{{article.content_lang.display}}

{{l10n_strings.AUTHOR_TOOLTIP_TEXT}}

Уплотнение грунта и материалов. От теории к практике. Часть 2. Разновидности и типы грунта. Характеристики грунта.

Разновидности и типы грунта. Характеристики грунта.

Грунты можно разделить на несколько категорий в зависимости от их геологического происхождения, состава и физических свойств. К факторам, отвечающим за результат уплотнения грунта, можно отнести такие характеристики, как тип грунта, содержание в нем воды, применяемый способ уплотнения грунта и энергия, прилагаемая для уплотнения грунта. Таким образом, при выборе уплотняющего оборудования очень важно знать какой именно тип грунта будет встречаться на месте предполагаемого строительства.

Происхождение грунта.

Пригодность грунта для использования, как строительного материала, обусловлена его физическими свойствами и происхождением. По своему происхождению грунт может быть органическим или минеральным.

Органические грунты — торф, растительный грунт или ил, не подходят для использования в грунтовых сооружениях, так как имеют низкую несущую способность, а так же подвержены постоянным процессам разложения.

Минеральные грунты — грунты, образованные в последствии разрушения горной породы, скал естественным путем, либо искусственно — дроблением или взрывом. Во многом долговечность таких грунтов зависит от их минерального состава, исходной скальной породы и способа формирования грунта.

Форма частиц грунта.

На эффективность уплотнения и несущую способность грунта непосредственное влияние оказывает форма составляющих его частиц, которая зависит от способа формирования грунта:

• Грунты, имеющие округлые частицы, сформированы под воздействием ветра и воды. Грунты такого типа обнаруживается, например, в речных и озерных отложениях и осадках и могут содержать частицы любых размеров.

• Заостренная форма частиц обусловлена механическим воздействием ледников на скалы. Грунты с такой геометрией частиц типичны для морен, могут содержать частицы всех размеров.

• Частицы произвольной формы, свойственны грунтам, образованным путемвзрыва и долбления скальной породы.

Размер частиц грунта.

Разделить грунты по размеру частиц (фракции) можно следующим образом (от мелких к более крупным): глина, суглинок и супесь, песок, гравий, булыжный камень и валуны. Однако в природе практически не встречаются грунты в чистом виде, обычно это составные грунты, такие, как песчаный гравий, пылеватая глина и т. п.

Распределение грунта по размеру частиц имеет очень важное значение для определения его физических и механических свойств при выборе уплотняющего оборудования. Так например для наилучшего уплотнения глины и суглинков в траншея мы рекомендуем 

Гранулометрический состав грунта.

Гранулометрический состав (распределение по размеру зерен) грунта является важным фактором, определяющим несущую способность грунта после его уплотнения. По гранулометрическому составу грунт может быть одноразмерным, среднесортированным и разноразмерным (хорошо подобранным по фракции).

В хорошо подобранном по фракции грунте, охватывающем весь спектр размеров частиц, при уплотнении мелкие частицы заполняют пустоты между более крупным, что создаем плотную структуру материала и повышает его несущую способность.

Одноразмерный грунт, напротив, имеет низкие показатели уплотняемости и обладает меньшей плотностью и несущей способностью, из-за отсутствия мелких частиц, которые могли бы заполнить пустоты.

Физические свойства грунтов и их характеристики

Вернуться на страницу «Основания фундаментов»

Физические свойства грунтов и их характеристики

Все грунты отличаются между собой многими признаками. Для механики грунтов наиболее важными являются их физические и механические свойства, количественные показатели свойств грунтов называют характеристиками. Характеристики физических свойств условно разделяют на группы:

Рис.1. Определение характеристик грунтов.

В состав взятого объема V грунтов входят: твердые частицы суммарным объемом V_s и массой m_s, а также полости между ними с объемом V_p. При этом поры могут быть заполнены частично воздухом с объемом V_a и частично водой объемом V_w с массой m

Плотностью твердых частиц грунта называют массу единицы объема твердых частиц, составленных абсолютно плотно, то есть без каких-либо зазоров, и пор между ними. Плотность твердых частиц выражают отношением массыm_s твердых частиц, содержащихся в общем объеме V почвы, к их суммарному объемуV_s:

p_s= m_s/V_s

За единицу измерения плотности твердых частиц грунта используют г / см³. Определяют эту характеристику зачастую пикнометрическим методом. При этом массу твердых частиц находят взвешиванием образца грунта, предварительно высушенного до постоянной массы при температуре 100 … 105⁰С, а объем твердых частиц определяют по массе, вытесненной им жидкости с известной плотностью, с помощью специальных мерных колб (так называемых Пикнометры).

Величина плотности твердых частиц почвы зависит только от их минералогического состава. Она возрастает при увеличении содержания в почве и плотности породо-образовательных минералов (кварца, каолинита, ортоклаза, плагиоклаза, биотита,мусковита и т.п.), а уменьшается — при увеличении содержания органических веществ.

Средние значения плотности твердых частиц отдельных типов дисперсных грунтов составляют: песков — 2,65 … 2,67; супесей — 2,68 … 2,72; суглинков — 2,69 … 2,73;глин — 2,71 … 2,76; заторфованных грунтов — 2,0 … 2,2; торфов — 1,4 … 1,8 г / см3.

Плотностью грунта природной (ненарушенной) структурой называют массу единицы его объема и выражают отношением массы грунта m, включая массу твердых частиц m_s и массу воды m_w, к общему объему почвы V, включая объем твердых частиц V_s и объем пустот V_p:

p = m/V = (m_s + m_w)/(V_s + V_p)

Соответственно плотность грунта измеряют в г / см3. Для определения плотности грунтов могут быть применены несколько методов:

— метод режущего кольца (Для грунтов, которые легко поддаются обработке ножом), метод парафинирования,

— метод гидростатического взвешивания в нейтральной жидкости — бензине, керосине, и т.п. (для скальных и мерзлыхпочв).

Величина плотности зависит от минералогического состава, влажности и пористости (плотности строения) грунта. Почвы одинакового состава и строения имеют наибольшую массу в случае полного заполнения пор водой. Величина плотности глин, суглинков, супесей, песков и крупнообломочных грунтов находится в диапазоне от 1,2 до 2,4 г / см³. Более высокие значения плотности относятся к крупнообломочным (разнозернистым) грунтам, моренным суглинкам и глин. Меньшее значение плотности характерны для грунтов, содержащих гумус, или для лессовых грунтов. Плотность сухого торфа может быть меньше 1,0 г / см3.

Влажностью грунта W называют относительное количество воды, содержащейся в его полостях. В механике грунтов пользуются, так называемой, абсолютной (весовой) влажностью. Абсолютную влажность выражают отношением массы m_w воды, содержащейся в порах некоторого объема грунта V, к массе m_s твердых частиц, содержащиеся в этом же объеме. Влажность почвы измеряют в относительных единицах (г / г) или в процентах, то есть

W = m_w / m_s = ( m – m_s)/m_s

W = (m_w / m_s)100% = [( m – m_s)/m_s]100%

В дальнейшем весовую влажность будем называть просто влажностью. Ее величина изменяется в очень широких пределах, достигая 200% и более (например, в текучих глинах, морских и речных илах). Влажность определяют высушиванием грунта до постоянной массы при температуре 100 … 105⁰С. Грунт, высушенный до постоянной массы, называют абсолютно сухим.

Почвы: характеристики и карты

Прочностные характеристики грунтов

Прочность грунта определяет его способность удерживать строение в вертикальном положении. От прочностных характеристик зависит, насколько глубоким должен быть фундамент, насколько высоким может быть строение. Прочность грунтового основания обеспечивает вертикальное положение стен, отсутствие наклонов, трещин, просаживаний и других капитальных разрушений. Как определяются прочностные характеристики для грунтов? Какие приборы и методы используются для исследования качества грунтов перед капитальным строительством?

Как определяют прочность?

Для определения прочности любого материала его подвергают воздействию нагрузки и отслеживают наличие и размер деформаций после нагружения. В зависимости от деформационных свойств, материал может выдерживать определённую нагрузку без изменений размеров и  формы или деформироваться под воздействием внешних сил.

Почва или грунт – это материалы, у которых есть определённая прочность и стойкость к деформациям. Плотная почва (глина) хорошо держит нагрузку и не деформируется. Сыпучий грунт (песок) нагрузки не выдерживает, сдвигается и вызывает разрушение стен строения. Кроме того, способность не деформироваться под нагрузкой зависит от состояния грунта (насыщенности водой, промерзания). Какие нагрузки должен выдерживать грунт под фундаментом здания?

