Лекція 4 структура ґрунту
4.1. Мікроагрегатний склад ґрунту.
4.2. Поняття про структуру ґрунту як про його агрегатний склад.
4.3. Оцінка структури ґрунту.
4.4. Структура ґрунту і врожай.
4.4.1. Оптимальні діапазони вмісту води і повітря.
4.5. Формування ґрунтової структури.
4.5.1. Будова агрегату.
4.5.2. Основні теорії структуроутворення.
4.1. Мікроагрегатний склад ґрунту
Окремі гранулометричні частки можуть взаємодіяти одні з одними, “склеюватись” і утворювати спочатку мікроагрегати, а потім і макроагрегати, педи, ґрунтові грудки і фрагменти. Це добре видно на схемі агрегатної будови ґрунту (рис 4.1.). Мікроагрегати на цій схемі – це ґрунтові окремості, які складаються із елементарних ґрунтових часток. Слід відмітити важливий момент в організації мікроагрегатів: основну зв’язуючу роль між пилуватими і піщаними елементарними ґрунтовими частками (скелетом) відіграють мулуваті частки. Так формується із елементарних ґрунтових часток первинна структурна одиниця ґрунту – мікроагрегат.
Рис. 4.1. Схема агрегатної будови ґрунту
З’єднуючись між собою, мікроагрегати утворюють макроагрегати, або просто агрегати. Межа (границя) між мікро- і макроагрегатами, за К. К. Гедройцем, знаходиться на рівні 0,25 мм. Особливо важлива стійкість, стабільність ґрунтових мікро- і макроагрегатів, здатність їх протистояти зовнішнім впливам. Саме від цієї здатності агрегатів залежить і протиерозійна стійкість ґрунтів, і здатність витримувати зовнішні механічні навантаження, і багато інших ґрунтових функцій.
Сприятливий фізичний режим в ґрунті створюється завдяки наявності не тільки макро-, але і мікроструктури. Тому з одночасною характеристикою макроструктури велике значення для оцінки агрофізичних властивостей ґрунту має його мікроструктура. Вона також повинна бути водостійкою та шпаруватою. Найкращі розміри мікроструктури відповідають розмірам агрегатів 0,25-0,05 і 0,05-0,01 мм. Така мікроструктура водостійка, створює позитивні властивості макроагрегатам. Крім того, вона безпосередньо збільшує вологоємність ґрунтів, покращує їх водо- та повітропроникність, відіграючи роль ніби “піщаних зерен і лесоподібної фракції“ гранулометричних елементів ґрунту. Несприятливими є мікроагрегати, що мають розміри середнього пилу (0,01-0,05 мм). Вони утруднюють водо- та повітропроникність ґрунту, зумовлюють високу випаровуючу здатність та інші негативні ґрунтові властивості. В ієрархії ґрунтової структури мікроагрегати відносять до агрегатів першого порядку. Вони утворені безпосередньо ЕҐЧ, розмір яких менше 0,25 мм.
Мікроагрегатний склад ґрунту – відносний вміст у ґрунтів водостійких мікроагрегатів різного розміру (0,25-0,05; 0,05-0,01; 0,01-0,005; 0,005-0,001; < 0,001 мм).
Мікроагрегатний аналіз ґрунту, як і гранулометричний, складається з двох етапів: 1) підготовка зразка до аналізу і 2) фракціонування мікроструктури.
Традиційно розподіл мікроагрегатів за розмірами – мікроагрегатний склад ґрунту – розглядається разом з гранулометричним складом ґрунту. Більше того, фракції мікроагрегатів за розмірами аналогічні фракціям гранулометричних елементів. Це дозволяє провести ряд оцінок стійкості мікроструктури. Однак виникає проблема виділення цих первинних агрегатних утворень без їхнього руйнування. Для того, щоб виділити мікроагрегати, треба ґрунт піддати такому впливові, щоб зруйнувати макроагрегати, при цьому зберігши мікроагрегати. Цей вплив повинен бути слабшим, ніж той, що використовується при гранулометричному аналізі. Саме тому при мікроагрегатному аналізі використовують концентрацію пірофосфату натрію на порядок менше (або його не використовують взагалі) і дуже слабку механічну дію. Ця фізико-хімічна диспергація дозволяє зруйнувати макроагрегати, але зберегти мікроагрегати.
