В геотехнической инженерии структура почвы описывает расположение твердых частей почвы и порового пространства , расположенного между ними. Это определяется тем, как отдельные гранулы почвы слипаются, связываются вместе и агрегируют , в результате чего между ними образуются почвенные поры. Почва оказывает большое влияние на движение воды и воздуха, биологическую активность , рост корней и появление всходов . Существует несколько различных типов структуры почвы. По своей сути это динамичная и сложная система, на которую влияют различные факторы.
Структура почвы описывает расположение твердых частей почвы и поровых пространств, расположенных между ними (Маршалл и Холмс, 1979). [1] Агрегация является результатом взаимодействия частиц почвы посредством перегруппировки, флокуляции и цементации. Оно усиливается за счет: [1] [2] осаждения оксидов, гидроксидов, карбонатов и силикатов; продукты биологической активности (такие как биопленки , грибные гифы и гликопротеины ); ионные мостики между отрицательно заряженными частицами (как глинистыми минералами, так и органическими соединениями) многовалентными катионами; и взаимодействия между органическими соединениями ( водородная связь и гидрофобная связь).
Качество структуры почвы снижается при большинстве форм возделывания — связанное с этим механическое перемешивание почвы уплотняет и сдвигает агрегаты и заполняет поровые пространства; это также подвергает органическое вещество более высокой скорости распада и окисления . [3] Еще одним последствием продолжающейся обработки почвы и движения транспорта является образование уплотненных , непроницаемых слоев или «кастрюлей» внутри профиля.
Ухудшение структуры почвы при орошении обычно связано с разрушением агрегатов и рассеиванием глинистого материала в результате быстрого увлажнения. Это особенно верно, если почвы натриевые ; то есть иметь высокий процент обменного натрия (ESP) в катионах, прикрепленных к глинам. Высокие уровни натрия (по сравнению с высокими уровнями кальция ) приводят к тому, что частицы отталкиваются друг от друга во влажном состоянии, а связанные с ними агрегаты распадаются и диспергируются. ЭСП увеличится, если в результате орошения соленая вода (даже низкой концентрации) попадет в почву.
Для сохранения и улучшения структуры почвы применяется широкий спектр методов. Например, Департамент охраны земель и водных ресурсов штата Новый Южный Уэльс выступает за: увеличение содержания органических веществ за счет включения пастбищных фаз в севооборот ; сокращение или исключение обработки почвы и культивации при земледелии и пастбищах; избегать нарушения почвы в периоды чрезмерной засухи или влажности, когда почва соответственно может иметь тенденцию рассыпаться или размазываться; и обеспечение достаточного почвенного покрова для защиты почвы от воздействия дождевых капель. В орошаемом земледелии можно рекомендовать: вносить гипс ( сульфат кальция ) для замещения катионов натрия кальцием и, таким образом, снижать ESP или натриевую концентрацию, избегать быстрого увлажнения и не нарушать почву, когда она слишком влажная или сухая. [4]
Platy – единицы плоские и пластинчатые. Обычно они ориентированы горизонтально. [5]
Призматический – отдельные блоки ограничены плоскими или закругленными вертикальными гранями. Единицы заметно длиннее по вертикали, а грани обычно представляют собой слепки или слепки соседних единиц. Вершины угловатые или полузакругленные; вершины призм несколько нечеткие и обычно плоские. [5]
Столбчатый – блоки похожи на призмы и ограничены плоскими или слегка закругленными вертикальными гранями. Вершины колонн, в отличие от призм, очень четкие и обычно закругленные. [5]
Блочный – блоки имеют блочную или многогранную форму. Они ограничены плоскими или слегка закругленными поверхностями, представляющими собой слепки лиц окружающих пешеходов. Обычно блочные структурные единицы имеют почти одинаковые размеры, но могут быть похожи на призмы и пластины. Структура описывается как угловатая блочная, если грани пересекаются под относительно острыми углами, и как подугловая блочная, если грани представляют собой смесь закругленных и плоских граней, а углы в основном закруглены. [5]
Гранулированный – Единицы имеют приблизительно сферическую или многогранную форму. Они ограничены изогнутыми или очень неправильными гранями, которые не являются слепками соседних пешеходов. [5]
Клин – блоки имеют приблизительно эллиптическую форму с переплетенными линзами, заканчивающимися острыми углами. Обычно они ограничены небольшими скользящими сторонами. [5]
Линзовидные — блоки представляют собой перекрывающиеся линзы, параллельные поверхности почвы. Они самые толстые посередине и тонкие к краям. Чечевицеобразная структура обычно ассоциируется с влажными почвами, классами текстуры с высоким содержанием ила или очень мелкого песка (например, пылеватый суглинок) и высокой вероятностью воздействия мороза. [5]
Преимущества улучшения структуры почвы для роста растений, особенно в сельскохозяйственных условиях, включают: уменьшение эрозии благодаря большей прочности почвенного агрегата и уменьшению поверхностного стока; улучшение проникновения корней и доступа к почвенной влаге и питательным веществам; улучшение всходов за счет уменьшения образования корки на поверхности; и более высокая инфильтрация, удержание и доступность воды благодаря улучшенной пористости.