Какие нагрузки выдерживает здание

Здание испытывают воздействие вертикальных нагрузок (давление атмосферы, снега, дождя) и горизонтальных нагрузок (давление ветра). Поэтому испытание на лабораторных приборах определяет способность образцов грунта выдерживать вертикальные и горизонтальные нагрузки. В ходе испытаний также определяется критическое значение, при котором образец грунта разрушается (сдвигается, получает значительную деформацию или рассыпается).

Среди прочностных характеристик грунтов наиболее  важна стойкость к касательным (сдвигающим) деформациям (горизонтальным нагрузкам).

Лабораторные испытания прочности грунта

Для определения прочностных характеристик грунтов проводят лабораторные испытания грунтовых проб на специальных приборах. Способы и методы исследований определяются ГОСТом 12248-96.

Чаще испытание проводят на приборе, который прилагает усилие сдвига в одной плоскости. Такое исследование называют «методом одноплоскостного среза». Сначала к образцам грунта (не меньше 3-х) прикладывают горизонтальную сдвигающую нагрузку и наращивают её до разрушения образца. После , к трём другим образцам грунта прикладывают вертикальную нагрузку и также наращивают её до разрушения образца.

Медленное наращивание нагрузки увеличивается с шагом 0,1а (где «а» – атмосферное давление). Нагрузку наращивают до тех пор, пока образец не разрушится или пока его деформация (сдвиг) не превысит 5 мм.

Данные исследований заносят в график, где вдоль осей обозначают размер нагрузки (сдвигающего усилия) и величину сдвига. По данному графику определяют внутреннее трение грунта, удельное сопротивление срезу и его удельное сцепление.

Полученные показатели сравнивают с обозначенными допустимыми характеристиками грунтов, указанными в ГОСТе. После выносят рекомендации о возможности строительства здания на данном грунте.

Когда проводят исследование

Исследование прочностных характеристик грунтов проводится в ходе геолого-разведывательных работ перед строительством здания. Особенно это важно для высотных многоэтажных построек, которые имеют значительный вес и должны выдерживать большие ветровые нагрузки.

Забор грунта для испытаний на приборах называют монолитом. Его берут из шурфов – скважин, глубина которых равна глубине фундамента будущего дома. Пробу грунтов берут через каждые 1-2 м вдоль всей глубины шурфа. В качестве образцов для исследований берут пробы с неразрушенной внутренней структурой грунта (без перекапывания, рыхления и др.).

Испытания на приборах проводят на образцах в сухом и водонасыщенном (намокшем) состоянии, а также на предварительно уплотнённых образцах или без их предварительного уплотнения.

Геодезическая разведка . Так выглядит проба грунта

Приборы для определения прочности

Для лабораторных исследований используются следующие приборы:

• Устройство компрессионного сжатия ГТ1.1.4 – измеряет деформируемость, просадочность почвы.
• Установки трёхосного сжатия ГТ0.3.10., ГТ0.3.13., ГТ0.3.14.
• Установки для одноплоскостного среза ГТ0.2.1., ГТ1.2.9.
• Установка предварительного уплотнения образцов ГТ1.2.5. и прибор для уплотнения ГТ1.4.1
• Установки одноосного сжатия ГТ0.5.3., ГТ0.5.4
• Установки сжатия и растяжения для исследования скальных грунтов ГТ0.6.3., ГТ0.6.4.
• Установка одноплоскостного среза для мёрзлого грунта ГТ0.2.2.
• Приспособления для подготовки образцов.

С помощью лабораторных исследований определяют прочностные характеристики грунта.

Прочность грунтов: характеристики

Деформационные свойства почвы измеряются следующими показателями:

• Прочность грунта – способность сопротивляться внешнему воздействию – оценивается пределом прочности на одноосное сжатие (максимальной нагрузкой, которую грунт выдерживает без разрушения). Измеряется в МПа.
• Угол трения – зависит от вида грунта, для песчаников равен 25-45 единиц, для пылеватых глин – от 7 до 30 единиц. Также показателем прочностных характеристик грунта является коэффициент внутреннего трения.
• Удельное сцепление – сопротивление удельных связей внутри грунта перемещению его частиц. Измеряется в кПа или кгс/см².
• Модуль деформации Е (характеристика жёсткости грунта) – коэффициент зависимости деформации от напряжения.

Характеристики прочности грунта могут изменяться в зависимости от времени года, водонасыщения, температуры.

Что влияет на прочность грунта?

Что влияет на деформационные характеристики грунтов:

• Гранулометрический состав грунта (размер его частиц). Чем мельче частицы, тем выше плотность и ниже деформационные свойства.
• Пористость почвы (чем плотнее почва, тем выше её прочностные характеристики и ниже способность деформироваться под нагрузкой).
• Влажность грунта (намокание грунта снижает характеристики прочности).
• Колебания подземных вод (подъём их уровня снижает прочностные свойства грунта).

Определение деформационных свойств грунтов требует профессиональных знаний и геологических расчетов.

Происхождение и характеристики грунтов — Доктор Лом

1. Грунты — это любые горные породы, которые используются при строительстве самых различных сооружений

Грунты могут быть основанием, когда на них возводится фундамент, средой — когда в грунтах прокладываются туннели, подземные ходы, катакомбы и прочие подземные сооружения. Грунты также могут быть и материалом, когда используются для устройства насыпей, подсыпок, плотин и т.п.

Сейчас различают три основные группы горных пород, образовавшихся под воздействием различных природных и временных факторов:

1. Магматические породы

К ним относятся граниты, диориты, сиениты, порфиры и т.п. Магматические породы сформировались при застывании извергнувшейся из недр земли магмы. Эти породы как правило имеют очень плотную структуру и потому рассматриваются как твердые тела с высокой прочностью.

осадочные и метаморфические.

2. Осадочные породы

Образовались при разрушении магматических горных пород посредством переноса и отложения (оседания) продуктов разрушения. К осадочным породам относятся обломочные (сцементированные и несцементированные), глинистые, химические и биохимические породы.

3. Метаморфические породы

Образовались в процессе значительных изменений магматических и осадочных горных пород под действием различных факторов: давления, высокой температуры, химически активных газов магмы. К метаморфическим породам относятся мраморы, сланцы, гнейсы, кварциты, и др.

При возведении домов строители чаще всего сталкиваются с наиболее молодыми осадочными породами, относящимися к четвертичному периоду. Горные породы третичного, юрского и других периодов находятся ниже, сформировались раньше и имеют, как правило, большую прочность и малую сжимаемость в результате длительного воздействия расположенных сверху более молодых осадочных пород четвертичного периода. Такие более древние породы иногда называют коренными породами.

Среди пород четвертичного периода наибольшее распространение, а потому и наибольшую важность при изучении свойств имеют

1. Глинистые грунты

Глины, суглинки, супеси, относящиеся к глинистым грунтам (породам) имеют достаточно сложную структуру. Они сформированы из очень мелких частиц, включающих так называемые вторичные минералы. Вторичные минералы образовались из первичных минералов в процессе механического разрушения, выветривания, переноса ветром или водой и при последующем отложении на дне океанов, морей, рек и других водоемов. Оставшиеся на месте продукты выветривания называют элювиальными отложениями, а перемещенные ветром, дождем и снегом с возвышенностей к их подножью — делювиальными отложениями.

2. Песчаные грунты

Гравий, галечники и песок также являются продуктами выветривания, но от глинистых грунтов отличаются более крупными размерами частиц.

Отложения песчаных и глинистых грунтов в речных долинах называют аллювиальными отложениями. Продукты выветривания также отлагались при движении ледников — моренные ледниковые отложения.

Механика грунтов основное внимание уделяет изучению так называемых «рыхлых» пород. Под рыхлыми породами подразумеваются перечисленные выше образования, сформированные из отдельных минеральных частиц, слабо связанных друг с другом или не связанных совсем. Поры между частицами грунта могут быть заполнены водой и(или) газами — атмосферным воздухом, водяным паром, химическими или биохимическими газами.

Таким образом, грунты рассматриваются не как некий однородный (изотропный) материал, а как сложные многофазные дисперсные системы, физические и механические свойства которых зависят от количественного соотношения и свойств твердой, жидкой и газообразной фаз, а также от структуры и текстуры.

