Модуль 1.

1. Фізика ґрунтів як наука, її складові і місце в системі ґрунтознавчих наук.

Фізика грунтів - одна з основних самостійних дисциплін в циклі наук про грунти,яка вивчає фізичні властивості,процеси і режими грунту,що відображають взаємозв'язок з навколишнім серидовищем.Складовими її є: фізика твердої фази грунту,гідрофізика грунтів,теплофізика грунтів,фізика газової фази грунту,фізика приземного шару повітря.

2. Об’єкт і предмет дослідження, завдання фізики ґрунтів як науки.

Об’єкт – тверда, рідка і газова фаза ґрунту. Предмет – склад і властивості основних фаз ґрунту; вивчення динаміки або зміни фізичних властивостей ґрунтів, яка в першу чергу залежить від взаємодії між трьома фазами ґрунту. Завдання фізики ґрунтів – якнайповніше вивчити стан і структуру ґрунту, основні процеси, що протікають в ґрунті саме як явища фізичні. Це необхідно, з одного боку, щоб всесторонньо розуміти процеси, що проходять в ґрунті, а з іншого боку, знання фізики процесів є необхідним моментом для побудови фізично обґрунтованих математичних моделей різноманітного масштабу і використання.

3. Місце фізики ґрунтів в системі географічних, ґрунтознавчих і сільськогосподарських наук.

Місце фізики грунтів займає важливе значення в географічних,грунтознавчих і сільскогосподарських науках.Наприклад, агрофізичні дослідження використовують для розробки нових і вдосконалення старих агроприйомів збереження грунтової вологи,покращення теплового режтму грунтів,встановлення кращих способів посіву,швидкість і якість обробітку грунту.

4. Розкрийте взаємозв’язки фізики ґрунтів з математичними, природничими, технічними та сільськогосподарськими науками.

Найбільш тісний контакт фізика грунтів як наука має з землеробством,меліорацією,основним завданням яких є тимчасове чи корінне покращення фізичних властивостей грунтів для сільськогосподарського використання. Теоретичні основи фізики грунтів спираються на такі фундаментальні науки як фізика,математика,фізична і колоїдна хімія .

5. Коротка історія зародження і розвитку фізики ґрунтів як науки.

Витоки науки – на початку використовувалася для потреб землеробства і була направлена на розробку певних заходів обробітку ґрунту, для вирощування певних с/г культур. Перші спроби узагальнення вчень сягають в глибоку давнину, в період зародження землеробства (Арістель і Теофраст (4 ст. до н.е.), Катон, Варрон, Пліній старший, Вергілій – 1 ст. до н.е.). Певні фізичні властивості ґрунтів, наприклад, враховувалися при зборі податків у Київській Рус, пізніше, в Московському царстві були заведені так звані “Писцовые книги” де враховувалися певні види земельних угідь: “добрые”, “средние”, “худые” і “добре худые”; “некось”, “тростник”, “земля камениста” і т.д. 15-16 ст, - “Домострой” – подавалися певні дані щодо оброки ґрунтів. Науковий підхід пов’язаний з книгою М. Ломоносова “О слоях земних”. Ломоносов вважав, що ґрунт сформувався з порід під впливом біоти. В цій книзі вчений вперше робить спробу класифікації ґрунту за гран складом, солями в ґрунті: чорнозем, пісок, глина різних родів, мул або глина, кам’яні голі гори, самосадка, солончаки і т.д. На початку 18 ст. в університетах Зах. Європи починають вивчати курси агрономії і курси ґрунтознавства й разом з цим перші основи щодо фізики ґрунтів. Наступний етап пов’язаний з іменем Матвія Афоніна, який зокрема вказує на полідисперсність і біологічну природу ґрунту. “Ґрунти складаються з окремих частинок і від води рихлішими стають”. Він виділяв 8 різних чорноземів: глинистий чорнозем, лісний, на смолу схожий чорнозем, болотний чорнозем і т.д. Ідеї Афоніна розвивав Іван Комов, який створив капітальну працю – “О земледелии”. Практично він був одним із перших, хто сформулював принцип гранулометричного аналізу ґрунтів шляхом розділення різних фракцій водою. Кращим з ґрунтів він вважав чорнозем, тому що він структуриний. Першим дійшов до структурних меліорацій, крім того він наголошував про важливість впливу гумусу на структурність ґрунтів, також зазначив вплив оранки на структуру ґрунту. За кордоном центрами розвитку ґрунтознавчої науки були Німеччина та Англія, а найзначнішим вченим періоду кінця 18 початку 19 ст. був Альфред Тьєр. На поч. 19 ст він випустив працю “Раціональні основи сільського господарства”, де вперше оцінив роль органіки ґрунту в родючості, створенні структури. Він вважав, що гумус покращує властивості ґрунту і є “їжею для рослин”. В Росії послідовнико Тьєра був М.Г. Павлов, який пізніше довів, що не лише вміст гумусу впливає на врожайність, а й повітря, тепло й волога; вперше запропонував те, що органіка повинна мінералізуватися; щодо с/г він був проти трипілля й монокультури. Розглядав можливість забезпечення ґрунту сидеритами. В Англії долучився Деві, в Німеччині – Шюблер. Обоє значну увагу приділяли агрофізиці й агрохімії. Шюблер описував практично всі властивості ґрунтів окрім гран складу, зокрема один з приладів Шюблера для визначення липкості ґрунтів в незначній модифікації використовується і в теперішній час. Починаючи із середини 19 ст. інтерес до фізики ґрунтів зменшився у зв’язку із розвитком хімії рослин. Проти цього виступив був Ліновський , який наголосив, що не лише хімічні речовини можуть привести до зростання врожайності. Він дійшов висновку, що ефективна ді хімічних речовин можлива лише за сприятливих агрохімічних властивостей. Желєзнов проводив досліди на стискування і розклинювання, відомий його пристрій “Лом Желєзнова”. Шумахер в 1864 р. випускає книжку “Фізика ґрунтів”. Вольні видавав журнали про аналітичні методи дослідження фізичних властивостей ґрунтів, але допускав неточність: він вважав, що варто змінити одну властивість і ми отримаємо інший ґрунт, що є неправильно; вивчав всі зразки ґрунту з порушеною структурою. Великий внесок у агрофізику зробив проф. Костичев. Борисяк вивчав ґрунти Слобожанщини. Сибірцев – запропонував шкалу класифікації ґрунтів за гранскладом, яка ґрунтується на співвідношенні фізичної глини і піску. В 20-х роках Дояренко проводив низку дослідів із вивчення динаміки фіз. властивостей ґрунтів і зокрема сконструював багато приладів (досліди проводив на полях із різними сівозмінами). Н.А. Качинський створив кафедру фізики і меліорації ґрунтів у МГУ. Ним були проведені фундаментальні дослідження фізичної фази ґрунтів. Лєбєдєв, Гедройц, Архипов, Каратаєв і т.д.

