8 месяцев назад
Нету коментариев

Почва представляет собой дисперсное тело. Это зна­чит, что она состоит из большого числа частиц разного размера, в большинстве своем мелких. Диаметр частиц почвы измеряется от одного миллиметра до тысячных и стотысячных его долей. Вместе с тем почва — тело пори­стое, во всех направлениях оно пронизано сообщающи­мися друг с другом промежутками между частицами. Именно в этих промежутках — почвенных порах и находится влага, тем или иным путем проникшая в почву.

Благодаря тому, что почвенные поры очень малы, поведение воды, заполняющей их, отличается рядом осо­бенностей. Чтобы эти особенности были понятны, преждевсего необходимо охарактеризовать порозность почвы. Наши сведения о форме, размерах и свойствах порово­го пространства почвы (общей совокупности пор) довольно скудны.

Наиболее легко определяется величина общей по­розности почвы, т. е. суммарный объем всех пор. Из­вестным приемом для этого является определение объем­ного веса и удельного веса почвы. Обозначая объемный вес почвы через ОВ, а удельный вес через УВ, вычисляем искомую порозность П из формулы

F_001

Порозность выразится в процентах от объема почвы.

Порозность в разных почвах и в разных горизонтах одной и той же почвы варьирует в довольно широких пределах: в минеральных почвах — примерно от 25 до 60%; в чисто органогенных горизонтах, например в тор­фах и лесных подстилках, она может превышать 90%. В верхних, гумусовых горизонтах минеральных почв ве­личина порозностибывает обычно выше за счет рыхлости, хорошо выраженной структуры, наличия ходов кор­ней, ходов роющих животных и т. д. В нижних горизон­тах порозность уменьшается, доходя до 40—45% в глинистых и суглинистых неоглеенных породах и до 35— 40% в песчаных. В оглеенных суглинистых и глинистых породах она понижается до 25—30%.

Для иллюстрации сказанного в табл. 1 приведено не­сколько примеров изменения порозности почв по профи­лю разреза.

T_001

Из этой таблицы видно, что и в глубоких горизонтах порозность по большей части превышает 40%, что под­тверждает сказанное выше.

Однако мы не можем удовлетвориться одной только суммарной количественной характеристикой почвенной порозности. Нас неизбежно интересует и качественная сторона: размер пор, их форма и т. д. Путем простого на­блюдения может быть установлено, что чем крупнее ча­стицы, из которых состоит почва, тем крупнее поры, и наоборот. Однако такой элементарный вывод тоже не может нас удовлетворить. Поэтому естественно, что уче­ные уже с давних пор старались исследовать порозность почвы более подробно.

Была сделана попытка заменить почву моделью, состо­ящей из шарообразных частиц одинакового размера. Преимущество такой модели заключается в том, что при­сущаяей порозность может быть количественно и качест­венно охарактеризована при помощи элементарной гео­метрии.

Конечно, такая модель сильно отличается от реаль­ной почвы, в которой частицы имеют различный размер, разную форму и никогда не бывают шарообразными. Закономерности, которые могут быть установлены на такой модели, имеют лишь очень ограниченное приложе­ние в отношении реальных естественных почв. Поэтому изложение их дается весьма кратко.

Шарообразные частицы одинакового размера могут быть расположены по отношению друг к другу различно. Существует два главных, крайних случая их взаимного расположения, иллюстрируемые рис. 1.

Шарообразные частицы в кубической и гексагональной упаковке

Шарообразные частицы в кубической и гексагональной упаковке

В первом случае, когда шары лежат наиболее рыхло, их центры располагаются по углам кубической решетки (рис. 1, а). Такое расположение мы и будем называть кубическим. Здесь каждая частица соприкасается с шестью другими частицами модели. Порозность всей системы при кубическом расположении шарообразных частиц составляет 47,6%, а объем твердых частиц 52,4%. Поры в такой системе имеют форму как бы кубов с шарообраз­но вогнутыми стенками и соединяются между собой узки­ми проходами.

Во втором случае, когда шары лежат плотно, их цен­тры располагаются по углам тетраэдров (рис. 1, б). Такое расположение мы будем называть гексагональным; каж­дая частица соприкасается с двенадцатью соседними частицами. Порозность здесь равна 25,95%, а объем твердых частиц 74,05%. Поры в этом случае имеют двоя­кую форму (рис. 2): тетраэдрическую и ромбоэдриче­скую, но и в этом случае они соединяются проходами бо­лее узкими, чем диаметр самих пор. Поровое пространство между частицами приобретает очень сложное строе­ние, что можно видеть на рис. 3, на котором изображен слепок такого пространства.

Расположение ромбоэдрических и тетраэдрических пор

Расположение ромбоэдрических и тетраэдрических пор

Слепок пористого пространства

Слепок пористого пространства

Если мы сопоставим величины порозностей естествен­ных почв, приведенные в табл. 1, с порозностью модели при различном расположении частиц, то увидим, что в большинстве случаев естественная порозность почвы либо близка к порозности модели при кубической упаковке частиц (47%), т. е. при наиболее рыхлом их расположе­нии, либо превышает эту величину. Превышение всегда имеет место в гумусовых горизонтах, где порозность до­стигает 50—70%. Чем можно объяснить такое рыхлое или даже очень рыхлое (в гумусовых горизонтах) распо­ложение частиц? Казалось бы, что в процессе отложения и самоуплотнения частицы рых­лых наносов и почв должны располагаться максимально плотно. Это кажущееся проти­воречие объясняется очень про­сто. Дело в том, что и рыхлые наносы, из которых образуют­ся почвы, и самые почвы почти всегда (исключая почвы и на­носы супесчаного, песчаного и более грубого механического состава) обладают той или иной агрегированно­стью, т. е. отдельные мине­ральные зерна, из которых состоит нанос или почва, рас­положены не свободно, рыхло, раздельно, а склеены друг с другом в комочки (агрегаты). В наносах, т. е. в материн­ских породах и в нижних малогумусовых горизонтах почв, эти комочки, как правило, очень мелки — их диа­метр измеряется сотыми долями миллиметров и даже меньше. В гумусовых горизонтах размер комочков гораз­до больше, он может достигать нескольких миллиметров, а иногда и нескольких сантиметров. В гумусовых гори­зонтах более крупные комочки нередко состоят из более мелких, а эти последние — из комочков еще более мел­ких или же из отдельных частичек минералов (рис. 4). Порозность и наносов, и почв слагается из порозности межагрегатной и внутриагрегатной, которая может быть, в свою очередь, сложной, особенно в гумусовых горизон­тах. Простой расчет показывает, что даже при наиболее плотном расположении и агрегатов, и отдельных зерен внутри агрегатовсуммарная (межагрегатная + внутриагрегатная) порозность может достигать значительных величин, превышая порозность модели при наиболее рых­лом расположении частиц.

Почвенный вторичный макроагрегат

Почвенный вторичный макроагрегат

Однако в природе существует один случай, когда по­розность почвы приближается к порозности модели при наиболее плотной упаковке. В табл. 2 приведены величиныпорозности глееватых и глеевых горизонтов некоторых типов почв. Сопоставляя эти величины порозности с приведенными в табл. 1, мы видим, что они значительно ниже, а величины объемного веса значительно выше, чем в табл. 1. В двух последних почвах порозность глеевых го­ризонтов очень близка к 26%, т. е. к порозности модели при наиболее плотной, гексагональной упаковке. Это явле­ние объясняется тем, что в процессе оглеения вследствие восстановления соединений железа, являющихся часто клеящим веществом в агрегатах, которые распадаются на составляющие их отдельные зерна, почва получает воз­можность уплотняться. Уплотнение идет часто до возмож­ного максимального предела, соответствующего пороз­ности «идеальной» почвы при гексагональной упаковке. Таким образом, величины порозности естественных почв в общем довольно близки к величинам порозности систем, состоящих из шарообразных частиц. Кроме того, и для почв, и для грунтов характерной чертой является хорошо выявленная у «модельной» почвы ритмическая изменчивость размеров пор — более широкие промежутки соединяются друг с другом более узкими перемыч­ками. Иными словами, поровое пространство почвы представляет собой как бы пространственную (трехмер­ную) сетку из узловатых нитей, причудливо переплетаю­щихся друг с другом. Узелки — расширенные участ­ки пор.

T_002

Но на этом сходство между естественными почвами и «модельной» почвой заканчивается. Естественные поч­вы состоят из частиц очень разнообразного размера. Сре­ди них много таких (особенно это относится к частицам глинных минералов), которые имеют форму пластинок. В силу этого форма и размеры почвенных пор имеют мало общего с формой и размерами промежутков между частицами у рассмотренной модели.

comments powered by HyperComments