Структура грунта

описывается формой, размерами, состоянием поверхности минеральных частиц, а также их взаимным расположением и характером связей между частицами. В зависимости от наличия или отсутствия связей между частицами грунты разделяют на связные (глинистые) и сыпучие несвязные (песчаные) грунты. Песчаные и крупнообломочные (галечные, гравийные) грунты характеризуются раздельно-зернистой структурой. Мельчайшие частицы глинистых грунтов могут иметь форму игл или пластинок, при этом образуют ячеистую, ячеисто-хлопьевидную или каркасную структуру.

Лёссы и лёссовидные грунты имеют особую структуру. В таких грунтах очень много пор, при этом размеры пор больше размеров слагающих минеральных частиц, поэтому такие поры называются макропорами. Структурные связи между частицами лёссовых грунтов, образованные углекислыми солями магния и кальция, сравнительно легко растворяются в воде.

Текстура грунта

это совокупность признаков, характеризующих сложение грунта в массиве, например, грунт может иметь слоистую текстуру.

2. Состав грунтов

Грунты состоят из минеральных частиц различных размеров, при этом группы частиц, близких по размеру, называются фракциями. В строительной классификации принято различать шесть основных фракций:

Весовое содержание различных фракций, выражаемое в процентах, называется гранулометрическим составом грунта. Гранулометрический состав приводится либо в виде таблицы, либо в графическом виде:

Рис. 206.1. Кривая неоднородности

Крупнообломочные частицы (> 2 мм) имеют такой же минералогический состав, как и скальные породы, из которых они образовались. Крупнообломочные частицы могут иметь угловатую (щебень, камень, дресва) или окатанную форму (галька, валун, гравий). Песчаная фракция (2-0.1 мм) состоит в основном из частиц (зерен) кварца, слюды, полевого шпата, реже кальцита (ракушечниковые пески). Окатанные зерна характерны для морских, речных и эоловых песков; угловатые зерна — для отложений временных потоков (горные пески). Пылеватая фракция (0.1-0.005) формируется из зерен сильно измельченного кварца, аморфной кремневой кислоты или других первичных минералов (слюда, полевой шпат и т. п.). Пылеватые частицы могут впитывать (адсорбировать) воду и легко вымываются. Глинистая фракция включает мельчайшие (от 5 до 0,001 мк) частицы вторичных минералов игольчатой или чешуйчатой формы. Глинистая фракция — наиболее активная и ее количественное содержание обуславливает основные свойства грунта.

3. Физические характеристики грунтов

Строительные свойства грунтов прямо зависят от гранулометрического состава, а также свойств фазовых состояний (твердого, жидкого и газообразного) и количественного соотношения между фазами. Для описания физического состояния грунта и фазового состава используют характеристики, полученные в процессе простейших испытаний (табл. 1):

Таблица 1. Характеристики фазового состава и физического состояния грунтов

4. Строительная классификация грунтов

В строительстве чаще всего приходится иметь дело с четырьмя основными группами грунтов: скальными, крупнообломочными (несцементированными), песчаными и глинистыми.

Скальные грунты

К скальным грунтам относятся магматические, осадочные и метаморфические горные породы, имеющие жесткую связь между зернами (спаянные или сцементированные). Скальные грунты залегают сплошным слоем или в виде отдельных образований, подобных сухой кладке. Граниты, базальты, диориты, известняки, песчаники — это скальные грунты. К полускальным грунтам относятся грунты, в водонасыщенном состоянии имеющие предел прочности на сжатие менее 50 кг/см² (мергели, окремненные глины и т. п.), или размягчаемые и растворимые водой (гипс, гипсовые песчаники).

Крупнообломочные, песчаные и глинистые грунты являются дисперсными системами и относятся к нескальным грунтам. Различаются нескальные грунты по содержанию фракций (количеству частиц различного размера).

Крупнообломочные грунты

Несцементированные грунты, которые содержат > 50% по массе обломков кристаллических или осадочных пород с размерами частиц > 2 мм.

Песчаные грунты

Несвязные, сыпучие в сухом состоянии грунты, которые не обладают свойством пластичности и содержат < 50% по массе частиц размерами > 2 мм.

В строительстве крупнообломочные и песчаные грунты классифицируют по гранулометрическому составу (табл. 2):

Таблица 2. Классификация крупнообломочных и песчаных грунтов

Примечание. Чтобы определить наименование грунта, последовательно суммируются процентные содержания частиц. Сначала рассматривается процентное содержание частиц исследуемого грунта размером > 10 мм, затем к нему добавляется процентное содержание частиц размером > 2 мм, затем > 0,5 мм и т. д. Наименование грунта принимается при достижении первого удовлетворяющего показателя согласно порядку наименований в таблице.

Если степень неоднородности песчаного грунта k_60/10 > 3, то гравелистые, крупные и средней крупности пески дополнительно определяются термином «неоднородный». Неоднородность песчаных грунтов измеряется отношением

k_60/10 = d₆₀/d₁₀

где d₆₀ — диаметр, меньше которого в исследуемом грунте содержится (по массе) около 60% частиц; d₁₀ — диаметр, меньше которого в исследуемом грунте содержится (по массе) около 10% частиц.

Глинистые грунты

Связные грунты, свойства которых зависят от степени насыщения водой. Глинистые грунты могут рассматриваться как твердое тело, пластичное тело или вязкая жидкость. Илами называются глинистые грунты, сформировавшиеся при наличии микробиологических процессов, как структурный водный осадок, и имеющие влажность в природном сложении, превышающую влажность на границе текучести, и коэффициент пористости ε > 1,0 (для супесей и суглинков) и ε > 1,5 (для глин).

Как правило глинистые грунты классифицируются по числу пластичности:

Супесь:       1 ≤ W_п ≤ 7

Суглинок: 7 < W_п ≤ 17

Глина:            W_п > 17

Реже глинистые грунты классифицируются по гранулометрическому составу:

Среди глинистых грунтов следует отдельно выделить просадочные грунты и грунты, набухающие при замачивании грунты. К просадочным относят грунты, со степенью влажности G ≤ 0,6 и значением

(ε_о — ε_т)/(1 + ε_о) ≥ — 0.1

где ε_о — коэффициент пористости для образца исследуемого грунта естественного сложения и влажности; ε_т — коэффициент пористости для того же образца грунта при соответствующей влажности на границе текучести.

К набухающим относят грунты, имеющие значение

(ε_о — ε_т)/(1 + ε_о) ≤ — 0.3

Данные исследования песчаных и глинистых грунтов должны также включать сведения о наличии биологических остатков (торфа, перегноя и др.), если в образцах исследуемых грунтов, высушенных при t = 100-105°С, содержатся биологические остатки  — более 3% по массе от минеральной части для песчаных грунтов, и менее 5% — для глинистых грунтов. В зависимости от содержания биологических остатков грунты дополнительно определяются как:

грунты с примесью органических веществ — при содержании биологических остатков < 10%;

заторфованные грунты — при содержании биологических остатков в пределах 10—60%;

торфы — при содержании биологических остатков более 60%.

5. Характеристики состояния грунтов

Состояние (консистенцию) непросадочных глинистых грунтов определяют по коэффициенту консистенции В:

В = (W — W_p)/(W_т — W_p)

где W — естественная влажность, выражается в %; W_p — влажность на границе раскатывания в %; W_т— влажность на границе текучести в %

Влажность грунта, при которой грунт переходит из твердого состояния в пластичное (или наоборот) называется пределом раскатывания. Влажность грунта, при которой грунт переходит из пластичного в текучее состояние называется пределом текучести. Далее приведены значения коэффициента консистенции В для различных грунтов:

Супеси

Твердые:  В < 0

Пластичные:  0 ≤ B ≤ 1

Текучие:  В > 1

Суглинки и глины

Твердые: В < 0

Полутвердые: 0 ≤ В ≤ 0,25

Тугопластичные: 0,25 < B ≤ 0,5

Мягкопластичные: 0,5 < B ≤ 0,75

Текучепластичные:0,75 < B ≤ 1

Текучие: >1

Состояние глинистых грунтов в условиях природного залегания также зависит от структуры грунта. Однако при определении характерных влажностей посредством существующих в настоящее время лабораторных методов нарушение природной структурной связности грунта неизбежно, а это может привести к значительному искажению полученных данных. В таких случаях следует провести дополнительные исследования с целью количественной оценки прочности и природных структурных связей для внесения необходимых поправок в результаты испытаний.

По плотности сложения песчаные грунты разделяются на плотные, средней плотности и рыхлые в зависимости от величины коэффициентов пористости ε, приведенных в таблице 3

Плотность песчаных грунтов рекомендуется определять по образцам, отобранным без нарушения естественного сложения грунта или с помощью зондирования.

