих ґрунтах, в дрібнозернистих шарах, під якими залягають крупнозернисті. На межі тонко дисперсного і грубо дисперсного горизонтів, внаслідок різкої зміни розмірів капілярів, виникають додаткові нижні меніски, які утримують деяку кількість капілярної води. Дана вода начебто “ посаджена ” на ці меніски.
Гравітаційна вода - вода атмосферних опадів та поливна, яка заповнює широкі пори ґрунту і переміщується по профілю ґрунту під силою земного тяжіння. За нормальних умов вона перебуває в рідкому стані, розчиняє хімічні сполуки і переміщує їх вниз по профілю.
Гравітаційна вода витісняє повітря з ґрунту, створюючи несприятливі умови (анаеробні) для життя рослин та інших організмів. Зменшення кількості гравітаційної води в ґрунті здійснюють осушенням.
3.2 Водні властивості ґрунту
Основними водними властивостями ґрунту є водопроникність, водо утримуюча здатність (вологоємкість), водопідіймальна здатність, доступність води для рослин.
Водопроникність ґрунтів - здатність ґрунтів пропускати через себе воду, яка надходить з поверхні. Залежить від механічного, структурного і хімічного складу ґрунтів, його щільності, пористості, вологості і тривалості зволоження. Глинисті ґрунти мають низьку водопроникність, піщані і структурні - високу. Набухання колоїдів ґрунту різко знижує водопроникність ґрунту.
Вологоємність ґрунту - здатність поглинати і утримувати певну кількість води. Виділяють такі види вологоємкості: максимальна гігроскопічна, максимальна молекулярна (плівчаста), капілярна, найменша (польова) і повна.
Найменшою (польовою) вологоємкістю є кількість капілярно-підвішеної води, яку утримує ґрунт в даний момент при глибокому заляганні ґрунтових вод. В структурних ґрунтах вона становить 30-35, а в піщаних - 10-15%. За її величиною розраховують норми поливу. Різницю між найменшою вологоємкістю і фактичною вологістю ґрунту називають дефіцитом вологи.
Повна вологоємкість - найбільша кількість вологи, яку може увібрати і утримати ґрунт. В цьому разі в ґрунті міститься максимальна кількість всіх форм води. Її величина залежить від механічного, структурного складу і пористості ґрунту. Повна вологоємкість більшості ґрунтів становить 40-50%. Цю величину також використовують для розрахунків норм поливу.
Вологість в’янення (коефіцієнт в’янення) - вологість ґрунту, за якої проявляються ознаки в’янення рослин. Ця величина залежить від властивостей ґрунту (механічний склад, засолення, наявність торфу тощо) і біологічних особливостей рослин. Вологість в’янення глинистих ґрунтів становить 20-30%, піщаних - 1-3%, торфових - 60-80%. Вологолюбні рослини починають в’янути при вищій, посухостійкі - при нижчій вологості ґрунту.
3.3 Водний баланс і типи водного режиму ґрунту
Під водним режимом ґрунту розуміють сукупність всіх явищ надходження води в ґрунт, її переміщення, змін фізичного стану і витрати з ґрунту.
Кількісним вираженням водного режиму є водний баланс.
Водний баланс - це співвідношення всіх статей прибутку і всіх статей видатку води з ґрунту за певний період.
Основними статтями надходження води в ґрунт є: сума опадів за весь період спостереження, волога, яка надійшла з ґрунтових вод, кількість конденсаційної вологи, вода поверхневого стоку, вода від бічного притоку ґрунтових вод.
Витрачається вода на випаровування з поверхні ґрунту, на транспірацію (десукцію). На поповнення поверхневий стік, на бічний підґрунтовий стік.
Залежно від клімату і рельєфу в різних ґрунтово-кліматичних зонах водний баланс і відповідно водний режим ґрунтів будуть неоднакові. Водний режим зумовлюється співвідношенням суми статей прибутку і суми статей видатку вологи. Практично тип водного режиму визначають за коефіцієнтом зволоження (КЗ) (відношення річної суми опадів до річного випаровування), який в природних умовах коливається від 3 до 0.1.
Вчення про типи водного режиму розробили Г.М. Висоцький і О.А. Роде. В сучасному ґрунтознавстві виділяють всього 14 типів, основними серед яких є:
1. Промивний тип (КЗ>1).
Характерний для зон, де сума річних опадів більше випаровування. Частина води атмосферних опадів промиває ґрунтовий профіль на всю глибину. Легкорозчинні сполуки вимиваються в нижні горизонти. В таких умовах формуються підзолисті ґрунти, червоноземи і жовтоземи вологих субтропіків.
2. Непромивний тип (КЗ<1).
У цьому разі вода атмосферних опадів не досягає рівня ґрунтових вод. Такий тип є характерним для чорноземів і каштанових ґрунтів.
3. Випітний тип (КЗ<1) властивий для ґрунтів напівпустинь і пустинь. Тут переважають висхідні токи води по капілярах від рівня ґрунтових вод, що призводить до засолення ґрунтів.
4. Застійний тип водного режиму характерний для ґрунтів болотного типу, які формуються при високому заляганні ґрунтових вод.
5. Іригаційний тип встановлюється при систематичному зрошенні ґрунту.
Залежно від режиму зрошення в ґрунтах періодично встановлюються промивний, не промивний або випітний режими.