Продуктивность при орошении нулевой или минимальной обработки почвы в садоводстве обычно снижается с течением времени из-за деградации структуры почвы, подавляя рост корней и удержание воды. Есть несколько исключений, почему такие исключительные поля сохраняют структуру, неизвестно, но это связано с высоким содержанием органического вещества. Улучшение структуры почвы в таких условиях может значительно повысить урожайность. [6] Департамент охраны земель и водных ресурсов Нового Южного Уэльса предполагает, что в системах земледелия урожайность пшеницы может быть увеличена на 10 кг/га на каждый дополнительный миллиметр дождя, который может проникнуть в почву из-за структуры почвы. [4]
Твердые почвы теряют свою структуру при намокании, а затем затвердевают по мере высыхания, образуя бесструктурную массу, которую очень трудно обрабатывать. Их можно обрабатывать только тогда, когда содержание влаги находится в ограниченном диапазоне. Когда их вспахивают, в результате часто получается очень комковатая поверхность (плохая обработка ). По мере высыхания высокая прочность почвы часто ограничивает рост рассады и корней. Скорость инфильтрации низкая, а дождевой сток и ирригация ограничивают продуктивность многих твердых почв. [7]
Твердый грунт определяется следующим образом: «Твердый грунт — это грунт, который при высыхании схватывается до почти однородной массы. В нем могут быть случайные трещины, обычно на расстоянии >0,1 м. Сухой на воздухе твердый грунт тверд и ломок, и он невозможно вдавить указательный палец в грань профиля.Обычно он имеет предел прочности 90 кН –2.Почвы с коркой не обязательно являются твердеющими, так как твердеющий горизонт толще корки.(В окультуренных почвах толщина твердеющего слоя Горизонт часто равен или больше, чем у обрабатываемого слоя.) Твердая почва не прочно сцементирована и во влажном состоянии мягкая.Комки в обработанном твердом горизонте частично или полностью распадаются при намокании. достаточно увлажненный, при высыхании он вернется в затвердевшее состояние. Это может произойти после паводкового орошения или одного сильного дождя». [8]
Структура почвы по своей сути является динамичной и сложной системой , на которую влияют различные факторы, такие как обработка почвы , движение колес, корни , биологическая активность в почве, осадки, ветровая эрозия , усадка, набухание, замерзание и оттаивание. В свою очередь, структура почвы взаимно взаимодействует и влияет на рост и функцию корней, почвенную фауну и биоту, процессы переноса воды и растворенных веществ, газообмен , теплопроводность и электропроводность , несущую способность движения и многие другие аспекты, связанные с почвой. Игнорирование структуры почвы или рассмотрение ее как «статической» может привести к плохим прогнозам свойств почвы и может существенно повлиять на управление почвой . [9]
Эта статья включает общедоступные материалы правительства США.