6. Генезис і фізика ґрунтів. Генезис грунтів – походження, утворення, розвиток г. і всіх належних їм особливостей (будова, склад, властивості та сучасні режими). Подібно тому як Ч. Дарвін вперше пояснив походження та еволюцію видів рослин і тварин, Докучаєв вперше пояснив походження та географічне розмаїття ґрунтів як особливого світу природних тіл, які він назвав "четвертым царством природы".Фізика грунту – розділ грунтознавства, який вивчає фізичні процеси (механічні, теплові, гідрологічні та ін.), що протікають в г. та властивості г., зумовлені цими процесами.Займається вивченням: гранулометричний і агрегатний склад, структурний стан, питома і об'ємна вага, пористість, повітряні, водні, теплові, електричні і радіоактивні властивості

Багато фізичні властивості грунтів і гірських порід, що мають важливе значення для розвитку рослинності, залежать від їх механічного складу. Від нього залежать такі властивості, як структурність, водно-повітряний і тепловий режими, деякі хімічні властивості. Тому важливе значення має класифікація грунтів і порід за їх механічним складом .Грунти і різні гірські породи складаються з частинок, або механічних елементів, самого різноманітного розміру і в різних поєднаннях. Під механічним складом грунтів і порід розуміють відносний вміст у грунті або породі частинок різної крупності, незалежно від їх мінералогічного і хімічного складу. Для характеристики грунтів і порід за механічним складом необхідно знати: а) на які механічні елементи слід розчленувати грунт або породу, б) як врахувати кількісний вміст цих механічних елементів і в) на які групи за механічним складом слід розділяти грунту і породи на підставі співвідношення в них механічних елементів різного розміру.

7. Особливості ґрунту як природного фізичного тіла. Ґрунт це фізичне тіло всередині якого відбуваються процеси переносу речовин і енергії, процеси сорбції і десорбції й ін. З точки зору фізики ґрунт – це гетерогенна багатофазова дисперсна система з певними умовами на границях (верхній і нижній), що володіє властивістю акумулювати і виділяти, проводити і трансформувати матерію та енергію. Ці процеси лежать в основі здійснення ґрунтом його основних функцій в біосфері. Це, перш за все: 1) основа біологічної продуктивності. 2) якість навколишнього середовища, перш за все у відношенні здоров’я рослин і тварин (людини) 3) збереження і підтримання біорізноманіття.