6. Мерзлотний тип водного режиму встановлюється в районах багаторічної мерзлоти.
Інші типи водного режиму в основному є перехідними між раніше зазначеними або їх варіантами.
4. Повітряні властивості ґрунту
4.1 Склад ґрунтового повітря та його роль у ґрунтоутворенні
Ґрунтове повітря - це суміш газів і летких органічних сполук, які заповнюють пори ґрунту. Основними джерелами надходження повітря в ґрунт є приземкуватий шар атмосфери і гази, які утворюються в ґрунті. Воно потрібне для дихання коренів рослин, аеробних мікроорганізмів, тваринних організмів.
Ґрунтове повітря перебуває в ґрунті у трьох станах: вільному, адсорбованому і розчинному. Вільне повітря заповнює капілярні і некапілярні пори, легко переміщується в ґрунті і обмінюється з атмосферою. Його газовий склад значно відрізняється від складу атмосферного повітря. Лише вміст азоту залишається близьким до його вмісту в атмосфері.
Вміст СО2 в ґрунтовому повітрі може бути в десятки і сотні разів більший, ніж в атмосфері, а вміст О2 знижується від 20.9 до 10 % і нижче.
Велике значення в ґрунтових процесах має кисень. У грунт з атмосфери він надходить дифузно. Витрачається на дихання коренів, мікроорганізмів. Оптимальні умови для дихання створюються при вмісті О2 в ґрунтовому повітрі близько 20 %. В разі нестачі кисню в ґрунті розвиваються анаеробні процеси, які негативно впливають на родючість грунту.
Високий вміст вуглекислого газу в ґрунтовому повітрі зумовлюється біологічними процесами. За високої концентрації СО2 (>2-3 %) спостерігається пригнічений розвиток рослин.
Дифузію СО2 з ґрунту в приземний шар атмосфери прийнято називати диханням ґрунту. Інтенсивність дихання ґрунту залежить від характеру рослинності, системи обробітку, гідротермічних умов тощо. Воно наростає з півночі на південь. Тундрові ґрунти протягом року виділяють в атмосферу 0,3 т/га, підзолисті - від 3,5 до 30, сірі лісові - від 20 до 60 і чорноземи - від 40 до 70 т/га СО2 . Підвищення концентрації СО2 в приземному шарі атмосфери підвищує інтенсивність фотосинтезу.
4.2 Повітряні властивості і повітряний режим ґрунту
Сукупність фізичних властивостей ґрунтів, які визначають стан і переміщення ґрунтового повітря, називають повітряними властивостями ґрунту. Найважливішими з них є: повітроємкість, вміст повітря, повітропроникність і аерація.
Повітроємність ґрунту - максимальна можлива кількість повітря (в %), яка міститься в повітряносухому непорушеному ґрунті. Ця величина залежить від гранулометричного складу і оструктуреності ґрунту. Піщані і структурні ґрунти мають високу повітроємкість.
Вміст повітря - величина, яка вказує, скільки повітря (в %) містить одна одиниця об’єму ґрунту в даний момент. Вона безперервно змінюється залежно від зміни вологості. Тому максимальний вміст повітря має сухий ґрунт.
Повітропроникністю (газопроникністю) називають здатність ґрунту пропускати крізь себе повітря. Вона залежить від гранулометричного складу і оструктуреності ґрунту, тобто від об’єму і конфігурації пор. Найкращу газопроникність мають структурні розпушені ґрунти.
Аерація ґрунту - безперервний газообмін ґрунтового повітря з атмосферним. В процесі аерації ґрунтове повітря збагачується на кисень, потрібний для дихання живих організмів, а приземний шар повітря - вуглекислим газом, який використовують рослини в процесі фотосинтезу. Аерація ґрунту зумовлюється газовою дифузією внаслідок коливання температури, зміною атмосферного тиску, періодичним зволоженням і висиханням ґрунту та іншими факторами.
Сукупність всіх явищ надходження повітря в ґрунт, зміна його складу, виділення в атмосферу називають повітряним режимом ґрунту. Він постійно змінюється під впливом погодних умов, рослинності, обробітку ґрунту тощо. Найсприятливіший повітряний режим мають структурні ґрунти.
Регулюють повітряний режим ґрунту агротехнічними та меліоративними заходами (розпушення ґрунту, осушення перезволожених земель, створення водо міцної структури тощо).
5. Теплові властивості та тепловий режим ґрунту
Швидкість і характер хімічних, біологічних і фізико-хімічних процесів зумовлюються тепловим режимом ґрунту, який сформувався на даній території.
Тепловим режимом ґрунту називають суму явищ надходження, перенесення, акумуляції і віддачі тепла. Тепловий режим характеризує тепловий стан ґрунту. Основним його показником є температура ґрунту. На формування теплового режиму ґрунту впливають атмосферний клімат (приток сонячної радіації, умови зволоження, континентальність тощо), рельєф, рослинність, сніговий покрив і теплові властивості ґрунту.
Тепловими властивостями ґрунту називають сукупність властивостей, які зумовлюють здатність ґрунту поглинати і переміщувати в своїй масі теплову енергію. До них належать: теплопоглинання, теплоємкість і теплопровідність.
Теплопоглинальна (відбивальна) здатність - здатність ґрунту поглинати (відбивати) променеву енергію
29-04-2015, 00:31