В геотехнической инженерии структура почвы описывает расположение твердых частей почвы и порового пространства , расположенного между ними. Она определяется тем, как отдельные гранулы почвы слипаются, связываются вместе и агрегируются , что приводит к расположению пор почвы между ними. 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 динамическая и сложная система, на которую влияют различные факторы.
Структура почвы описывает расположение твердых частей почвы и поровых пространств, расположенных между ними (Marshall & Holmes, 1979). [1] Агрегация является результатом взаимодействия частиц почвы посредством перегруппировки, флокуляции и цементации. Она усиливается: [1] [2] осаждением оксидов, гидроксидов, карбонатов и силикатов; продуктами биологической активности (такими как биопленки , грибковые гифы и гликопротеины ); ионными мостиками между отрицательно заряженными частицами (как глинистые минералы, так и органические соединения) многовалентными катионами; и взаимодействиями между органическими соединениями ( водородные связи и гидрофобные связи).
Качество структуры почвы ухудшается при большинстве форм обработки — связанное с этим механическое перемешивание почвы уплотняет и сдвигает агрегаты и заполняет поры; это также подвергает органическое вещество более высокой скорости разложения и окисления . [3] Еще одним следствием непрерывной обработки и движения является развитие уплотненных , непроницаемых слоев или «поддонов» в профиле.
Ухудшение структуры почвы при орошении обычно связано с разрушением агрегатов и дисперсией глинистого материала в результате быстрого смачивания. Это особенно актуально, если почвы содовые ; то есть, имеющие высокий процент обменного натрия (ESP) катионов, прикрепленных к глине. Высокие уровни натрия (по сравнению с высокими уровнями кальция ) заставляют частицы отталкиваться друг от друга при намокании, а связанные с ними агрегаты распадаются и рассеиваются. ESP увеличится, если орошение приведет к попаданию соленой воды (даже низкой концентрации) в почву.
Для сохранения и улучшения структуры почвы применяется широкий спектр методов. Например, Департамент охраны земель и водных ресурсов Нового Южного Уэльса выступает за: увеличение содержания органических веществ путем включения пастбищных фаз в севообороты ; сокращение или исключение обработки почвы и культивации при возделывании сельскохозяйственных культур и выпасе; предотвращение нарушения почвы в периоды чрезмерной сухости или влажности, когда почвы могут соответственно иметь тенденцию к разрушению или размазыванию; и обеспечение достаточного покрытия почвой для защиты почвы от воздействия дождевых капель. В орошаемом земледелии можно рекомендовать: вносить гипс ( сульфат кальция ) для замены катионов натрия кальцием и, таким образом, снижать ESP или натриеность, избегать быстрого намокания и избегать нарушения почвы, когда она слишком влажная или сухая. [4]
Преимущества улучшения структуры почвы для роста растений, особенно в сельскохозяйственных условиях, включают: снижение эрозии за счет большей прочности почвенного агрегата и снижения поверхностного стока; улучшение проникновения корней и доступа к почвенной влаге и питательным веществам; улучшение всхожести всходов за счет уменьшения образования корки на поверхности; а также улучшение инфильтрации, удержания и доступности воды за счет улучшенной пористости.
Продуктивность от орошаемой нулевой обработки почвы или минимальной обработки почвы в садоводстве обычно со временем снижается из-за деградации структуры почвы, подавления роста корней и удержания воды. Есть несколько исключений, почему такие исключительные поля сохраняют структуру, неизвестно, но это связано с высоким содержанием органических веществ. Улучшение структуры почвы в таких условиях может значительно повысить урожайность. [6] Департамент земельных и водных ресурсов Нового Южного Уэльса предполагает, что в системах земледелия урожайность пшеницы может быть увеличена на 10 кг/га за каждый дополнительный миллиметр дождя, который может просочиться благодаря структуре почвы. [4]
Твердые почвы теряют свою структуру при намокании, а затем твердеют при высыхании, образуя бесструктурную массу, которую очень трудно обрабатывать. Их можно обрабатывать только тогда, когда их влажность находится в ограниченном диапазоне. Когда их обрабатывают, результатом часто становится очень комковатая поверхность (плохая пашня ). По мере высыхания высокая прочность почвы часто ограничивает рост рассады и корней. Скорость инфильтрации низкая, а сток дождевой воды и орошение ограничивают производительность многих твёрдых почв. [7]
Твердость определяется следующим образом: «Твердость почвы — это та, которая при высыхании схватывается до почти однородной массы. Она может иметь случайные трещины, обычно с интервалом >0,1 м. Воздушно-сухая твёрдая почва твёрдая и хрупкая, и в неё невозможно втиснуть указательный палец в профиль. Обычно её предел прочности на разрыв составляет 90 кН –2 . Почвы, которые покрываются коркой, не обязательно являются твёрдыми, поскольку твёрдый горизонт толще корки. (В обрабатываемых почвах толщина твёрдого горизонта часто равна или больше толщины обрабатываемого слоя.) Твёрдость почвы не является постоянно сцементированной и становится мягкой во влажном состоянии. Комья в твёрдом горизонте, который был обработан, частично или полностью распадаются при увлажнении. Если почва была достаточно увлажнена, она вернется в твёрдое состояние при высыхании. Это может произойти после полива подтоплением или одного сильного дождя». [8]
Структура почвы по своей сути является динамической 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 взаимодействует и влияет на рост и функционирование 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 ее рассмотрение как «статичной» может привести к плохим прогнозам свойств почвы и может существенно повлиять на управление почвой . [9]
В статье использованы материалы, находящиеся в открытом доступе и предоставленные правительством США.