6. Перемещение воды в порах грунта

Движение воды сквозь поры грунта, происходящее под влиянием разности напоров, называется фильтрацией. Если скорость движения воды не превышает некоторого критического для исследуемого грунта значения («критическая скорость»), что обычно имеет место в природных условиях, то скорость фильтрации v согласно закону Дарси:

v = k_ф(H₁ — H₂)/L = k_фi

где L — расстояние между двумя точками на пути фильтрации, напоры в которых соответственно равны Н₁ и Н₂; i — гидравлический градиент; k_ф — коэффициент фильтрации.

Коэффициент фильтрации — это количественная характеристика степени водопроницаемости грунта, выражающая скорость фильтрации при гидравлическом градиенте i =1. При наличии в грунте связанной воды явление фильтрации возникает только тогда, когда градиент i превышает некоторое значение начального градиента i_н.

Скорость фильтрации равна

v = k_ф(i — i_н)

Коэффициент фильтрации может быть определен:

— расчетом по формулам в зависимости от гранулометрического состава грунта. Это метод применим для однородных песков средней крупности;

— лабораторными испытаниями на специальных приборах;

— путем опытных откачек и нагнетания в полевых условиях. Это метод применим для грунтов с коэффициентом фильтрации > 5·10^-3 см/сек.

Далее приводятся ориентировочные значения коэффициентов фильтрации (в см/сек) для различных грунтов:

глины нетрещиноватые: < 10^-7

суглинки, тяжелые супеси: 10^-6 — 10^-7

супеси, трещиноватые глины: 10^-4 — 10^-6

пылеватые и мелкозернистые пески: 10^-3 — 10^-4

среднезернистые пески: 10^-1 — 10^-3

крупнозернистые пески, галечники:  10^-2 — 10^-1

Вода, перемещаясь в порах, создает давление на скелет грунта. Такое давление называется гидродинамическим и его можно рассматривать как некую объемную силу j, представленную вектором, направленным по касательной к линии потока. Значение гидродинамического давления (в г/см³, т/м³)

j = iγ_в = γ_в(v/k_ф)

где γ_в — удельный вес воды.

Если фильтрационный поток направлен снизу вверх, что бывает при вскрытии котлованов, дренажных работах, бурении и др., гидродинамическое давление может превысить вес вышележащей толщи грунта и вызвать гидродинамическое выпирание грунта.

Градиент, при котором начинается гидродинамическое выпирание грунта, называется критическим

i_кр = (γ_ч — γ_в)/(γ_в(1 + ε))

где γ_ч — удельный вес грунта; ε — коэффициент пористости грунта.

Фильтрация воды под воздействием разницы потенциалов постоянного электрического тока называется электроосмосом и применяется в строительстве с целью временного водопонижения в глинистых грунтах. Грунтовые воды также перемещаются в парообразном и пленочном состоянии. Водяной пар перемещается в область с более низкой температурой из области с более высокой температурой. В пленочном состоянии вода движется всегда в сторону больших молекулярных сил поверхностного притяжения минеральных частиц, т. е. от частиц с большей толщиной пленки к частицам с меньшей толщиной.

Стоит сказать, что это еще далеко не все из известных и важных свойств грунтов, но для первичного ознакомления, думаю, этого пока хватит.

чтений: характеристики почвы | Геология

Введение

Без механического и химического выветривания, разрушающего горную породу, на Земле не было бы никакой почвы. Маловероятно, что люди или большинство других существ могли бы жить на Земле без почвы. Дерево, бумага, хлопок, лекарства и даже чистая вода нуждаются в почве. Таким образом, почва — это ценный ресурс, за которым необходимо тщательно ухаживать и ухаживать. Хотя почва является возобновляемым ресурсом, на ее обновление уходит много времени.

Рис. 1. Торф настолько богат органическими веществами, что его можно сжигать для получения энергии.

Хотя почва представляет собой лишь очень тонкий слой на поверхности Земли над твердыми породами внизу, именно здесь встречаются атмосфера, гидросфера, биосфера и литосфера. Внутри слоя почвы происходят важные реакции между твердыми породами, жидкой водой, воздухом и живыми существами. Грунт представляет собой сложную смесь различных материалов.

• Около половины большинства почв составляют неорганические материалы, такие как продукты выветривания горных пород, включая гальку, песок, ил и частицы глины.
• Около половины всех почв составляют органические материалы, образовавшиеся в результате частичного разложения и разложения растений и животных. Органические материалы необходимы для того, чтобы почва была плодородной. Органическая часть обеспечивает питательные вещества, такие как азот, необходимые для сильного роста растений.
• Между прочными частями есть крошечные промежутки, заполненные воздухом и водой.

Рисунок 2. Дождевые черви и насекомые — важные обитатели почв.

В некоторых почвах органическая часть может отсутствовать, например, в песке пустыни.Или почва может быть полностью органической, например, из материалов, из которых состоит торф на болоте или болоте (рис. 1).

Почва сама по себе является экосистемой. В пространствах почвы обитают тысячи или даже миллионы живых организмов. Эти организмы могут быть кем угодно, от дождевых червей, муравьев, бактерий или грибов (рис. 2).

Климат

Ученые знают, что климат является наиболее важным фактором, определяющим тип почвы, потому что по прошествии некоторого времени разные типы горных пород в данном климате дадут схожую почву.Даже один и тот же тип породы в разном климате не создаст одинаковый тип почвы. Это верно, потому что большинство горных пород на Земле состоит из тех же восьми элементов, и когда горная порода разрушается, превращаясь в почву, эти элементы преобладают.

Те же факторы, которые приводят к усилению выветривания, также приводят к большему почвообразованию.

• Чем больше дождя, тем больше химических реакций с погодными минералами и горными породами. Эти реакции наиболее эффективны в верхних слоях почвы, где вода свежая и еще не вступила в реакцию с другими материалами.
• Увеличение количества осадков увеличивает количество растворенной породы, а также количество материала, уносимого движущейся водой. По мере уноса материалов открываются новые поверхности, что также увеличивает скорость выветривания.
• Повышенная температура увеличивает скорость химических реакций, что также увеличивает почвообразование.
• В более теплых регионах растения и бактерии растут быстрее, что способствует погодным условиям и образованию почвы. В тропических регионах, где температура и осадки постоянно высоки, образуются толстые почвы.Почвы в засушливых регионах маломощные.

Тип почвы также влияет на тип растительности, которая может произрастать в регионе. Мы можем определить типы климата по типам растений, которые там растут.

Rock Тип

Исходная порода является источником неорганической части почвы. Минералы, присутствующие в породе, определяют состав материала, из которого можно сделать почву. Почвы могут образовываться на месте или из перемещенного материала.

• Остаточные почвы образуются на месте.Нижележащая порода разрушается, образуя слои почвы, расположенные над ней. Лишь около одной трети почв в Соединенных Штатах — остаточные.
• Перевезенные почвы перевезены откуда-то еще. Осадки могут переноситься ледниками, ветром, водой или силой тяжести. Почвы образуются из рыхлых частиц, которые были перевезены на новое место и отложены.

Наклон

Чем круче склон, тем меньше вероятность того, что материал останется на месте и образует почву.Материал на крутом склоне может идти под гору. Материалы будут накапливаться, и почва будет образовываться на плоских или пологих участках земли.

Время

Почвы утолщаются по мере увеличения времени, доступного для выветривания. Чем дольше почва остается на определенном участке, тем больше степень изменения.

Биологическая активность

При частичном разложении растительного материала и останков животных в почве образуются органические материалы и питательные вещества.В почве разлагающиеся организмы разрушают сложные органические молекулы растительного вещества и останков животных с образованием более простых неорганических молекул, растворимых в воде. Разлагающиеся организмы также создают органические кислоты, которые увеличивают скорость выветривания и почвообразования. Бактерии в почве превращают атмосферный азот в нитраты.

Разложившиеся остатки растений и животных называют перегноем , который является чрезвычайно важной частью почвы. Гумус покрывает минеральные зерна.Он связывает их вместе в комки, которые затем скрепляют почву, создавая ее структуру. Гумус увеличивает пористость почвы и ее водоудерживающую способность, а также помогает смягчить быстрые изменения кислотности почвы. Гумус также помогает почве удерживать питательные вещества, повышая ее плодородие. Плодородные почвы богаты азотом, содержат высокий процент органических веществ и обычно имеют черный или темно-коричневый цвет. Почвы с низким содержанием азота и органического материала могут быть серыми, желтыми или даже красными.Плодородные почвы легче обрабатывать.

