2.3. Шпаруватість ґрунту, агрегатів, міжагрегатна

Однією із спеціальних гіпотез фізики ґрунту є гіпотеза про структурний стан ґрунту (ґрунтової речовини). Горизонтальний масштаб (тобто окремий ґрунтовий шар, ґрунтовий горизонт) розгляду ґрунту складається із більш дрібних частинок – одиниць масштабу ґрунтових педів або агрегатів (рис. 2.1, б). Відповідно можна виділити і об’єм шпар агрегатів, а також щільність агрегатів, їхню шпаруватість. Вихідною характеристикою є щільність будови агрегатів , г/см³. Аналогічно щільності будови ґрунту і його твердої фази, щільність будови агрегату – це маса m_s одиниці об’єму ґрунтового агрегату:

Тому і шпаруватість агрегату буде відношенням об’єму шпар агрегату до всього об’єму агрегату:

Застосування до об’єму всього агрегату особливо важливе, тому що часто потрібно розрахувати так звану міжагрегатну шпаруватість – відношення об’єму шпар, які знаходяться у шпаровому просторі ґрунту між агрегатами, до всього об’єму ґрунту.

Як бачимо, представлені шпаруватості – ґрунту, агрегатів, міжагрегатної, – величини, які не можна одержати простим вирахуванням або складанням, так як їхні вираження мають різні знаменники: у випадку шпаруватості ґрунту і міжагрегатної шпаруватості об’єм шпар відносять до ґрунту, а у випадку агрегатної – до об’єму агрегатів.

Для того, щоб розрахувати міжагрегатну шпаруватість, потрібно перш за все знайти величину – величину так званої сумарної агрегатної шпаруватості, або відношення шпар агрегатів до об’єму шпар ґрунту:

Відмітимо, що , а

Тоді шукана нами величина становитиме:

Одержавши величину сумарної агрегатної шпаруватості, можна розрахувати міжагрегатну шпаруватість:

Знання всіх трьох величин шпаруватості – ґрунту, агрегатів, міжагрегатної – досить важливе в багатьох аспектах. У добре агрегованому ґрунті основні запаси поживних речовин, мікроорганізмів, вологи знаходяться саме всередині агрегатів. Зниження агрегатної шпаруватості – яскравий показник погіршення фізичного стану ґрунту. Саме ґрунтові агрегати зумовлюють ґрунтову родючість, так як в їхньому шпаровому просторі зберігаються поживні речовини, волога, які споживають (вбирають) рослини. Основна функція міжагрегатного простору – це проведення потоку речовин. В основному по міжагрегатному шпаровому простору проходить переніс води і розчинних в ній речовин. Тому часто вказують, що агрегатний простір – це сховище основних ґрунтових запасів, а міжагрегатний простір – це транспортні шляхи, шляхи міграції речовин. Функції цих частин шпарового простору ґрунту багато в чому відмінні: накопичення і поступове використання (розхід) води і речовин із агрегатної шпаруватості, швидкий транспорт речовин у профілі ґрунтів по міжагрегатній шпаруватості. Тому і при аналізі одержаних величин слід робити відповідні висновки.

2.4. Типові значення щільності та шпаруватості ґрунтів

Потрібно знати можливі мінімальні та максимальні значення величини щільності та шпаруватості ґрунтів, які можна зустріти у природі. Це потрібно для того, щоб уникнути випадкових помилок.

Щільність будови природного ґрунту ніколи не може перевищувати 2 г/см³. Навіть в лабораторних експериментальних умовах відомий російський агрофізик Б. Н. Мічурін при тиску вище 100 атм не одержав величин більше 2,04 г/см³. А мінімальні значення мінеральних ґрунтів рідко бувають нижче 0,8 г/см³, хоча щільність будови торфових ґрунтів, торфів може знижуватись і до 0,1 г/см³. У табл. 2.1, складеної з використанням даних із праць А. Д. Вороніна (1986), Д. Л. Роуелла (1998), вказані типові значення щільності.

Таблиця 2.1

Типові значення щільності різних ґрунтів

Ґрунтові об’єкти	Щільність твердої фази ґрунту, , г/см3	Щільність будови ґрунту, , г/см3	Щільність агрегатів, , г/см3	Шпаруватість ґрунту, , см3/см3
Орні горизонти мінеральних ґрунтів: суглинкові піщані	2,60-2,65 2,50-2,70	0,8-1,4 1,4-1,7	1,2-1,8 -	0,69-0,46 0,46-0,35
Горизонти В і С	2,65-2,75	1,5-1,8	1,4-1,9	0,43-0,32
Високогумусні горизонти лучних, лісових ґрунтів	2,40-2,50	0,8-1,2	1,1-1,7	0,67-0,50
Торф (верховий)	1,35-1,45	0,1-0,3	-	0,93-0,79