Агрегати (мікроагрегати < 0,25 мм і макроагрегати > 0,25 мм) – це група елементарних ґрунтових часток, або мікроагрегатів, які з’єднуються одні з одними міцніше, ніж з іншими сусідніми ґрунтовими частками.
Ґрунтовий пед – термін багато в чому аналогічний агрегату. Однак термін “ґрунтовий агрегат” частіше застосовують для зернистої, грудкуватої структури гумусово-акумулятивного і орного горизонтів, а “пед” – для різноманітних структурованих природних ґрунтових утворень в різних горизонтах ґрунтів.
Ґрунтова грудка, фрагмент – термін аналогічний ґрунтовому агрегату, але застосовується, як правило, до агрегатів розміром > 10 мм.
Стабільність (стійкість) агрегатів – здатність зберігати просторовий розподіл твердої фази ґрунту і шпарового простору при дії зовнішніх сил. Ця властивість вказує, наскільки з’єднуючі внутрішньоагрегатні сили здатні протистояти зовнішнім руйнівним силам.
Якщо розглядати кумулятивні криві гранулометричного і мікроагрегатного аналізів, можна помітити, що вони не співпадають як в області тонких часток, так і в області грубих часток, зокрема піщаних (рис. 4.2). Відмінності у вмісті тонких часток, зокрема мулу, вказує, яка кількість мулу із гранулометрії бере участь у формуванні мікроагрегатів. Це область агрегованого мулу. Чим вона більша, тим більша кількість мулу бере участь в утворенні стійких мікроагрегатів, тим кращі ґрунтово-фізичні умови. Навпаки, в області грубих піщаних фракцій крива мікроагрегатного аналізу проходить вище, кількість мікроагрегатів більша, ніж гранулометричних часток. Це цілком зрозуміло: у випадку мікроагрегатного аналізу ми визначаємо частки, які були одержані агрегуванням з більш дрібних гранулометричних часток. Значить, чим ширша ця область відмінностей кривих мікроагрегатного і гранулометричного складів, тим більше грубих мікроагрегатів, тим краще мікроагрегований ґрунт. Саме на основі розгляду цих областей в гранулометричному і мікроагрегатному аналізах запропоновані різні характеристики (коефіцієнти), які дають змогу говорити про агрегатність ґрунту, про наявність стабільних мікроагрегатів.
Рис. 4.2. Приклад кумулятивних кривих мікроагрегатного і гранулометричного складів
Розглянемо показники мікроагрегатності ґрунту.
Коефіцієнт дисперсності за Н. Качинським (КД, %):
,
де
ММ (а) – вміст мулу (частки < 0,001 мм) при мікроагрегатному аналізу;
МГ (в) – вміст мулу (частки < 0,001 мм) при гранулометричному аналізу.
Чим вищий цей коефіцієнт, тим більш дисперсний ґрунт, легше пептизується, менше мікроагрегований. Про це говорить сама назва коефіцієнта – коефіцієнт дисперсності. Класифікація мікроагрегованості ґрунту за цим показником:
< 15 – висока мікрооструктуреність;
15-25 – добра;
25-40 – задовільна;
40-60 – незадовільна;
> 60 – дуже низька.
Ступінь агрегатності за Л. Бейвером (Аг, %):
,
,
де
АГ, Ка – ступінь агрегатності, %;
ПМ (а) – вміст фракцій піску (дрібного, середнього і грубого), тобто часток діаметром > 0,05 мм при мікроагрегатному аналізу;
ПГ (в) – вміст фракцій піску при гранулометричному аналізу.
При використанні цього коефіцієнта слід пам’ятати, що чим він вищий, тим краще агрегований ґрунт. Класифікація мікроостурктуреності ґрунту на основі ступеня агрегатності:
> 90 – дуже висока мікроагрегатність;
80-90 – висока;
65-80 – добра;
50-65 – задовільна;
35-50 – слабка;
20-35 – дуже слабка;
< 20 – низька.
Наведені показники мікроагрегатності можна використовувати як при порівнянні ґрунтових зразків, так і при характеристиці мікроагрегатної стійкості конкретного ґрунту.