Краткое содержание урока

• Почва — важный ресурс. Жизнь на Земле не могла бы существовать, как сегодня, без почвы.
• Тип почвы, которая образуется, зависит в основном от климата и, в меньшей степени, от исходного материала материнской породы и других факторов.

Вопросы для размышления

• Какие навыки помогает вам развить этот контент?
• Какие ключевые темы освещаются в этом содержании?
• Как содержание этого раздела может помочь вам продемонстрировать владение определенным навыком?
• Какие вопросы у вас есть по поводу этого содержания?

Определите характеристики почвы | Практика ведения лесного хозяйства

Знание свойств вашей лесной почвы поможет вам предсказать, как почва будет реагировать на лес. операции.Затем вы можете спланировать операции так, чтобы минимизировать нарушение почвы.

А исследование почвы — подробный отчет Служба охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства США (NRCS), которая включает карты границ почвы, фотографии, описания и таблицы свойств и характеристик почвы. Исследования почвы округа Айдахо доступны в местных офисах NRCS, или их можно изучить виртуально на Исследования почвы NRCS-Idaho USDA.

Есть два довольно точных метода определения типа почвы на вашем участке.

1. Вы можете использовать устройство глобальной системы позиционирования (GPS), чтобы записывать точки в интересующей области и снимать их. информацию в местный офис NRCS, где сотрудники могут работать с вами, чтобы определить типы ваших почв.
2. Вы можете провести собственное полевое обследование.

Проведение полевого исследования почв

1. Зайдите в свою уборочную единицу и выберите от трех до пяти точек по всей единице.
2. В каждом месте выкопайте небольшую ямку глубиной около 12 дюймов.Это критическая зона, к которой деревья имеют доступ для питательных веществ и влага. Кроме того, он наиболее подвержен нарушениям во время сбора урожая.
3. Возьмите немного земли из каждой лунки и разотрите ее между пальцами.

Ответьте на следующие вопросы:

Каков состав почвы?

Для проверки добавьте воды в небольшую горсть почвы и перемешайте, пытаясь сформировать небольшой шар (размером с яйцо).

• Если вы не можете сформировать шар, у вас песчаная почва.
• Если вы можете сформировать шар, поместите его между большим и указательным пальцами, медленно выдавите почву вперед и дайте ей опустите указательный палец, чтобы сформировать ленту (толщиной около 1/8 дюйма). Если вы можете сформировать ленту длиной 3 дюйма без разбивая, у вас есть почва с высоким содержанием глины.

Почва кажется песчаной и крупной? Много ли в нем гальки и мелких камней?

Если это так, лужи или колейность будут иметь меньшее влияние на долгосрочный рост леса, чем на другие типы почв.Тем не мение, эрозия может стать проблемой, если поверхностный покров смещен и почва обнажена.

Почва на ощупь гладкая и содержит только несколько обломков камней?

В таком случае образование луж или колей с большой вероятностью повлияет на продуктивность леса, если оборудование используется на влажных почвах. Когда высохнет, однако эти почвы могут быть очень устойчивыми к уплотнению.

Какого цвета почва?

Он темный (от красновато-коричневого до черного)? В темных почвах содержится больше органических веществ, являющихся источником основных растений. питательные вещества.Это светлый цвет (от белого до коричневого)? Более светлые почвы содержат меньше органических веществ и растений. питательные вещества. Они также удерживают меньше воды для роста деревьев.

Влияние характеристик почвы | Энциклопедия канолы

Все почвы содержат растворимые соли. Когда уровень достаточен, чтобы нанести вред растениям, почвы называют засоленными. Культуры будут различаться по устойчивости к засолению. Канола считается умеренно толерантной к соли и натрию и может переносить соленость до уровней от пяти до шести децисименс на метр (дСм / м).

Засоленные почвы очень плодородны и часто содержат большое количество органических веществ. Это может быть вызвано снижением урожайности сельскохозяйственных культур в этих районах, где питательные вещества накапливались за годы сплошного внесения питательных веществ. Зональное картирование поля на основе электропроводности (например, использование Veris или EM38) для разработки предписания переменной нормы может улучшить эту ситуацию за счет автоматического отключения внесения удобрений при прохождении над засоленными участками. Это приведет к снижению накопления питательных веществ, повышению эффективности использования удобрений и уменьшению выбросов парниковых газов.

Соленость — это не только проблема соли. Засоление является результатом того, что избыток грунтовых вод движется вниз и в поперечном направлении через почву, растворяя и транспортируя растворимые соли ^{. На обширных территориях канадских прерий есть почва с относительно высоким содержанием растворимых солей. Перераспределение этих растворимых солей за счет движения грунтовых вод приводит к тому, что некоторые районы становятся чрезмерно засоленными. Когда дренаж эффективен, соли вымываются через почву из корневой зоны. Когда дренаж безуспешен (напр.на низких, равнинных участках или участках с впадинами, или на участках, где дороги или другие сооружения препятствуют нормальному дренажу) уровень грунтовых вод повышается. Когда уровень грунтовых вод поднимается до уровня в пределах одного метра (трех футов) от поверхности, вода и соли могут подниматься на поверхность за счет капиллярного действия. Вода испаряется, а соли накапливаются на поверхности.}

Засоление также встречается в солевых выходах на склонах холмов, часто частично вверх по склону на очень длинных и высоких холмах. Дождь на склоне холма (зона подпитки) движется вниз через почву, собирая по пути соли.Вода, не используемая растениями, спускается вниз, пока не достигнет непроницаемого слоя, который препятствует ее продвижению. Затем вода течет вбок (просачивается), пока не достигнет положения ниже по склону, где уровень грунтовых вод находится ближе к поверхности. Там просачивающаяся вода заставляет уровень грунтовых вод подниматься, позволяя соленой воде подниматься на поверхность почвы за счет капиллярного действия. Явление просачивания может происходить на относительно небольших расстояниях в пределах одного поля или на расстояниях в несколько миль. Уровни солености широко варьируются в пределах солевого выхода.Соленость также меняется от весны к осени. Засоление обычно появляется на поверхности почвы сразу после весеннего таяния ^.

Доминирующими солями в просачиваемых соляных растворах прерий являются катионы кальция (Ca), магния (Mg) и натрия (Na) и анионы сульфата (SO ₄ ). Если уровень натрия высок или не сбалансирован с кальцием и магнием, это также может повлиять на обработку почвы. Положительно заряженные катионы натрия прикрепляются к отрицательно заряженным частицам глины в почве, в результате чего почва становится липкой во влажном состоянии и твердой и непроницаемой в сухом.

Засоленные почвы можно распознать по пятнистому нарастанию сельскохозяйственных культур или по белым солевым коркам, которые накапливаются на поверхности почвы, обычно в низинах. В почве могут присутствовать полосы соли, даже если на поверхности может не появиться белая корка. Во многих засоленных почвах невозможно увидеть соли, и необходимо провести лабораторный анализ почвы, чтобы подтвердить их присутствие.

Растения, растущие на засоленных территориях, могут приобретать сине-зеленый оттенок. Солеустойчивые сорняки, такие как чертополох, кочия, дикий ячмень и гусиный ячмень, обычно встречаются в районах с высокой концентрацией соли ^.

Процесс накопления солей уменьшается, когда растения перехватывают восходящий поток соленых грунтовых вод и уменьшают количество, достигающее поверхности почвы. Когда растений нет, почти вся потеря воды происходит за счет испарения с поверхности почвы. Summerfallow является основным фактором солености, поскольку способствует увеличению уровня грунтовых вод. Вода, не используемая растениями, накапливается в подпочве и в конечном итоге выходит на поверхность с солями. Эти соли препятствуют прорастанию семян и укоренению растений.

Вся оросительная вода содержит немного соли. В течение длительного периода орошения, когда дренаж почвы недостаточен, в почве накапливаются соли, и может возникнуть проблема засоления. Вода, используемая в основных ирригационных районах Альберты и Саскачевана, высокого качества с небольшим риском накопления солей. Засоление или высокий уровень грунтовых вод в результате чрезмерного орошения вызывают наибольшее засоление при орошении.

