Механические элементы почвы

Механические элементы почвы. Все механические элементы почвы с размером частиц менее 0,01 мм называют физической глиной, а более 0,01 мм — физическим песком. Кроме того, выделяют мелкозем, в который входят частицы размером до 1 мм и почвенный скелет — частицы размером более 1 мм.

В классификацию, кроме понятия о подразделении почв в зависимости от содержания физической глины и физического песка, введено понятие о преобладающих фракциях. Таких фракций выделено пять: гравелистая (3—1 мм), песчаная (1—0,05 мм), крупнопылевая (0,05—0,01 мм), пылевая (0,01—0,001 мм) и илистая (до 0,001 мм). По классификации Качинского, выделяют такие почвенные частицы: камни и гравий (размером более 3 мм); песок крупный (3—1 мм), средний (1—0,25 мм), мелкий (0,25—0,05 мм); пыль крупная (0,05— 0,01 мм), средняя (0,01—0,005 мм), тонкая (0,005—0,001 мм); ил (до 0,001 мм). По механическому составу различают почвы песчаные, супесчаные (тяжелые, средние, легкие), суглинистые (тяжелые, средние, легкие) и глинистые. Формируются почвы под влиянием как природных процессов почвообразования, так и вследствие производственного использования земельных угодий.

В результате процессов выветривания, самые  плотные горные породы быстро превращаются в весьма рыхлую массу, которая состоит из частиц различного размера. Данные частицы называются механические элементы почвы. Механические элементы, сходные по размерам, обычно объединяются во фракции. А совокупность механических фракций и представляет собой механический состав почвы.

Из всех слоев почвы для гигиенистов в первую очередь представляет интерес поверхностный, или пахотный, слой (горизонт). Это слой почвы толщиной в среднем 0,25 м, который обрабатывается при выращивании растений. Гигиенизируется зона капиллярного поднятия грунтовых вод, толщина которой (т. е. высота поднятия) зависит от размера пор этого слоя почвы.

Наибольшее значение для почвы в этих зонах, с гигиенической точки зрения, имеют пористость, размер пор, воздухопроницаемость.

Пористость почвы. Под пористостью почвы следует понимать суммарный объем пор в единице объема почвы, выраженный в процентах. Размер пор и пористость почвы зависят от ее механического состава. Размер пор в однородной почве тем больше, чем больший размер имеют отдельные механические элементы почвы, т. е. ее зернистость. Самые крупные поры в каменистой почве, очень мелкие — в глинистой, а самые мелкие — в торфяной. При этом суммарный объем пор, выраженный в процентах, увеличивается, т. е. пористость почвы тем выше, чем меньше размер отдельных механических элементов почвы. Так, пористость песчаной почвы составляет 40%, а торфяной — 82%.

На размер пор влияет также форма механических элементов почвы. В условиях неоднородной почвы, т. е. когда почва состоит из частиц разного размера, поры между большими частицами заполняются меньшими частицами. В изверженных вулканических породах и монолитах (гранит) вместо пор часто встречается целая сеть соединенных между собой горизонтальных и вертикальных трещин, которые иногда достигают значительной ширины и глубины. Кроме естественных пор, обусловленных механическим составом почвы, в почве встречаются каналы и трещины, искусственно созданные животными, обитающими в почве (ежами, кротами и др.), или людьми при бурении скважин, выкапывании колодцев, закладывании свай, прокладывании труб и др.

Величина естественных пор почвы, наличие в ней естественных или искусственных трещин и каналов оказывают существенное влияние на взаимодействие почвы с воздухом и водой, а также фильтрационную способность почв. Именно этим обусловлено их гигиеническое значение. Так, почвы с крупными порами и низкой пористостью (гравелистые, песчаные, легкие супесчаные) хорошо проницаемы для воды и воздуха.

Они имеют наивысшую фильтрационную способность. В таких почвах, а также в почвах с естественными и искусственными трещинами химические и биологические загрязнения быстрее продвигаются вглубь и достигают грунтовых вод, что приводит к их загрязнению и создает опасность для здоровья населения. В то же время почвы с маленькими порами и высокой пористостью (глинистые, тяжелые суглинистые) имеют низкую фильтрационную способность. В них задерживается вода, они плохо аэрируются. Это приводит к замедлению или даже прекращению процессов самоочищения почвы от органических загрязнений, что также опасно для здоровья населения. Оптимальной для процессов самоочищения от биологических и химических загрязнений является пористость почвы в пределах 60—65%.

Воздухопроницаемость почвы — это способность почвы пропускать воздух через свою толщу. Проницаемость почвы для воздуха обусловлена лишь размером пор и не зависит от их общего объема, т. е. от пористости. Если объем воздуха, проходящего за 1 мин через мелкий песок, принять за единицу, то при таких же условиях через средний песок пройдет 84 объема воздуха, через крупный — 961, через мелкий гравий — 5195, через средний хрящ — 11 684 объема воздуха. В указанном примере с увеличением размера механических элементов (частиц) почвы увеличивается размер пор и значительно повышается проницаемость почвы для воздуха.

В то же время общий объем пор уменьшается: если в мелком песке пористость составляет 55%, то в среднем — лишь 37,9%. Количество воздуха, проходящего через слой почвы определенного механического состава, увеличивается при повышении барометрического давления и уменьшении влажности почвы. Вода, заполняющая поры почвы, вытесняет из них воздух и препятствует его проникновению в почву. Если все поры заполнены водой или льдом, то проницаемость для воздуха уменьшается до нуля.

Смесь газов и паров, которая заполняет поры почвы, называется почвенным воздухом. Почвенный воздух и вода являются антагонистами относительно пространства пор. Почвенный воздух по составу отличается от атмосферного и постоянно с ним взаимодействует. Движение почвенного воздуха и обмен его с атмосферным воздухом происходит под влиянием разницы их температуры, колебаний барометрического давления и уровня грунтовых вод.

Так, при понижении барометрического давления и повышении температуры почвы в соответствии с законами Бойля—Мариотта, Гей—Люссака и Шарля объем почвенного воздуха увеличивается при постоянном объеме пор почвы, воздух поднимается и выходит из почвы в приземной слой атмосферы. При повышении атмосферного давления и уменьшении температуры почвы атмосферный воздух поступает в поры почвы. Этот процесс называется "дыханием" почвы. Он также происходит во время колебания уровня грунтовых вод: если уровень грунтовых вод повышается, то почвенный воздух выходит в атмосферу, если снижается, то атмосферный воздух поступает в поры почвы.

Воздухопроницаемость почвы обусловливает ее обогащение кислородом, что имеет большое гигиеническое значение, связанное с биохимическими процессами окисления, которые протекают в почве и обеспечивают ее самоочищение от органических загрязнений. Поэтому здоровой является почва легкого механического состава (песчаная, легкая супесчаная) с крупными частицами, так как у нее большие поры. Это обусловливает ее высокую воздухопроницаемость и хорошую аэрацию — достаточную для активного протекания процессов самоочищения.