Механическая прочность почвенной структуры: взаимосвязь с физическими свойствами и основной гидрофизической характеристикой

• Автор: Пестонова, Елена Аркадьевна
• Шифр специальности: 06.01.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 117 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. Почвенная структура и ее свойства

1.1 Твердая фаза почвы

1.2 Формирование почвенных агрегатов

1.3 Энергетическое состояние почвенной влаги

1.4 Процесс испарения почвенной влаги

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

2.1 Объекты исследования

2.2 Методы исследования

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

3.1 Прочность воздушно-сухих агрегатов и ее взаимосвязь с физическими свойствами

3.2 Прочность межчастичных связей в почвенных пастах
3.3 Прочность межчастичных связей и кинетика испарения почвенной влаги в почвенных пастах в процессе иссушения
3.4 Прочность почвенных агрегатов и кинетика испарения почвенной влаги
в агрегатах
3.5. Кривые усадки почвенных агрегатов
3.6 Взаимосвязь прочности почвенной структуры и основной гидрофизической характеристики
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

Прочность почвенной структуры обусловлена образованием контактов различных типов между почвенными частицами. О количестве контактов можно судить по показателям пористости почвы, которая изменяется в процессе иссушения. Тип формирующихся контактов в первую очередь обусловлен содержанием влаги в почве. Согласно структурнофункциональному подходу А.Д. Воронина, на кривой основной гидрофизической характеристики (ОГХ) выделяются различные критические состояния, соответствующие изменению форм почвенной влаги. Формы почвенной влаги, ее подвижность можно оценивать по кинетике испарения почвенной влаги. Совместный анализ основополагающих зависимостей физико-механических свойств почв (механической прочности, удельного объема пор, кинетики испарения почвенной влаги и энергетического состояния (основная гидрофизическая характеристика, ОГХ) является актуальной задачей физики почв, так как может являться источником информации о формировании и устойчивости почвенной структуры к различным воздействиям.
Цель работы. Выявление закономерностей формирования и устойчивости почвенной структуры на основании анализа взаимосвязи механической прочности почвенной структуры и основной гидрофизической характеристики.

ГЛАВА 1. Почвенная структура и ее свойства.
1.1 Твердая фаза почвы.
Почва представляет собой трехфазную систему, состоящую из твердой, жидкой и газообразной фаз. Основой всех специфических особенностей почвы как среды для роста и развития растения является ее твердая фаза. Твердая фаза почвы изменяется в процессе почвообразования. В ее состав входят обломки горных пород и минералов разной степени дисперсности, органическое вещество с разной степенью разложения и находящееся с минералами почвы в физическом, химическом и биологическом взаимодействии. В процессе физического выветривания группы минералов ведут себя неодинаково. Наибольшей механической прочностью обладает кварц, за ним следуют полевые шпаты, затем роговые обманки и пироксены, и, наконец, слюды. Менее прочные минералы измельчаются легче, и ими обогащаются мелкие фракции, крупные же фракции обогащаются кварцем (Вершинин, 1958; Розанов, 1983).
Размер почвенных частиц, или дисперсность почвы, имеет очень важное и широкое значение. С дисперсностью почвы связаны ее физические, химические и биологические свойства. Любое твердое тело с измельчением увеличивает свою удельную поверхность. С удельной поверхностью почвы тесно связана свободная поверхностная энергия системы. В процессе диспергирования твердого тела часть ионов атомов и молекул, которые ранее были связаны в кристаллических решетках, выходят на поверхность, и их энергия оказывается некомпенсированной. Таким образом, с увеличением дисперсности, а значит, с увеличением удельной поверхности, возрастает и поверхностная энергия системы. Все системы, обладающие избыточной поверхностной энергией, неустойчивы. Такие системы всегда стремятся к самопроизвольному понижению энергии. Чем выше дисперсность системы,

почву капиллярно увлажняли до состояния максимального набухания и затем измеряли прочность пасты и влажность (в % от массы сухой почвы). Далее пасту подсушивали и по мере иссушения через каждые 15 минут проводили измерение влажности и прочности до воздушно-сухого состояния. Величину предельного напряжения сдвига находили по дифференциальной кривой по изменению прочности на единицу нагрузки, после которого не происходило заметного изменения прочности (пример приведен на рис. 1).
Рис. 1 Кривая зависимости изменения прочности от изменения прилагаемой нагрузки
(серая лесная почва).
Плотность растертых исследуемых образцов, ее зависимость от влажности определяли путем измерения массы, высоты и диаметра образца в процессе иссушения.
В естественных условиях почва находится в структурно-агрегированном состоянии. Поэтому, чтобы оценить структурную организацию почвенных элементов в естественном состоянии, была определена прочность отдельных агрегатов размером 3-5 мм. Агрегаты