Влияние засоления на рост и урожай канолы

Некоторые виды растений переносят высокие уровни засоления, в то время как другие — низкие или совсем не засоленные.Следовательно, солеустойчивость относится к относительному росту растений при засолении. Солеустойчивые растения избегают токсичности за счет секвестрации ионов натрия (Na +) и хлорида (Cl-) либо в вакуоли, либо в корни по механизму исключения соли ^{. Солевой толерантность обычно дается с точки зрения стадии роста растений в диапазоне уровней электропроводности. Степень засоления или общая концентрация растворимых солей в почве обычно измеряется лабораториями по исследованию почвы с помощью теста на проводимость.Электропроводность (ЕС) — это способность раствора передавать электрический ток. Единицы электропроводности обычно выражаются в децисименсах на метр (дСм / м). В следующей таблице соленость классифицируется по общим диапазонам от незасоленного до очень сильно засоленного. Эти значения используются для выбора растений на засоленных почвах.}

Таблица 2. Рейтинг солености и значение электропроводности

Таблица 2. Рейтинг солености и значение электропроводности

дСм / м = децисименс на метр

Избыточные растворимые соли вызывают осмотический стресс и ионную токсичность в растительных клетках.Для нормального роста растениям нужна как вода, так и растворенные в ней питательные вещества. Сок в корнях растений содержит соль, которая притягивает воду в растение за счет осмотического давления. Растворенные в почве соли повышают осмотическое давление почвенного раствора. Это снижает скорость попадания воды из почвы в корни. Если почвенный раствор станет слишком концентрированным, растения будут медленно обезвоживаться, терять тургор и голодать, даже если запас воды и питательных веществ в почве может быть довольно высоким.Если содержание солей в почвенной воде становится слишком насыщенным, вода может фактически отказываться от корней. Осмотический стресс также является результатом высыхания и, следовательно, является частым компонентом как засухи, так и солевого стресса. Высокая концентрация определенных солей в почве также может быть токсичной, потому что некоторые растения могут поглощать избыточное количество соли, замедляя рост или вызывая смерть.

Считается, что канола умеренно толерантна к соли и натрию и может переносить умеренную соленость до уровней от пяти до шести децисименс на метр.Канола более чувствительна к засолению во время прорастания и всходов, чем на более поздних стадиях роста ^.

В исследовании засоления, проведенном Министерством сельского хозяйства и агропродовольствия Канады Сельское хозяйство и агропродовольствие Канады является отделом правительства Канады. в Свифт Каррент, Саскачеван, повышение уровня засоления почвы привело к снижению всхожести, всхожести и скорости всходов ^{. Это тепличное исследование показало, что процент всхожести и выживаемость растений существенно не изменился, пока засоление не превысило 5.6 децисименс на метр. Выше этого значения увеличивается количество дней от посева до появления всходов. При сильном засолении растения прорастали быстро, но со временем процент выживших уменьшался.}

Засоление как в умеренных, так и в тяжелых условиях снижает среднюю высоту растений, биомассу побегов и корней, количество листьев, площадь листьев, эвапотранспирацию и урожайность при сборе урожая. Например, средняя высота урожая в исследовании, показанном на этом графике, составляла в среднем 167, 132 и 84 сантиметра (66, 52 и 33 дюйма) соответственно для 0.6, 5,6 и 12,4 децисименс на метр обработки. Рост корней также затруднен при солености выше шести децисименс на метр. При уровне 5,6 децисименс на метр урожай канолы в этом исследовании был снижен на 60 процентов, а при сильном засолении урожайность канолы снизилась на 80 процентов. Однако несколько других исследований показали, что при уровне солености до 10 децисименс на метр влияние на урожай канолы незначительно.

Испытания почвы покажут масштабы проблемы засоления.При отборе проб собирайте изображения как для затронутых, так и для незатронутых участков поля. Выполните анализ электропроводности, pH, катиона Положительно заряженный ион (ион с чистым положительным зарядом). щелочная насыщенность и содержание кальция, магния, натрия и органических веществ.

Когда уровни натрия в почве высоки по сравнению с кальцием и магнием, возникает другая проблема с почвой. Эти почвы очень липкие и скользкие во влажном состоянии и очень твердые, комковатые и склонные к образованию корки при высыхании.Адсорбция натрия — процесс электрического притяжения, которое удерживает катионы на отрицательных поверхностях почвенных коллоидов. Коэффициент (SAR) — это отношение натрия к полезным структурным катионам почвы, кальцию и магнию. Когда значение SAR превышает 13, почва называется натриевой. Если SAR превышает 13, а EC больше четырех, это считается засоленной натриевой почвой. Используйте тест почвы, чтобы определить SAR почвы.

Аргентинское исследование показало, что натрий, даже без образования корки на почве, может вызвать небольшое сокращение всхожести рапса при значениях SAR 20 и увеличение до 60% при значениях SAR выше 34.При значениях SAR выше 20 рост основного стебля и урожайность немного снизились, но увеличение количества второстепенных ветвей компенсировало это снижение. Уменьшение количества стеблей, семян на стручок на основном стебле, стручков на стебель и урожайность канолы, как правило, резко снижаются, когда значения SAR превышают 34. Это может быть частично из-за индуцированного дефицита кальция из-за чрезмерного количества натрия ^.

Однако наиболее важным действием натрия в почве является увеличение корки, которая снижает всхожесть.Количество натрия, необходимое для воздействия на всхожесть, намного выше, чем необходимо для диспергирования и образования корки глины. Аргентинское исследование показало, что значения SAR, равные восьми и даже ниже, могут способствовать диспергированию глины и образованию корки, когда капли дождя ударяют по поверхности почвы. Семядоли канолы имеют небольшой размер, и при прорастании семядоли выталкиваются через почву на поверхность, что затрудняет всходы в почвах с коркой. На образование корки также влияет гранулометрический состав почвы, поскольку высокая доля мелких частиц увеличивает восприимчивость почвы к образованию корки.Очень мелкие посевы в результате чрезмерной обработки почвы повышают склонность почвы к образованию корки. Прочность корки сильно влияет на всхожесть.

На почвах с умеренным засолением используйте сплошную обработку сельскохозяйственных культур или, по крайней мере, максимально удлините севооборот. Культуры используют воду, а не позволяют ей глубоко проникать в почву или накапливаться у поверхности почвы и способствовать перемещению соли.

На почвах с умеренным засолением используйте сплошную обработку сельскохозяйственных культур или, по крайней мере, максимально удлините севооборот.Культуры используют воду, а не позволяют ей глубоко проникать в почву или накапливаться у поверхности почвы и способствовать перемещению соли.

Используйте неглубокую обработку почвы и поддерживайте все возможные растительные остатки на поверхности почвы. Во многих случаях глубокая обработка почвы может просто вывести на поверхность больше солей и усугубить проблемы. Ранней весной семена канолы неглубокие, чтобы семена могли прорасти при временном снижении уровня соли на поверхности.

Если засоление почвы уже достигло стадии, когда зерновые и масличные культуры не могут быть выращены, проконсультируйтесь с квалифицированными специалистами по почвам по процедурам борьбы с засолением и рекультивации засоленных земель.Засоление можно удалить механически, но для этого требуется орошение сверху и дренаж плитки под ним, чтобы вымыть соленость из почвы и слить ее.

Объяснение характеристик почвы »Новозеландский почвенный портал

Почвы обладают множеством свойств, которые мы можем измерить, чтобы изучить их состояние или «здоровье». Вы можете сравнить почву с вашим телом, а почвоведа с врачом, который пытается получить информацию о вашем здоровье, когда они измеряют ваше кровяное давление или другие характеристики вашего тела.

Для описания характеристик почвы обычно используются три категории: химические, физические и биологические свойства.

Химические свойства почвы

Химические свойства широко описывают плодородие почвы, количество и доступность питательных веществ для роста растений. Химические свойства также включают загрязняющие вещества и токсичные элементы.

Это наиболее часто измеряемые химические свойства, и почему они важны:

• pH
  pH — это показатель кислотности почвы.Это очень важная характеристика почвы, так как pH влияет на многие химические реакции и биологические процессы. Каждая химическая реакция и каждый почвенный организм имеют свой любимый pH, при котором они работают лучше всего, а также верхний и нижний предел, при котором реакции больше не работают или организм умирает. Следовательно, pH может многое рассказать нам о происходящих химических реакциях и организмах, которые могут жить в почве. PH почвы обычно измеряется в смеси воды и почвы с помощью pH-метра, который измеряет активность ионов водорода (H ⁺ ), поскольку эти ионы создают кислотность.
  ФАО подготовила инфографику, чтобы проиллюстрировать, как pH влияет на доступность питательных веществ в почве и на здоровье животных и растений, которые в ней живут.

• Содержание органического вещества
  Органическое вещество — это мертвые растения и (микро) организмы, которые разлагаются в почве. Темный цвет верхнего слоя почвы, компоста и почвенной смеси является следствием этого органического вещества. Разложение мертвого материала — это способ вторичного использования питательных веществ: дождевые черви, грибки, бактерии и многие другие почвенные организмы поедают органические вещества, и в результате их переваривания питательные вещества снова попадают в почву.Таким образом, органическое вещество является мерой плодородия почвы. Содержание органического вещества в почве обычно измеряется как общий углерод, потому что органическое вещество состоит в основном из углерода и обычно является единственным источником углерода в почвах Новой Зеландии.

• Удержание фосфата
  Фосфат — это химическая форма фосфора, которую могут усваивать растения. Удержание фосфата — это количество фосфата, которое почва может адсорбировать на частицах. Если фосфат сильно адсорбируется, он недоступен для растений, но если он не адсорбируется, существует риск вымывания фосфата в грунтовые воды, где он считается загрязняющим веществом.Удержание фосфата измеряется путем добавления известного количества фосфата в образец почвы и анализа того, сколько фосфата все еще находится в растворе и, следовательно, не адсорбируется в почве.

• Катионообменная емкость (CEC)
  Важные питательные вещества для растений кальций, магний и калий имеют положительный химический заряд и называются катионами. Катионы образуют химически простые связи с отрицательно заряженными частицами глины и органическими веществами. Растения могут получить доступ к этим катионам питательных веществ.Количество отрицательно заряженных пространств, доступных для связывания катионов, называется катионообменной емкостью почвы. Если для катионов питательных веществ доступно много места, это признак хорошего плодородия почвы. Емкость катионного обмена измеряется, сначала удаляя все катионы с отрицательно заряженных участков образца почвы, а затем добавляя «передозировку» катионов к образцу, так что все участки обмена будут заполнены. Наконец, образец почвы снова промывают, чтобы все катионы покинули центры обмена, и мы можем измерить, сколько катионов было связано с отрицательно заряженными сайтами обмена, и это дает нам количество доступных мест обмена.

Физические свойства почвы

Движение и накопление воды и воздуха в почве — это физические свойства, а также то, насколько легко копать или обрабатывать почву.

Это наиболее часто измеряемые физические свойства, и почему они важны:

• Текстура
  Текстура относится к размеру отдельных частиц в почве, за исключением гравия и камней. Текстура традиционно измеряется путем смешивания образца почвы с водой, после удаления гравия и камней путем просеивания и измерения времени, необходимого для осаждения частиц разного размера.Частицы песка являются самыми крупными и поэтому сначала оседают в воде, а затем в иле и глине.
  Песок: частицы диаметром от 0,06 до 2 мм; Ил: частицы диаметром от 0,002 до 0,06 мм; Глина: частицы диаметром менее 0,002 мм.
  Классы текстуры — это преобладающий размер частиц смеси почвы в вашем образце:
  Песок: менее 8% глины и менее 40% ила; Ил: менее 40% ила;
  Суглинок: более 40% ила; Глина: более 35% глины.

• Структура
  Структура почвы описывает, как частицы почвы собираются вместе в агрегаты.Если отдельные частицы почвы совсем не связаны, структура почвы (отдельные зерна) отсутствует. Структура почвы скрепляет почву и создает воздушные карманы для дыхания корней растений и организмов. Структура измеряется путем взятия пальцами образца почвы и определения того, насколько легко он ломается. В качестве альтернативы, в лаборатории структуру почвы можно измерить более точно, применив силу и измерив, сколько силы необходимо для разрушения агрегатов почвы.

• Цвет
  Цвет почвы говорит нам о том, сколько органических веществ может присутствовать в почве из-за ее темноты.Цвет почвы также может сказать нам, какие процессы происходят в почве, например, из-за застоя воды почва становится сероватой с оранжевыми пятнами, а перемещение органических веществ или железа окрашивает почву на разную глубину. Цвет различных горизонтов почвы описывается специальной таблицей цветов, называемой шкалой Манселла, путем сравнения цвета влажной почвы с цветами в книге Манселла.

• Насыпная плотность
  Насыпная плотность — это масса сухого грунта в определенном объеме.В почвах без большого количества камней мы измеряем объемную плотность, заполняя контейнер, обычно стальной цилиндр, почвой, проталкивая его в почву. Затем мы сушим почву и взвешиваем ее, чтобы определить массу, и мы знаем объем цилиндра, чтобы мы могли рассчитать насыпную плотность. В почвах с большим количеством камней слишком сложно вдавить цилиндр в почву, поэтому вместо этого мы выкапываем небольшую ямку, отвозим всю почву в лабораторию, сушим и взвешиваем, чтобы получить массу, и мы заполняем ямку. полиэтиленовым пакетом и наполните его пластиковыми бусинами, и по количеству бусинок, заполняющих отверстие, мы можем рассчитать его объем.Почвы с низкой насыпной плотностью являются рыхлыми, через них легко проходят корни и вода, а почвы с высокой насыпной плотностью тяжелые, и их часто трудно копать или вспахивать.

• Водоудерживающая способность
  Этот параметр описывает, сколько воды может удерживать почва, как губка, и это важно для растений, поскольку определяет, сколько воды хранится в почве. Влагоудерживающая способность измеряется путем насыщения образца почвы в контейнере водой, а затем слива избыточной воды и измерения количества воды, остающейся в почве.Водоудерживающая способность во многом зависит от текстуры почвы, рыхлые песчинки не удерживают много воды, а плотная глинистая почва впитывает много воды.

• Гидравлическая проводимость
  Степень протекания воды через почву измеряется с помощью гидравлической проводимости. Это можно измерить, измерив, сколько воды проходит через образец почвы при приложении определенного давления. Гидравлическая проводимость почвы зависит от размера пор, который зависит от структуры и текстуры почвы.Более крупные частицы почвы создают более крупные поры между частицами и облегчают прохождение воды через почву. Когда частицы почвы, даже когда они маленькие, собираются в агрегаты, они также образуют большие поры, и это также заставляет воду двигаться быстро.

Биологические характеристики почвы

Биологические свойства описывают (микро) организмы, живущие в почве, кто они и сколько их, или насколько они активны и что делают.

Это наиболее часто измеряемые биологические свойства, и почему они важны:

• Дождевые черви
  Дождевые черви часто используются в качестве положительного индикатора биологического качества почвы: дождевые черви разлагают органические вещества, делая питательные вещества доступными для растений, и их каналы позволяют воздуху и воде попадать в почву. Дождевые черви не любят почву, по которой они не могут пройти, и это обычно означает, что другие, более мелкие организмы также не любят эту почву, поэтому дождевые черви являются индикатором, показывающим нам, является ли почва хорошим местом для жизни. для многих почвенных организмов.

• Минерализуемый азот
  Азот присутствует в почве в виде органического азота, который не может усваиваться растениями. Микроорганизмы могут расщеплять органический азот и делать его доступным для растений, и этот процесс называется азотной минерализацией. Мы можем измерить, сколько азота в почве потенциально может быть минерализовано и доступно для растений, так что это своего рода запас азота в банке для растений.

• Микробная биомасса
  Почва живая и полна микроорганизмов, которые мы не видим невооруженным глазом.Чтобы измерить количество присутствующих микроорганизмов, их биомассу, мы сначала анализируем, сколько углерода мы можем извлечь из почвы, пока микроорганизмы активны. Затем мы инактивируем микроорганизмы, добавляя хлороформ к образцу, и мы снова измеряем количество извлекаемого углерода, увеличение углерода происходит от микроорганизмов, и, вычисляя разницу, мы знаем биомассу микроорганизмов, присутствующих в нашем образце.
  Это прямое измерение микробной биомассы, но мы также можем оценить количество микроорганизмов по их дыханию (см. «Базальное дыхание») или с помощью методов ДНК (см. «Состав микробного сообщества»).

• Базальное дыхание
  Все микроорганизмы в почве и корнях растений дышат так же, как и мы.Представьте себе, что вы измеряете собственное дыхание, когда вы дышите нормально, по сравнению с тем, когда вы занимаетесь спортом или бегаете. Мы также можем сделать это для почвенных микроорганизмов. Базальное дыхание — это нормальное дыхание микроорганизмов, и мы можем просто взять образец почвы и измерить количество CO ₂ , которое выходит из образца с течением времени, обычно в течение дня или около того. Затем мы узнаем, сколько микроорганизмов дышит, и мы также можем оценить их количество по их дыханию. При желании мы можем сравнить это нормальное дыхание между разными почвами или заставить организмы работать усерднее, дав им дополнительную пищу или воду, и посмотреть, как они изменяют свое дыхание.Это говорит нам об активности микроорганизмов в почве.

• Состав микробного сообщества
  Анализ ДНК позволяет идентифицировать микроорганизмы в почве, которые не видны невооруженным глазом. Таким образом, мы можем идентифицировать все бактерии, грибки и другие микроорганизмы, обитающие в определенной почве, и это называется составом сообщества, как если бы вы записали все имена людей и животных, которые живут в вашем районе. Если вы также напишете все рабочие места и навыки, которыми обладают жители вашего района, вы получите представление о том, чего может достичь ваш район.То же самое можно сделать и с микробными сообществами в почве, некоторые виды играют очень специфические роли в почве, и их присутствие в почве может сказать нам, что происходит с рециркуляцией питательных веществ или удалением загрязняющих веществ или атаками патогенов на растения. Мы также можем приблизительно оценить количество микроорганизмов в почве, измерив, сколько ДНК мы находим в почве, хотя это не очень точно.

Хотите узнать больше?

Загляните в наши лаборатории почв и узнайте об имеющихся у нас средствах определения характеристик почвы.

Не стесняйтесь изучать наш глоссарий S-map для характеристик почвы и терминов, не упомянутых выше:
https://smap.landcareresearch.co.nz/help/glossary/

Климатические характеристики и характеристики почвы. Определите, где управление нулевой обработкой может хранить углерод в почвах и снижать выбросы парниковых газов.

Характеристики почвы гиперсезонного серрадо по сравнению с сезонным серрадо и пойменными пастбищами: последствия для структуры растительного сообщества

По сезонности саванны можно разделить на полусезонные, сезонные, гиперсезонные или болотные.Гиперсезонные саванны характеризуются чередованием двух противоположных напряжений в течение каждого годового цикла: одно вызвано засухой и пожаром, а другое — заболачиванием. В Южной Америке крупнейшим регионом саванны является бразильское серрадо, в котором есть несколько гиперсезонных областей, которые становятся заболоченными в сезон дождей. Почвы серрадо, как правило, хорошо дренированы, но в центральной Бразилии есть небольшая область серрадо, в которой почва плохо дренирована и которая становится заболоченной в середине сезона дождей, что создает видимость гиперсезонного серрадо.Поскольку почва важна для экологии растительности серрадо, мы спросили, подразумевает ли заболачивание в этом гиперсезонном серрадо различия в характеристиках почвы по сравнению с сезонным серрадо, которое не заболачивается в сезон дождей, и с пойменные луга, которые остаются заболоченными в течение всего года. В каждой среде мы случайным образом выбрали десять точек, в которых собирали образцы почвы в середине сезона дождей для химического и гранулометрического анализов.Для всех переменных мы обнаружили существенные различия между тремя средами, по крайней мере, на одной из глубин. Тем не менее, когда мы приняли во внимание все переменные вместе, мы заметили, что почвы под гиперсезонным и сезонным серрадо были похожи, и оба они отличались от почвы под пойменными лугами. Почва под пойменными пастбищами была связана с большим количеством глины, ила, органического вещества, фосфора, алюминия, насыщения алюминием, емкости катионного обмена и суммы оснований, тогда как почвы под гиперсезонным и сезонным серрадо были связаны с более высокими значениями pH, основанием насыщение, кальций, магний и песок.Поскольку почва под обоими серрадо была химически и физически похожей, продолжительность переувлажнения в гиперсезонной серрадо недостаточна, чтобы изменить ее характеристики почвы. Ограничения для растений, растущих на гиперсезонной почве серрадо, должны быть следствием прямого воздействия наводнения. Поскольку виды серрадо относятся к засушливым, гипоксия, вызванная заболачиванием, может ограничить количество видов серрадо, способных противостоять этим условиям.

ISLSCP II Глобальные сеточные характеристики почвы

Резюме:

Этот набор данных предоставляет данные с координатной привязкой для выбранных параметров почвы. получены на основе данных и методов, разработанных Global Soil Data Task, международным совместным проектом с цель получения точных и подходящих данных, касающихся свойств почвы доступны для сообщества исследователей глобальных изменений.В задание координировалось Международной программой геосферы-биосферы. (IGBP-DIS). Данные в этом наборе данных были подготовлены Международным Сотрудники проекта спутниковой климатологии суши и поверхности, Инициатива II (ISLSCP II) из данные получены из Окриджской национальной лаборатории Центр распределенного активного архива (ORNL DAAC, http://daac.ornl.gov/). См. соответствующие наборы данных раздел ниже. Двумерные сеточные карты выбранных параметров почвы, включая текстуру почвы, на уровне 1.0 на 1,0 градус пространственного разрешения и для двух глубин грунта. Все уровни данных были скорректированы в соответствии с ISLSCP II. наземная / водная маска. Есть 36 файлов данных с этим набором данных.

Дополнительная документация:

Этот набор данных является одним из продуктов Международного Проект спутниковой климатологии суши и поверхности, Инициатива II (ISLSCP II) сбор данных, содержащий 50 наборов данных глобальных временных рядов для десятилетний период с 1986 по 1995 год. Полное описание данных, их получение, благодарности, и ссылки, предоставленные персоналом управления данными ISLSCP II, включены в этот набор данных в качестве сопутствующего файла. названный 1_islscp2_soils_doc.pdf .

ISLSCP II — это последовательный набор наборов данных, которые были составлен из существующих источников данных и алгоритмов, и был разработан удовлетворить потребности моделистов и исследователей мирового углеродный, водный и энергетический цикл. Данные были получены от ряда Американские и международные агентства, университеты и учреждения. Данные и документация прошли две экспертные проверки.

ISLSCP — один из нескольких проектов Global Эксперимент по циклу энергии и воды (GEWEX) [http: // www.gewex.org/] и играет ведущую роль в решении вопросов взаимодействия суши и атмосферы — моделирование процессов, алгоритмы поиска данных, дизайн полевых экспериментов и исполнение, и разработка глобальных наборов данных.

Связанные наборы данных:

Цитирование данных:

Процитируйте этот набор данных следующим образом:

Скоулз Р. Дж. И Э. Браун де Колстоун. 2011. ISLSCP II Global. Характеристики сетчатого грунта. В Холле, Форрест Г., Дж. Коллатц, Б. Мисон, С. Лос, Э.Браун де Колстоун и Д. Лэндис (ред.). Сборник Инициативы ISLSCP II. Набор данных. Доступно онлайн [http://daac.ornl.gov/] из Окриджской национальной лаборатории. Распределенный актив. Архивный центр, Ок-Ридж, Теннесси, США. DOI: 10.3334 / ORNLDAAC / 1004

Информация о файле:

Архивные наборы данных для ISLSCP II были организованы категории. Этот набор данных находится в Гидрологии, почвах и топографии. категория —- набор наборов данных по гидроклиматологии и высоте поверхности.

Набор данных Пространственная протяженность: Глобальная сетка

Самая западная долгота: -180 з.д.

Самая восточная долгота: 180 E

Самая северная широта: 90 N

Самая южная широта: -90 ю.ш.

Проекция: географическая

Пространственное разрешение набора данных: 1,0 градус по широте и долготе

Временной объем набора данных: 1986–1995

Формат файла данных

Все файлы данных в каждом наборе данных в рамках инициативы ISLSCP Сбор данных II осуществляется в формате ASCII GRID.Формат файла состоит из числовых полей различной длины, разделенных одним пространство и расположены столбцами и строками.

Имеется 36 файлов данных со следующим соглашением об именах:

почва_ параметр глубина _1d.asc Пример: gradient_bulk_dens0-150_1d.asc

где:
параметр — это конкретный параметр почвы (список параметров и описания см. В разделах 3.2 и 8.2).
глубина — глубина почвы в см для расчетного параметра почвы (т.е.е. 0-30 или 0-150).
1d определяет пространственное разрешение данных как 1 градус как по широте, так и по долготе.
.asc определяет формат данных как ASCII или текстовый формат.

*** ПРИМЕЧАНИЕ: Файлы для теплоемкости почвы называются gradient_therm_capWC_depth_1d.asc, где WC — процентное содержание воды. почвы: 0, 10, 50 или 100 процентов.

Исследованы отдельные параметры почвы: