WWW.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 |
-- [ Страница 1 ] --

У к р а и н с к а я академия аграрных наук

Национальный научный центр

« И н с т и т у т почвоведения и а г р о х и м и и

им. А. Н. С о к о л о в с к о г о

»

В. В. Медведев

Твердость почвы

Х А Р Ь К О В - 2009

УДК 631.41

В.В.Медведев. Твердость почв. Харьков. Изд. КГ1 «Городская типо-

графия», 2009, 152 с.

Книга написана с целью популяризации твердости почв и ее более ши рокого использования в почвоведении, земледелии и земледельческой меха нике. Рассмотрены факторы, влияющие на твердость, значение показателя для диагностики физического состояния почв, классификации почв по твер дости, методы и приборы для измерения, использование для проектирования почвообрабатывающих орудий. Приведены параметры твердости в почвах различного генезиса, состава и свойств. Показаны примеры выбора с п о с о б о в и орудий обработки по данным твердости почв. Подробно оценены перспек тивы использования твердости для изучения пространственной неоднородно сти почвенного покрова и использования в точном земледелии.

Книга предназначена для научных работников, преподавателей сель скохозяйственных вузов и специалистов в области почвоведения, земледелия и земледельческой механики.

V.V.Medvedev. Soil Penetration Resistance. Kharkiv. «13 Press», 2009, pp. The book is written with the purpose of popularization of soil penetration re sistance (SPR) and its wider use in soil science, agriculture and agricultural me chanic. The factors influencing on SPR, value of a parameter for diagnostics of a soil physical condition, classifications on SPR, methods and devices for measure ment, use for designing soil-cultivating instruments are considered. Parameter of SPR in soils various genesis, composition and properties are resulted. Examples of a choice of methods and instruments of soil tillage according to SPR are shown.

Prospects of use of SPR for studying spatial heterogeneity of a soil cover and use in precise agriculture are in detail estimated.

The book is intended for science officers, teachers of agricultural high schools and experts in the field of soil science, agriculture and agricultural me chanic.

Рецензенты: проф., доктор с.-х. наук, академик УААН А.Г.Тарарико, проф., доктор с.-х. наук, член-корреспондент УААН Р.С.Трускавецкий Книга рекомендована к печати Ученым Советом ИНЦ «Институт почвоведения и агрохимии им. А.Н.Соколовского» (протокол № 1 2 от 15 сентября 2009 г.).

ISSN № 978-966-1664-30-1 © Национальный научный центр «Институт почвоведения и агрохимии им. А.Н. Соколовского»

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие 1. Определение 2. Факторы, влияющие на твердость почв 3. Методы и приборы для измерения 4. Классификации почв по твердости 5. Твердость в почвах различного генезиса, состава и свойств 6. Твердость как индикатор физических, физико-механических и технологических свойств почв 7. Твердость и конструирование почвообрабатывающих орудий.. 8. Твердость и выбор способов обработки 9. Твердость как средство контроля качества почвообработки.... 10. Твердость и нормирование механизированных полевых работ 11. Твердость и продуктивность сельскохозяйственных культур 12. Твердость в точном земледелии 13. Перспективы использования твердости в мониторинге, почвенных исследованиях и агрономической практике Заключение The General Conclusion Литература Приложения : 1. Структура базы аналитической информации о свойствах почв Украины, собранной в рамках международного проекта ЕС INCO COPERNICUS "Subsoil overcompaction of the Central and Eastern European countries" (фрагмент твердость почв) 2. Примеры измерений твердости в почвах Украины 3. l-D-диаграммы твердости почв Полесья и Лесостепи

The contents

2. The factors influencing on soil penetration resistance 4. Classifications of soil penetration resistance 5. Penetration resistance in soils of various genesis, composition and 6. The soil penetration resistance as the indicator of physical, physical-mechanical and technological soil properties 7. The soil penetration resistance and designing of soil-cultivating 8. The soil penetration resistance and a choice of tillage ways 9. The soil penetration resistance as means of quality assurance of 10. The soil penetration resistance and'normalization of the 11. The soil penetration resistance and efficiency of agricultural 12. The soil penetration resistance in precise agriculture 13. Prospects of the soil penetration resistance use in monitoring,

The General Conclusion

1. The structura of analytical information for databases on soil prop erties of the Ukraine, collected in the framework of international project of EC INCO-COPERNICUS "Subsoil overcompaction of the Central and Eastern European countries" (part on penetration resis 2. The examples of penetration resistance measurements in soils of 3. 1-D-diagram of soil penetration resistance for soils of Polyssja and

ПРЕДИСЛОВИЕ

Твердость - важный генетический и агропроизводствен ный показатель, с помощью которого характеризуют физико механические свойства почв, точнее сопротивление почвы рос ту корней, либо сопротивление почвы, которое нужно преодо леть почвообрабатывающему рабочему органу в процессе ее обработки. Впервые твердость почв стали измерять еще в 19 веке с появлением соответствующих приборов. Объектив ности ради следует отметить, что вначале твердость изучали вовсе не с агрономическими целями. Оказалось, что с помо щью показателей твердости можно было прогнозировать опол зень (сдвиг почвы по склону), устанавливать строение геоло гических слоев быстрее и дешевле, чем это делалось бурением скважин. Наконец, по данным твердости даже прогнозирова ли сход снежных лавин, ибо сила сцепления между гранула ми снега при определенном увлажнении стремилась к нулево му значению и была точным предвестником лавины.

Твердость нашла широкое применение в строительном деле для контроля прочности дорог, дамб, аэродромных полос, других земляных сооружений, в инженерной геологии, но, конечно, более всего в агрономии, почвоведении и земледель ческой механике.

Однако до сих пор, несмотря на существенно возросший уровень измерения (даже в режиме on-line одновременно с проведением обработки почв) определение твердости не полу чило широкого распространения ни в агрономической практи ке, ни в конструировании почвообрабатывающих орудий. Да и в исследовательской работе при проведении полевого опыта по обработке почв, либо в почвенно-географических и мелиора тивных обследованиях этот показатель не пользуется попу лярностью. Нам представляется такое отношение к твердости, исключительно информативному и легко определяемому пока зателю, несправедливым. В книге, которая предлагается Ва шему вниманию, мы хотели бы изменить сложившееся поло жение. В частности, будут продемонстрированы значительные возможности оценить по твердости обрабатываемый слой как среду функционирования корней, выбрать тот или иной спо соб либо глубину обработки, получить, наконец, ясное пред ставление о качестве выполнения практически любой агро технической операции, связанной с рыхлением почвы.

Твердость в почвах изменяется в широких пределах - от О, когда почва находится в текучем состоянии, до примерно 1000 кПа, когда почва практически лишена свободной влаги и максимально консолидирована. В силу значительной зависи мости твердости от влажности объективно сложно сопостав лять данные различных объектов между собой. Однако если учесть, что обработка большинства почв и особенно весной проводится в состоянии увлажнения, равного или близкого к физической спелости, то сравнения показателей между собой становятся вполне корректными. Более того, выясняется, что твердость зависит не только от влажности почв, но и от со держания в почве органического вещества, состава поглощен ных катионов, соотношения структурных агрегатов, и очень заметно от гранулометрического состава. Твердость явилась важным критерием начальных процессов слитообразования.

Все это обусловливает перспективность использования твердо сти не только в агрономических, но и в почвенно генетических исследованиях.

Во время роста корня, при передвижении почвообрабаты вающего орудия в почве происходят разнообразные физико механические процессы расклинивания, сдвига, преодолева ются силы внутреннего сцепления. Обобщенным адекватным индикатором этих процессов, конечно же, является твердость.

С помощью твердости легко установить конфигурацию плужной подошвы и решить вопрос о том, нужно или не нужно ее разрушать. В равной степени это же можно отнести к почвенной корке, твердость которой определяет выбор ору дия для рыхления почвы и в этом случае.

Твердость - незаменимый показатель для оценивания ус ловий прорастания семян и их развития на первых этапах он тогенеза, в том числе оценивания способности корневых во лосков осваивать не только меж-, но и внутриагрегатное про странство. Значит, показатель твердости способен оценить не только прочность комка, но и качество сложения, причем та кую оценку практически нельзя получить, используя тради ционный показатель плотность сложения.

Для твердости продолжают находить новые сферы при ложения. Например, с помощью пенетрометрирования, пожа луй, впервые, создали 2-х и 3-х-мерные почвенные карты, нашедшие в дальнейшем широкое использование в точном земледелии.

Более широкие перспективы использования показателя твердости в будущих почвенно-агрономических исследованиях можно связывать с диагностикой состояния почвы перед посе вом, выбором способа обработки, оценкой качества обрабаты ваемого слоя после обработки. Но не только с этим. Твердость с помощью современных технических средств, как это будет показано в книге, настолько просто измерить, что делает очень нужным использование этого показателя для изучения неоднородности физического состояния почв в пространстве поля, а, значит, в точном земледелии.

Вместе с тем, мы не имеем намерения отвергать приме нение показателя плотности сложения как фундаментальной характеристики физического состояния обрабатываемого слоя почв и заменять ее твердостью. В контексте данной книги, да и в других наших работах, обе оценки используются как взаимодополняющие, а не исключающие друг друга.

Цель данной книги - содействовать более широкому ис пользованию показателя твердости в исследованиях и в агро номической практике. С нашей точки зрения, особенно пер спективна твердость для оценки физического состояния обра батываемого слоя весной перед проведением предпосевной об работки, когда, повторяем, негативное влияние изменчивости влажности почв на вариабельность твердости уменьшается.

Использование показателя твердости в дополнение к показа телю плотности сложения позволит получить более совершен ную оценку физического состояния почвы, улучшить почвооб рабатывающие орудия и эффективность их эксплуатации.

Книга написана на основании материалов лаборатории геоэкофизики почв ННЦ «ИПА им. А.Н.Соколовского», соб ранных в процессе проведения полевых опытов и экспедици онных работ. В книгу включены также материалы, получен ные в содружестве с Волынским т Черниговским производст венными центрами охраны плодородия почв и качества про дукции, Харьковским национальным агроуниверситетом им.

В.В.Докучаева, а также материалы, полученные во время вы полнения международного проекта, финансируемого амери канским фондом CRDF (Real-time technology for direct in-situ measurement of soil fertility parameters for spatial databases to support precision agriculture), а также международного проек та Европейского сообщества INCO-COPERNICUS "Subsoil over compaction of the Central and Eastern European countries". Ав тор признателен всем сотрудникам, принимавшим участие в работах. Особую признательность автор выражает кандидатам с.-х. наук Т.Е.Лындиной, Т.Н.Лактионовой и И.В.Плиско, с которыми автор длительное время сотрудничал в рамках этой тематики.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ Твердость - сопротивление почвы проникновению в нее тела (металлического плунжера) определенной формы. Обычно это клин (для очень твердых почв и пород), конус, шар или плоский диск (для умеренно твердых и распахиваемых почв).

Измеряется в кгс/см 2 или в подобных единицах - Н/м 2, Па, кПа, мПа (1 кгс/см 2 = 1 х 105 Н/м 2 = 1 х 10 2 Па = 1 х 10" кПа = 1 x 1 0 ° мПа). Показатели твердости легко трансформи ровать в работу (измеряемую, как известно, в джоулях), если затраченное усилие умножить на расстояние, которое преодо левает в почве наконечник твердомера. Последнее, как пока жем далее, при определенных условиях может использоваться в нормировании операций по обработке почв.

Твердость рассчитывается следующим образом:

Т - твердость почвы, в любой из указанных единиц;

hcp - величина средней ординаты на твердограмме, м или см;

q - масштаб пружины, Н / м или кг/см;

S - площадь плунжера, м 2 или см За рубежом (больше всего в США) рассчитывают анало гичный показатель, называемый коническим индексом.

Графически твердость удобнее всего демонстрировать на профильной одномерной (1-D) диаграмме, пример и интерпре тация которой приведены на рисунке 1.1. Разумеется, наибо лее низкую твердость имеют верхние слои распахиваемых почв. Обычно в посевном слое (0-10 см) твердость редко пре вышает 5-10 кгс/см 2. В случае прохождения плунжера через слои с более крупной структурой или с более высокой плотно стью показатели твердости несколько возрастают. Глубже в зависимости от времени спустя после последней глубокой об работки твердость сохраняет постоянные значения либо по степенно возрастает в переделах 10-20 кг/см 2. Наибольший подъем соответствует переходу от пахотного к подпахотному слоям, где размещается плужная подошва. Здесь твердость может возрасти до 30-40 кгс/см 2 и выше. Глубже твердость несколько снижается и далее остается постоянной. Как видно из рисунка, равновесная твердость достаточно ясно коррес пондирует с равновесной плотностью сложения и наличием в почве глыбистой структуры. Чем ее содержание выше, тем выше и твердость. На такую особенность твердости обратил внимание П.В.Горохов (1990). На рисунке определения вы полнены в мае, спустя 50 дней после последней культивации на глубину 10-12 см.

Рис. 1.1. Характерные показатели твердости, плотности сло жения и структурного состава чернозема типичного тяжелосуг линистого в равновесном состоянии (п. Коммунар, Харьковского района, Харьковской области, средние измерения в мае).

Старейшим способом определения твердости является большой палец руки, с силой вводимый в почву. Правило «большого пальца» таково: палец, погруженный в почву пол ностью, дает значение твердости 1 мРа, до первого сустава 0,5 мРа, до второго - 0,25 мПа.

Когда на почву действует клин или конус, то в результа те мы оцениваем сопротивление почвы расклиниванию, пло ский диск (как в твердомере Ревякьна) или шар - скорее со противление почвы сдавливанию. При этом фактически оце нивается сопротивление почвы уплотнению. Не случайно иногда твердомеры, имеющие в качестве плунжера плоский диск, не совсем точно называют плотномерами. Более того, эти недоразумения были даже закреплены в ГОСТе СССР 2911-54, согласно которому сопротивлению почвы сдавлива нию (сжатию) называлось средней плотностью почвы, а при бор - плотномером.

Твердость обычно измеряется твердомерами различных конструкций, с плунжерами различной формы. П.У.Бахтин (1969) обобщил ранее известные данные об изменении сопро тивления почвы от типа плунжера. Например, в исследовани ях Афанасьева сопоставлялись плунжеры с площадью попе речного сечения от 5 до 0,7 см 2.Оказалось, что кривая удель ного сопротивления вдавливанию резко возрастала с умень шением поперечной площади наконечника. Это сопротивление подчинялось уравнению гиперболы:

где Y - сопротивление вдавливанию (кг);

a - постоянный коэффициент;

X - поперечная площадь плунжера (см 2 );

Тот же эффект достигался и при уменьшении периметра плунжера. Существенное изменение сопротивления в зависи мости от параметров плунжера объяснялось различной дефор мацией почвы при вдавливании плунжера. Если поперечное сечение невелико, то почва в большей мере разрезается, чем сминается. П.У. Бахтин, в конце концов, нашел оптимальное соотношение между боковой и поперечной поверхностями плунжера для получения сопоставимых результатов при изу чении сопротивления генетически различных почв.

Этим же исследователем были сопоставлены величины сопротивлений в зависимости от типа плунжера - цилиндра, конуса, шара, эллипса. Различия в величине сопротивлений были очень значительны.

Результаты этих работ находились в противоречии с ис следованиями М.Х. Пигулевского (1936), у которого форма плунжера не влияла на величину сопротивления вдавлива нию. В этих работах под плунжером независимо от его формы образовывалась «луковица» - зона распространения давления, затухающая с глубиной, ставшая впоследствии классической моделью описания деформации под колесом трактора. Но, как оказалось, это всего лишь частный случай вертикального при ложения статической либо динамической нагрузки. В дейст вительности, деформация почвы в зависимости от параметров деформатора может приобретать самые разнообразные формы и даже не образовываться вовсе, если деформатором выступает клин с небольшим углом атаки. К сожалению, интерес к та кого рода работам у почвоведов и конструкторов почвообраба тывающих рабочих органов со временем пропал. А напрасно!

Ведь большое разнообразие почв и их прочностных характери стик определяет необходимость соответствующего разнообра зия рыхлящих орудий. Стандартные рабочие органы, какие доминируют сейчас, должны быть заменены на адаптивные, приспособленные к разнообразию почвенных условий.

Принципиально различный конечный результат получа ют в зависимости от угла атаки клина. В США в качестве стандарта используется клин с углом атаки 30° (ASAES, 313.3,1999). В связи с этим в США твердость чаще всего на зывают «Soil Cone-Penetration Resistance». В других странах используются твердомеры с углом атаки клина от 30 до 60°.

Кстати, чем больше угол атаки плунжера твердомера (и соот ветственно расклинивающего рабочего органа почвообрабаты вающего орудия), тем выше сопротивление почвы (и соответ ственно более энергоемка ее обработка). Такие орудия нужны для плохо крошащихся почв (например, солонцов или уплот ненных почв). Напротив, для суглинистых черноземов с хо рошей структурой предпочтение следует отдать рабочим ор ганам с минимальным углом атаки рабочих органов.

Имеет значение и направление приложения нагрузки во время измерения твердости. Следует указывать вертикально или тангенциально погружается в почву твердомер. Кстати, результаты при этом получаются различными в силу анизо тропности строения почвы.

По данным П.У.Бахтина (1969), твердость и влажность связывает преимущественно нисходящая прямолинейная за висимость типа (рис. 1.2):

Т = - 0,472W + 59,15, где Т - искомая твердость (кгс/см 2 );

W - относительная влажность почвы ( % ) Рис.1.2. Изменение твердости в пахотном слое чернозема обыкновенного (1) и дерново-подзолистой (2) почв в зависимости Примером решающего влияния влажности на показатели твердости служит рисунок 1.3, заимствованный нами из рабо ты Young et al. (2000).

Рис.1.3. Влияние влажности на сопротивление пенетрации, ус тановленное с помощью твердомера с коническим наконечником Как увидим далее, зависимость твердости от влажности близка к линейной. Это обстоятельство открывает путь к бо лее широкому использованию показателя твердости в произ водственных условиях. Например, по твердости установить, спелая почва или нет, выбрать активный или пассивный спо соб подготовки почвы к посеву или для проведения основной обработки. Для этого всего лишь нужно найти для зоны своей деятельности зависимость твердости от влажности и для клю чевых ее диапазонов (например, для состояния спелой почвы, когда проводится обработка весной, или для состояния пони женного увлажнения, когда почва пашется) и нормативы оценки прочности почвы. Например, обычно весной чернозем типичный тяжелосуглинистый в посевном слое в состоянии влажности физической спелости имеет показатели твердости в пределах 3-10 кгс/см 2. В этом случае предпосевное рыхление почвы для большинства культур, за исключением мелкосе мянных, не требуется. Если же почва при том же состоянии физической спелости имеет твердость в посевном слое свыше 10 кгс/см 2, то рыхление почвы обязательно. Осенью оценки твердости почвы осуществляются с учетом поправки на по ниженную влажность, которая примерно составляет 0,60-0, от физической спелости (В.В.Медведев и др., 2007).

Следует обратить внимание на то, что параметры твердо сти супесчаной дерново-подзолистой почвы при равной влаж ности почти на 10-15 кгс/см 2 меньше в сравнении с тяжело суглинистой почвой. Конечно, это сравнение не совсем кор ректно, так как почвы содержат неодинаковое количество ор ганического вещества. Тем не менее, этот факт подтверждает ся во многих других случаях: почвы легкого гранулометриче ского состава менее тверды, чем почвы тяжелые.

В зависимости от гранулометрического состава меняются абсолютные показатели твердости (легкая плохо оструктурен ная почва имеет более высокие показатели, чем хорошо ост руктуренная почва среднего грансостава), но соотношения в показателях твердости между сухой и влажной почвами оста ются практически неизменными. Сухая почва в 2-3 раза тверже влажной.

Следовательно, при определении твердости нужно обяза тельно указывать, с помощью какого плунжера и каким обра зом (при каких условиях) были произведены измерения. С од ной стороны, такой разнобой получаемых оценок, кажется, требует стандартизации. И это, вероятно, было бы полезно. С другой, использование разных методов измерения твердости позволяет получить углубленную оценку различных видов со противлений почвы, что, кажется важным как в агрономиче ском отношении, так и особенно для конструирования энерго экономных рабочих органов почвообрабатывающих машин.

Не кажется нам недостатком, что измерения производят ся in situ (непосредственно в полевых условиях при естествен ной влажности почв). Ведь почва в зависимости от уровня ув лажнения может быть пластичным, упругим либо почти твер дым телом. Исследование прочности почвы в каждом из этих состояний представляет практический и теоретический инте рес. Ведь плотность сложения как оценка массы сухой почвы в единице объема имеет при этом куда более скромные ин формационные возможности.

Таким образом, в отличие от плотности сложения, яв ляющейся весовой, массовой характеристикой почвы, твер дость - силовая, прочностная характеристика. С ее помощью оценивают величину сопротивления почвы при воздействии на нее тел определенной формы. Именно поэтому твердость явля ется явно предпочтительной характеристикой при оценке поч вы как среды для функционирования корней или как объекта механической обработки.

2. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ТВЕРДОСТЬ ПОЧВ

Итак, твердость - мера механической проницаемости почв. Можно сразу же установить две группы факторов, от которых зависит твердость почвы. Это конструктивные осо бенности плунжеров и собственно почвенные факторы, опре деляющие способность почв к сопротивлению. Обычно при ис следовании распахиваемой почвы предполагается, что ее со противление невелико. Поэтому рабочая поверхность (форма) плунжера выбирается преимущественно плоская. Но уже при определении сопротивления более глубоких горизонтов про филя плоский плунжер не годится и его нужно заменить кли ном или конусом. При этом нужно точно учесть площадь кон такта конуса с почвой при его погружении в почву.

Если применяется большой набор сменных плунжеров, и все они снабжены соответствующими параметрами (угол ата ки, площадь контакта, усилие трения почва-сталь и другие), то манипулирование плунжерами в процессе исследований по зволяет получить многочисленные прочностные характери стики почвы:

- несущую способность (начало разрушения почвы при применении плоского плунжера, или, если в качестве объекта взят макроагрегат, то его структурную связность);

- относительную плотность (усилие сдавливания почвы до начала ее разрушения);

- боковой сдвиг (усилие разрезания почвы конусом или клином);

- размеры зоны пластичного и непластичного сжатия почвы в контактной зоне плунжера с почвой.

Такие исследования позволяют развить теорию формиро вания, динамики и разрушения прочности почвы. К сожале нию, в почвоведении эти измерения не получили распростра нения, хотя они безусловно дали бы новую информацию для интерпретации роста корней и работы почвообрабатывающих орудий в зависимости от прочностных особенностей почв. Да и для интерпретации процесса разрушения почвы под действием атмосферных осадков. Ведь механизмы этих казалось столь различных процессов фактически подобны - речь идет о пре одолении сопротивления почвы и формировании либо нового тела, когда почва необратимо разрушается, либо мягком пла стичном варианте, когда почва лишь видоизменяется.

Одновременно подчеркнем: исследования твердости с по мощью разнообразных плунжеров проливают свет на процессы физической деградации почв и ее причины, а также содейст вует формулированию требований к воздействиям, которые не приводили бы к необратимым деформациям.

Конические плунжеры также должны различаться, если полученные результаты измерения твердости предполагается использовать для интерпретации данных о росте корней либо о работе почвообрабатывающих орудий. Ведь параметры со противления в том и другом случаях существенно различны.

Для этого плунжеры должны снабжаться так называемыми коэффициентами проницаемости. В США разработаны норма тивы (стандарты) для такого рода коэффициентов (ASAES, № 313.3, 1999). Коэффициент проницаемости конического плунжера означает соотношение между степенью и силой проницаемости. Первый показатель определяется параметра ми плунжера, второй - степенью рассеяния давления в самой почве. В результате при небольшом коэффициенте воспроиз водится процесс проникновения корней в почву, когда же ко эффициент растет - процессы, приблизительно подобные взаимодействию рабочего органа орудия с почвой.

Кроме угла атаки конуса на величину сопротивления пе нетрации оказывает влияние шероховатость поверхности ко нуса и скорость погружения плунжера в почву. В уже упоми наемом стандарте США не рекомендуется применять кониче ские пенетрометры с шероховатой поверхностью, так как, чем она более выражена, тем выше сопротивление почвы. Сопро тивление проницаемости состоит из двух основных сил: (i) си лы, деформирующей почву наконечником конуса, и (ii) силы трения почвы о металл. Для любого диаметра конуса, если его угол уменьшается, неизбежно увеличение его длины, а это значит, что значительно увеличивается площадь поверхности.

Конус с углом 30° использован как компромиссное решение, ибо для конуса с углом менее 30° сопротивление обычно уменьшается, а для конуса с углом, превышающем 30°, сопро тивление увеличивается.

Взаимное трение почвы становится доминантной сопро тивления, когда тело почвы формируется на поверхности ко нуса из-за возрастания угла конуса. Увеличение (величина, амплитуда) влияния угла конуса зависит от величины силы сцепления почвы и его взаимодействия с зондом.

Трение почвы о металл также имеет свой стандарт, обос нование которого приведено выше и взято из соответствующе го документа США (ASAES, 313.3, 1999). Американский ин ститут стали разработал 416 видов конусов с углом атаки 30° с известными параметрами шероховатости, которые использу ются в поправках к измерениям твердости.

Не менее важен вопрос о диаметре рабочей поверхности конуса пенетрометра в связи с его использованием на почвах с разной структурой. Нельзя допустить такую ситуацию, когда фактически будет измеряться не твердость почвы, а усилие, не обходимое на преодоление межагрегатной связности и формиро вание трещин, либо на преодоление сопротивления отдельного агрегата. В первом случае сопротивление почвы будет очень низким, во втором - высоким. Такая ситуация возможна во многих почвах с негомогенной структурой. К сожалению, в ли тературе нам не удалось найти рекомендаций (и уж тем более стандарта), как поступить в этом случае, когда имеется лишь конический пенетрометр и есть необходимость провести сравни тельные исследования на различных почвах. Ясно, что, кроме конического (в этом и не только в этом случаях) нужно исполь зовать пенетрометр с плоским наконечником.

Из почвенно-физических факторов, управляющих прони цаемостью, на первое место следует поставить содержание во ды в почве и ее энергетическое состояние. Далее из физиче ских факторов - гранулометрический состав, плотность сло жения, структурный состав, размер пор и соотношение круп ных и тонких пор и другие. Как считает J.Morrison (1999), перечисленные факторы решающим образом влияют на пока затель силы конуса и способность почвы сжиматься. В той же работе приведено соотношение между содержанием в почве глины и песка и изменением так называемой величины кони ческого показателя (то есть, сопротивления почвы) в связи с ее увлажнением. Как и следовало ожидать, сопротивление почвы возрастало с уменьшением ее увлажнения независимо от соотношения глины и песка. Однако, такие процессы в почве как цементация и образование корки, динамика плот ности сложения при обработке вносили коррективы в устояв шиеся зависимости. В частности, собраны данные о том, что при одинаковых величинах плотности сложения и увлажне нии показатель силы конуса в почвах разного генезиса неоди наков.

3. МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

Для измерения твердости почв применяют пенетрометры устройства, предназначенные для введения в почву металличе ских тел (плунжеров) определенной формы с минимальным на рушением строения почвы. Пенетрометры бывают динамиче ские и статические. В первых из них плунжер вводится в почву с помощью удара или падающего веса (массы). Статические пе нетрометры вводят плунжер в почву медленно и постепенно, избегая динамического эффекта.

Следует обратить внимание на важное и очень необходи мое условие о минимальном нарушении почвы при проведе нии измерений. Оно соблюдается лишь при использовании конического плунжера с небольшой площадью поперечного сечения. Во всех остальных случаях и, особенно при примене нии плоского диска со значительной площадью поперечного сечения, в почве происходят кроме расклинивания деформа ции типа сдавливания и смятия. Иначе говоря, в этом случае мы измеряем комплексную сопротивляемость п 1чв к различ ным типам деформации. Не случайно, поэтому в США, стан дартизированы и используются в практике лишь твердомеры с коническим плунжером. Жаль, что эта особенность измерения на советском и постсоветском пространстве не была учтена.

Для измерения твердости почвы существует огромное количество приборов. Наиболее распространены из них твер домеры Горячкина, Качинского, Голубева, Ревякина, Высоц кого, Оганесяна. Большинство твердомеров описано в широко известных руководствах (Методическое руководство..., 1969;

П.У.Бахтин, 1969;

А.Ф.Вадюнина и др., 1973). Твердомер Ю.Ю. Ревякина в силу его простоты и надежности и особенно после сравнительных испытаний, предпринятых П.У.Бахти ным (1954), постепенно вытеснил многочисленные другие приборы на советском, а впоследствии и на постсоветском пространстве и получил наибольшую известность.

П.В.Горохов (1990), удлинив шток и планку для крепления диаграммы, предложил еще более удобную конструкцию твер домера Ревякина, позволяющую проводить измерения до глу бины 45 см.

В зарубежной практике также имеется большое количе ство твердомеров (пенетрометров) разнообразных конструкций (табл.3.1), особенно в тех странах, где исследования физико механических свойств почв, достаточно популярны (США, Ве ликобритания Германия, Япония). В США, как уже было упомянуто, используется преимущественно конический нако нечник, параметры которого (угол атаки и площадь сечения) стандартизированы. Считается, что стандартизация позволяет сопоставить данные твердости, полученные на разных объек тах и разными авторами. По мнению П.В.Горохова (1990), наиболее совершенный твердомер предложили J.-F. Billot et al. (1977). В качестве регистрирующего элемента в нем ис пользуется тензозвено, а погружение плунжера в почву осу ществляется с помощью направляющей, что повышает точ ность измерений.

В исследовательской практике восточно-европейских стран также использовали большое количество пенетрометров (Кирице, Кунце, Флореску-Зелингера, Гетке, Бориша и дру гих). Отличительной их особенностью было использование не только плоских и клиновидных плунжеров, но и многих дру гих форм. Это расширяло возможности исследования различ ных видов сопротивлений почв.

Ю.Ю.Ревякина, имеющий плоский плунжер с рабочей по верхностью 1 см 2. В специальных модельных опытах приме няли также другие формы плунжеров. В полевых условиях глубина погружения плунжера в почву достигала 30-40 см, охватывая пахотный и верхнюю часть подпахотного слоев, включая плужную подошву. Погружали плунжер в почву медленно, без рывков, с равномерным усилием. Количество повторностей - не менее 10 с равномерным их размещением на элементарной делянке. Обязательно определяли влажность на глубинах 0-5, 15-20, 30-40 см не менее чем в 3-х кратной повторности. Миллиметровую бумагу для помещения в само писцы готовили заранее. Заготовок было столько, сколько предполагалось выполнить погружений твердомера в течение рабочего дня.

Конечным результатом определений была профильная ( D - одномерная) твердограмма с непрерывным распределением твердости по глубине. Исходные данные снимали с миллимет ровки, а потом переводили в кг в соответствии с предвари тельной калибровкой. 1мм на миллиметровой бумаге соответ ствовал 1 кгс/см 2 твердости.

Широко использовали также 2-D- и 3-D (соответственно 2-мерная и 3-мерная) диаграммы. Они получаются в случае измерения твердости на поле при закладке регулярной сети точек и последующей обработки данных с помощью геостати стических средств. Примеры таких диаграмм будут продемон стрированы в книге далее.

К твердомеру прилагается несколько пружин с диамет ром проволоки - 3, 4 и 5 см. В зависимости от диапазона па раметров твердости почв в работе использовали 1-2 пружины.

Калибровали их ежегодно перед началом измерений. Калиб ровку проводили в лабораторных условиях, постепенно увели чивая нагрузку на пружину и одновременно записывая сжа тие пружины.

Нам представляется целесообразным упомянуть о некото рых новых приборах, значительно более совершенных по сравнению с известными ранее. Новые приборы позволяют вести измерения в режиме непрерывной регистрации одно временно с обпаботкой почвы, измерять влажность и некото рые другие показатели, аккумулировать результаты, стати стически и графически их обрабатывать.

Это твердомеры американского (www.specmeters.com) и голландского (www.eijkelkamp.com) производства, которые серийно выпускаются, а также твердомеры из Словакии (B.C.Bajla et al., 2003) и Швеции (Е. Bollenius et al., 2006).

Подобные разработки ведутся и в Украине (М.М Сурду i ш., 2002;

В.В. Медведев i ш., 2004).

В твердомере М.М.Сурду из Украины искомый показа тель получают из соотношения пуансона при его погружении в почву и величины остаточной деформации. Тензометриче ский датчик крепится к лапе культиватора и измерения твер дости осуществляются во время выполнения обработки почвы.

Изменяя форму пуансона, можно оценить сопротивление поч вы различным видам деформации и использовать полученные данные не только при выборе интенсивности и глубины обра ботки, но и в конструировании почвообрабатывающих рабочих органов. Влажность в момент измерения твердости получают, используя кондуктометрический метод, а температуру - с по мощью сопротивления медного датчика.

Подобный твердомер был разработан и испытан в Шве ции. Конусообразные пенетраторы с углом атаки в 30° и диа метром 6,3 см были укреплены на стойках глубокорыхлителя и позволяли производить измерения твердости на глубинах 10, 30 и 50 см. Пенетратор был соединен с сенсором фирмы Bosch, способным измерять усилия в широком интервале зна чений. При скорости обработки почвы 1,5 м/с твердомер фик сировал измерения каждую секунду с одновременным пози ционированием (с помощью Trimble SweeEight).

Итак, если измерять твердость почвы в режиме on-line с помощью наиболее совершенного твердомера (позволяющего одновременно измерять влажность почвы), можно выработать рекомендации о дифференциации обработки почвы.

Нельзя не упомянуть также о многочисленных разработ ках, проводимых в США, с целью усовершенствования пенет рометра. В последние годы в этой стране разработаны пенет рометры с возможностью определения влажности почвы. Это достигается разными способами, в том числе наиболее пер спективным из них TDR (Time Domain Reflectometer) - рис.

3.1. Соответствующий датчик вставляется в наконечник и из меряет влажность в режиме реального времени по мере по гружения наконечника в почву. Наиболее известный из них пенетрометр J. Morrison (В. Lowery et al., 2002).

Расширение аналитических возможностей пенетрометра повлекло за собой увеличение глубины зондирования. Появи лись пенетрометры с возможностями измерения нескольких характеристик (влажности, гидравлической проводимости и других) до глубины 1,5 м. В самое последнее время появились пенетрометры, оборудованные лазерно-волокнистой флуорес центной оптикой, что позволило получать информацию о за грязнении почвы.

Рис. 3.1. Синхронные измерения твердости и влажности (твердомером Моррисона) и плотности сложения Информационные способности пенетрации почвы еще более возросли, когда стали применять пенетрометры с разными ти пами наконечников (в том числе плоскими, которые ранее в США не использовались) и разной скоростью их погружения в почву. Механическое погружение стержня (почти до 2-х метров) позволило произвести глубокое морфометрирование профиля, а использование плоских наконечников расширило применение пенетрометров для изучения вспаханных поверхностей.

Встречающиеся сегодня в мире твердомеры можно сгруп пировать следующим образом:

- лабораторные приборы. Обычно большого размера, тя желые устройства с регулированием скоростей погружения в почву и зондирования на небольшую глубину (не более 20см).

Состоят из камеры и датчика линейного потенциометра с ре гистрацией данных в таблицах или внесением их в журнал цифровой базы;

- миниатюрные (hand-held) портативные (карманные) пе нетрометры являются пружинными со скользящим индикато ром. Могут быть оснащены любым типом наконечника и ка либрованы. Данные наблюдаются непосредственно и регист рируются вручную;

- портативные (hand-pushed) легкие устройства, обычно состоящие из стержня не более 1 м длиной, активным элемен том конического типа, Т-образной ручкой для ручного приме нения силы на стержень. Сила может регистрироваться пру жиной сжатия, гибким кольцом, электронной камерой или миниатюрной камерой, электронным линейным потенциомет ром. Скользящим магнитным обручем и другими устройства ми регистрируется глубина погружения. Скорость погружения устанавливается оператором в зависимости от его оценки поч венных условий. Технология записи данных - от наблюдений и записей вручную до полностью автоматизированного внесе ния данных в журнал. Разрешающая способность измерений колеблется от 5 см для моделей со стержнем с отметками и гибкого кольца до высокого в 0,005 см в специализированных высокоскоростных цифровых моделях;

- портативные мощные (powered) пенетрометры состоят из поддерживающей рамки, которая переносится и устанав ливается на исследуемом участке поля вручную. Пенетрометр укрепляется в этой поддерживающей подставке и вводится в почву гидравлическим, электрическим моторизованным эле ментом или линейным ударом, соответствующим требуемой глубине погружения. Скорость погружения является постоян ной и контролируется. Переносные пенетрометры могут при меняться в поле, не повреждая сельскохозяйственные культу ры и не уплотняя почву. Эти приборы, как правило, автома тизированные с высоким разрешением данных. Сила может регистрироваться гидравлическими датчиками или миниа тюрными камерами. Глубина погружения фиксируется элек тронным линейным потенциометром или другим устройством со стабильным сигналом. Эти пенетрометры содержат специ альные конструкции для горизонтального погружения актив ного элемента в профиль почвы;

- мобильные пенетрометры - устройства, укрепляемые на колесах мобильного средства, на трейлерах или грузовиках.

Их доставляют на исследуемый участок вместе с моторами, электробатареями или другими источниками энергии. Добав ление мобильного устройства или веса грузовика увеличивает потенциальный максимум силы погружения, а длина прони кающего удара может быть увеличена без ограничения тре буемого веса по сравнению с другими типами пенетрометров.

Эти устройства снабжены мультипенетрометрами для одно временного исследования нескольких участков, чтобы полу чить данные о трехмерной пространственной характеристике твердости почвы для построения соответствующей карты.

Имея достаточно значительный опыт исследования твер дости самых различных почв, мы хотели бы сформулировать агротребования к конструкции твердомера, которые с нашей точки зрения, в наибольшей степени удовлетворили потребно сти почвоведов.

О глубине погружения твердомера. Измерениями жела тельно охватить пахотный, подпахотный и наиболее активную часть корнеобитаемого слоя почв. В этом случае оптимальная глубина погружения должна составить не менее 80 см. Конеч но, не на всех почвах такая глубина окажется достижимой при условии использования ручного способа погружения. Ве роятно, иллювиальные и оглеенные горизонты, особенно в подсушенном состоянии не удастся зондировать. Но в боль шинстве случаев возможность глубокого зондирования расши ряет диагностические способности твердомера не только в аг рономическом, но и в почвенно-генетическом направлениях.

О разрешающей способности твердомера. Принципиаль но важно получить как можно более детальную характеристи ку твердости при погружении твердомера. Кажется вполне оправданной такая информация через 1 см. В этих условиях удастся получить данные о малейших изменениях твердости в вертикальном профиле, а при достаточной повторности и по горизонтали. Объединение таких данных позволит (пожалуй, впервые) получить реальное представление об анизотропности почвенного тела в объеме поля. Нет нужды доказывать, на сколько важны такие данные для обоснования точных спосо бов обработки почв.

О точности измерений. Учитывая, что точность измеряе мой характеристики - управляемая величина и зависит от чис ла повторностей, необходимо, чтобы удовлетворительная точ ность достигалась при умеренном количестве повторений. Ина че говоря, примерно 8-10 измерений на площадке 10-20 м должны обеспечить точность не ниже 5%. Конечно, это очень приблизительные параметры, которые должны быть уточнены в полевых исследованиях на различных объектах. Главное твердомер должен давать хорошо воспроизводимые результаты.

Тогда появится возможность уменьшить число зондирований до минимума (даже до одного) и одновременно увеличить их число в пространстве. При этом соответственно появится возможность изучать твердость практически в любом сложном по пестроте поле и получать надежные границы между контурами.

О форме наконечника твердомера. Наиболее часто встре чается клинонидная форма наконечника, которая при погру жении в почву имитирует рост корня. Угол атаки наконечни ка 30°. В специальных исследованиях в твердомерах исполь зуются наконечники других форм - цилиндрические плоские, шаровидные и другие. Такого рода наконечники дают величи ны твердости, отличающиеся от клиновидных. Полученные при этом данные характеризуют взаимодействие с почвой раз личных почвообрабатывающих орудий и используются в рас четах затрат энергии на обработку почв и оптимизации форм рабочих органов. Конечно, оптимальным решением в этом случае было бы использование в твердомере разнотипных на конечников, что расширило бы число возможных пользовате лей прибора. Есть еще одно немаловажное обстоятельство. Оно касается плоского наконечника. В связи с большим возраста нием интереса к изучению уплотнения почвы под действием ходовых систем мобильных средств и достаточно большими методическими трудностями изучения этого вопроса, пред ставляется вполне целесообразно снабдить твердомер наконеч ником плоского типа. При зтом появится возможность моде лировать явление деформации почвы под действием нагрузки и довольно простым способом получать заслуживающую вни мания характеристику.

О размере наконечника. Учитывая, что твердомер должен работать на разных агрофонах - на пашне, в лесу, на целине, на многолетних травах, во влажных и сухих условиях, на ка менистых, оглеенных и других почвах, размер наконечник должен варьировать. Наиболее общая рекомендация, которая здесь уместна, такова: чем меньше твердость объекта, тем больше должен быть размер наконечника. К сожалению, такого рода исследования нам не известны, поэтому мы не можем дать более точных рекомендаций. Этот вопрос должен быть уточнен по мере накопления экспериментальных данных.

О скорости погружения наконечника в почву. В имеющих ся методиках измерения твердости почв требуется погружать наконечник твердомера в почву с равномерной скоростью или, как это рекомендуется фирмой Eijekamp, 2 см/сек. Опыт пока зал, что и то, и другое выдержать трудно, особенно в диффе ренцированнных почвах с неравномерным сложением. Конечно, трудно в условиях ручного погружения и вполне достижимо, когда наконечник погружается в почву с заданной скоростью механическим путем. Если же механическое погружение не бу дет предусмотрено из-за необходимости усложнения прибора и использования дополнительного оборудования, желательно ка ким-то образом учесть скорость, с которой наколечник будет реально погружаться в почву. Учет этой величиды, а также усилия, потраченного на деформацию почвы, позволит полу чить новую важную энергетическую характеристику почвы.

О сопряженном измерении влажности почв. Учитывая сильную зависимость твердости от влажности почв во время измерений, очень желательно предусмотреть изучение влаж ности. Идеальным был бы вариант, когда твердость и влаж ность почв измерялись бы одновременно. Однако, так так в серийных пенетрометрах такая возможность пока отсутствует, можно предложить более простой подход. Так как влажность почв в автоморфных (и выравненных) условиях обычно опре деляется рельефом (повышенные места обычно подсушены, пониженные - увлажнены), поле следует разбить на однотип ные по рельефу участки и определить влажность почв только в контрастных участках. Таким образом, количество мест для определения влажности почв можно резко сократить. Сопря женное измерение твердости и влажности почв на всего лишь на нескольких делянках позволяет найти зависимость твердо сти от влажности, получить соответствующую кривую или по правки и рассчитать достаточно точные значения твердости на всех остальных делянках.

Об организации измерений твердости почв в полевых ус ловиях. Этот раздел мы решили рассмотреть подробно, так как на его основании должны быть разработаны технические требования к твердомеру, программные средства автоматиза ции получения, накопления и последующего использования информации, и, главное, компактный, недорогой и легкий твердомер.

При исследовании твердости почв в зоне Полесья 1 точка (как одно измерение) закладывается на 4-5 га, Лесостепи 10-15 га, Степи - 20-30 га. Названные нормативы мы рас сматриваем как экспертные, подлежащие уточнению по мере накопления массовых данных. Такого рода придержки при годны в случае крупномасштабного картирования. В иных случаях (при детальном картировании) нормативы не извест ны, ибо подобные работы не проводились из-за отсутствия по добного оборудования.

Если цель работы состоит в определении сравнительной твердости почв на отдельных вариантах опыта, то соответст вующие измерения производят на делянке, используя всю ее площадь.

Точки в двух названных случаях размещаются во взаим но перпендикулярных направлениях через равные промежут ки. План опробования составляется заранее. На план поля или делянки наносится сеть. Измерения осуществляются в точках пересечения направлений.

Если необходимо установить, как изменяется твердость в зависимости от типа ходовой системы ходовой сельскохозяй ственной техники, то измерения производят в колеях и рядом с ними, выбирая не менее 10 повторений в каждом варианте.

Схемы размещения точек для 3-х описанных случаев по казаны на рис 3.1.

Рис.3.1. Схемы размещения точек при исследовании твердости почв в поле (а), в опыте (б) и в колее движения мобильных Учет измерений следует вести, сопровождая их следую щими данными:

- объект (название хозяйства, близлежащего населенного пункта);

- фамилия исследователя;

- номер поля, варианта;

- географические координаты (начальной точки);

- название и состояние агрофона (пахота, стерня, культура - тип наконечника в твердомере;

- номер измерения (см. рис.3.1);

- дата измерения (число, месяц, год);

- на панели прибора желателен счетчик, учитывающий ко личество произведенных измерений или количество ос тающихся неиспользованных измерений).

Если между соседними точками опробования твердости будет отмечена большая разница (больше чем 100-150 кПа), то шаг уменьшают в два раза. Если различия продолжают оста ваться значительными, шаг уменьшают еще раз. Это означает, что нужно вернуться на 1/2 или на 1/4 пройденного пути от предыдущей точки.

Измерения желательно осуществлять в кгс/см 2 или в кПа. Шкала в приборе должна быть в широком диапазоне от 0 до 80 кгс/см 2. При этом, примерно начиная с 50 кгс/см нужно использовать наконечник малого размера, в пределах этой величины - максимального размера.

Некоторые требования к обработке данных твердости почв. Кажется, наилучшим и экономным может быть вариант, когда в поле будут осуществлены измерения, полученные дан ные пространственно зафиксированы, упорядочены, собраны на современном носителе (flash-memory) и доставлены в лабо раторию. При этом объем исследований и соответственно ми нимальный объем памяти носителя должен быть рассчитан на один полный рабочий день. Разумеется, если исследования предполагается вести в экспедиционном режиме (без длитель ного возвращения в лабораторию), требования изменяются в сторону существенного увеличения памяти носителя.

Доставленные в лабораторию данные должны в первую очередь быть подвергнуты вариационно-статистической обра ботке с целью выявления средних значений, их ошибок, точ ности, коэффициента вариации и др.

Далее, компьютерная обработка данных должна:

- описать распределение твердости почв в двухмерном виде в единичном профиле, отдельном слое, горизонте и в слу чае необходимости получить синтезированную картину для поля или его части;

- описать твердость почв в трехмерном измерении (в объеме поля или его части, слое, горизонте);

выявить и оконтурить (в случае картографического изо бражения) оптимальные и неоптимальные (сильно откло няющиеся от оптимума) величины (зоны);

- предусмотреть выдачу на дисплей (после демонстрации карт твердости почв) рекомендаций типа: на этой части поля (с соответствующим показом) требуется глубокое рыхление, так как твердость превышает критические ве личины 40 кгс/см 2 ;

на этой части поля (также с показом) не требуется никаких обработок, так как твердость нахо дится в оптимальном диапазоне - 15-20 кгс/см 2 ;

на этой части поля требуется прикатывание, так как твердость Возможен другой вариант решения, когда все этапы об работки данных осуществляются непосредственно в поле, а конечный их результат в виде готовой директивы поступает в почвообрабатывающий агрегат, снабженный устройством для восприятия информации и способный осуществить дифферен цированную (точную) обработку.

Некоторые дополнительные требования. Выше рассмот рены агрономические требования к твердомеру при условии его использования с целью:

- изучения распределения твердости в профиле почв до глубины 80 см;

- планирования точных дифференцированных по глубине и, возможно, по способу или орудию технологий обработки.

Вместе с тем, использование показателей твердости в других целях может потребовать удовлетворения некоторых дополнительных требований.

Твердость как важный и относительно просто определяе мый энергетический показатель может использоваться при разработке новых вариантов почвообрабатывающих орудий.

Цель таких исследований может состоять в разработке энер гомалоемких рабочих органов для рыхления так называемых проблемных почв - сцементированных, слитых, плотных, плохо поддающихся крошению и не создающих после прохода оптимального строения почв. В этих случаях вместо стандарт ных наконечников должны использоваться прототипы самых разнообразных крошащих почву рабочих органов, на основа нии сравнения которых (например, в условиях исследования в почвенном канале) удастся разработать оптимальные по ос новным техническим элементам (форме, углу атаки, площади контакта и др.) орудия.

Твердость может использоваться вместо удельного сопро тивления почв - очень популярного и пока незаменимого по казателя, используемого в нормировании механизированных полевых работ. Кстати, удельное сопротивление пахотных почв последний раз в Украине проводилось 30-40 лет назад и с тех пор ни разу не повторялось. Нет нужды даже комменти ровать, насколько устарели эти данные и особенно в связи с тем, как изменился за это время состав используемых в сель ском хозяйстве машинно-тракторных агрегатов. Поэтому во прос обновления нормативов на обработку почв становится чрезвычайно актуален. Если использовать для этих целей твердость (а с теоретической точки зрения такая замена впол не корректна), то необходимо данные твердости при погруже нии наконечника в почву пересчитать в работу и вывести их на дисплей. Если при этом предусмотреть получение в сопря женном режиме данных расхода горючего во время обработки, то может быть решена важная народно-хозяйственная задача.

Подобного рода преобразования данных твердости позволят расширить прикладные аспекты использования твердомера.

Например, при оценке эрозионной устойчивости почв. К сожа лению, в большинстве моделей, описывающих процесс эрозии, вместо корректных в этом случае прочностных показателей обычно используются массовые характеристики водоустойчиво сти. А ведь процесс эрозии - это не разрушение почв в резуль тате взаимодействия с водой по типу методики Саввинова или распространенной в США подобной методики Иодера, а разру шение почв в результате сдвиговых явлений. Использование в этих случаях твердости несравненно корректнее. Для того, что бы такая замена стала возможной, нужно всего лишь использо вать наконечник с минимальным углом атаки и процесс изме рения адаптировать к процессу эрозии.

Еще более перспективно использование твердомера при решении ряда агрономических вопросов. Кроме отмеченных, укажем еще два. Это использование твердомера для определе ния несущей способности почв, важного явления при интер претации буксования мобильных агрегатов и их проходимости в сложных условиях. К сожалению, использование твердоме ров в этих целях не исследовано (нам, по крайней мере, такие работы не известны). Можно лишь обозначить перспективным использование специальных наконечников, имитирующих форму шин или гусениц.

Наконец, кажется актуальным использование твердомера для определения физической спелости почв. Здесь вероятно не потребуется каких-то особенных дополнительных преобразо ваний. Потребуется лишь более тщательная обработка зависи мости твердости от влажности и выявление на этой кривой диапазона показателей твердости, соответствующих мягкопла стичному состоянию, при которых почва наилучшим образом крошится с минимальными затратами энергии.

4. КЛАССИФИКАЦИИ ПОЧВ ПО ТВЕРДОСТИ

Н.А. Качинский, П.У. Бахтин (1969) и другие разработа ли классификации почв по твердости (табл. 4.1). Так как твердость зависит от формы наконечника и влажности во вре мя измерения, классификация учитывает эти параметры.

Правда, повторим, от формы и размеров плунжера зависит характер его взаимодействия с почвой. В частности, плоский плунжер значительного размера не столько разрушает почву, сколько ее сжимает и лишь после исчерпания сопротивления почвы сжатию начинается ее разрушение. Для того чтобы классификационные оценки по твердости соответствовали су ществу прочностных процессов, которые при этом имеют ме сто, слова «плотная» и их уменьшительные аналоги заменены на «твердая» и им подобные.

К сожалению, в то время, когда разрабатывалась класси фикация, было очень мало исследований по твердости почв.

Поэтому классификация не дифференцирует параметры твер дости в зависимости от типов почв, грансостава, требований культур, влажности почв. Все это важные показатели, оказы вающие значительное воздействие на величину и динамику твердости. Однако и сегодня, как и 40-50 лет назад, данных твердости для такой дифференциации недостаточно.

Таблица 4.1. Классификации почв по твердости Существует также несколько частных классификаций твердости, построенных на анализе местного материала, Одна из таких классификаций твердости приводится в табл. 4.2.

Таблица 4.2. Показатели сложения пахотного слоя южных карбонатных черноземов Крыма (П.С.Смородин и др., 1969)

5. ТВЕРДОСТЬ В ПОЧВАХ РАЗЛИЧНОГО ГЕНЕЗИСА,

СОСТАВА И СВОЙСТВ

Твердость - информационно очень емкая характеристика.

С ее помощью можно судить о многих свойствах и в целом плодородии почвы.

Твердость является интегральным показателем физиче ского состояния, находящегося в функциональной зависимо сти от гранулометрического состава, структуры, плотности и влажности почвы (S. Grunuark et al., 2001). Высокая твер дость почвы наблюдается на переуплотненных почвах, в усло виях деградированной распыленной структуры и низкой влажности. При вертикальном зондировании профиля по твердости легко устанавливаются границы генетических гори зонтов в случае дифференцированного его строения и вообще любые перепады сложения. Например, в большинстве почв с дифференцированным строением диагностируются различные генетические горизонты. Если в верхнем хорошо гумусиро ванном и оструктуренном гумусовом горизонте чернозема твердость даже в подсушенном состоянии редко превышает 20-25 кгс/см 2, то в переходных горизонтах твердость возраста ет - в черноземе типичном до 30 - 35 кгс/см 2, в оподзолен ном и солонцеватом - до 40 - 50 кгс/см 2, а в глее-солоди даже до 100 кгс/см 2. Зная, что корни даже с самой активно проникающей корневой системой (например, как у многолет них трав) преодолевают сопротивление в пределах 45- кгс/см 2, легко сопоставлять агрономические достоинства кор необитаемого слоя генетически различных почв, а также под бирать смеси трав для окультуривания почв.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 




Похожие материалы:

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ХV МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ (Гродно, 27 апреля, 18 мая 2012 года) В ДВУХ ЧАСТЯХ ЧАСТЬ 2 ЭКОНОМИКА БУХГАЛТЕРСКИЙ УЧЕТ ТЕХНОЛОГИЯ ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ ОБЩЕСТВЕННЫЕ НАУКИ Гродно ГГАУ 2012 УДК 631.17 (06) ББК М ХV М е ж д у н а р о д н а я ...»

«Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины Т. А. Колодий, П. В. Колодий ЛЕСОЭКСПЛУАТАЦИЯ Практическое руководство по подготовке и оформлению курсовых проектов для студентов специальности 1-75 01 01 Лесное хозяйство Гомель УО ГГУ им. Ф. Скорины 2010 УДК ББК К Рецензенты: технический инспектор труда Гомельского обкома профсоюза работников леса, С. П. Поздняков; доцент кафедры лесохозяйственных дисциплин ...»

«Е.В. Шеин КУРС ФИЗИКИ ПОЧВ Рекомендовано УМО по классическому университетскому образованию в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 510700 Почвоведение и специальности 013000 Почвоведение ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 2005 УДК 631 ББК 40.3 Ш 39 Печатается по решению Ученого совета Московского университета Федеральная целевая программа Культура России на 2005 г. (подпрограмма Поддержка полиграфии и книгоиздания России) Рецензенты Заведующий ...»

«Раздел 1. КОРМЛЕНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ И ТЕХНОЛОГИЯ КОРМОВ УДК 636.4.084 СБАЛАНСИРОВАННОСТЬ РОССЫПНЫХ КОМБИКОРМОВ ДЛЯ СВИНОМАТОК А.А. ХОЧЕНКОВ РУП Научно-практический центр НАН Беларуси по животноводству г. Жодино, Минская обл., Республика Беларусь, 222160 (Поступила в редакцию 20.12.2009) Введение. Современная комбикормовая промышленность Беларуси для кормления свиноматок выпускает как россыпные, так и гранули рованные комбикорма. Обе формы комбикормов имеют свои достоин ства и ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ АССОЦИАЦИЯ ИСПЫТАТЕЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ (АИСТ) СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ Москва 2013 УДК 631.3-048.24 ББК 40.72 С 75 Под общ. ред. председателя ассоциации испытателей сельскохозяйственной техники и технологий (АИСТ) В.М. Пронина Авторы: П.И. Бурак, В.М.Пронин, В.А.Прокопенко, А.А.Медведев, Т.Б. Микая, С.Н. Киселев, М.Н.Жердев, Г.А.Жидков, В.И.Масловский, В.В.Конюхов, Л.В.Колодин, ...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОУ ВПО ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОЛЖСКИЙ ГУМАНИТАРНЫЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) ВОЛГУ А.С. Акишин, М.М. Подколзин, А.С. Акишин Земельные ресурсы России и Волгоградской области и формирование новой аг- ропродовольственной политики (2005—2012 годы) Учебное пособие ВОЛГОГРАДСКОЕ НАУЧНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО 2008 338.43 УДКУДК ББК 65.32-51+65.281 А39 Научный редактор д-р с.-х. наук, проф. Л.И. Сергиенко [ВГИ (филиал) ВолГУ] Рецензенты: д-р экон. наук, проф. ...»

«И.Г. Крымская Гигиена и экология человека Соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту (третьего поколения) Среднее профессиональное образование И. Г. К р ы м ск ая ГИ ГИ Е Н А И ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛО ВЕКА Учебное пособие Рекомендовано Международной Академией науки и практической организации производства в качестве учебного пособия для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования Издание 2-е, стереотипное Ростов-на-Дону Феникс 2012 УДК ...»

«Вы – свет мира Евангелие от Матфея, глава 5, стих 14 И, зажегши свечу, не ставят ее под сосудом, но на подсвечнике, и светит всем в доме. Евангелие от Матфея, глава 5, стих 15 Книга издана при поддержке Благотворительного фонда “Під покровом Богородиці”. Вы – свет мира Очерки жизни Владимира Леонидовича Бандурова Запорожье 2013 УДК 63(477.64)(092)Бандуров В. Л. ББК 65.9(4 Укр–4 Зап 5 Пол)32-03д В 92 Вы – свет мира. Очерки жизни Владимира Леони В 92 довича Бандурова / Н. Кузьменко, В. Манжура, ...»

«Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Министерство сельского хозяйства и продовольстия Свердловской области ФГБОУ ВПО Уральская государственная сельскохозяйственная академия XIII МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО–ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ, АСПИРАНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ МОЛОДЕЖЬ И НАУКА 2011 Участие молодых ученых в реализации Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008–2012 годы ...»

«Министерство Природных Ресурсов Федеральная служба по надзору в сфере природопользования Государственный природный заповедник Полистовский УДК Утверждаю: Директор заповедника Регистрационный № _ Яблоков М.С. Инвентарный № __2009 г. Тема: Динамика явлений и процессов в природном комплексе заповедника ЛЕТОПИСЬ ПРИРОДЫ Книга 9 2008 год Стр. Ст. научный сотрудник Черевичко А.В. Карт. Фото Диагр. 30 мая 2009 г. СОДЕРЖАНИЕ Территория заповедника 1. Пробные и учётные площади, ключевые участки, ...»

«Министерство Природных Ресурсов Федеральная служба по надзору в сфере природопользования Государственный природный заповедник Полистовский УДК Утверждаю: Директор заповедника Регистрационный № _ Яблоков М.С. Инвентарный № __2008 г. Тема: Динамика явлений и процессов в природном комплексе заповедника ЛЕТОПИСЬ ПРИРОДЫ Книга 8 2007 год Стр. 124 Ст. научный сотр. Ларионова С.Ю. Карт. Фото Диагр. 2 12 декабря 2008 г. СОДЕРЖАНИЕ Территория заповедника 1. Пробные и учётные площади, ключевые участки, ...»

«Министерство Природных Ресурсов Федеральная служба по надзору в сфере природопользования Государственный природный заповедник Полистовский УДК Утверждаю: Директор заповедника Регистрационный № _ Яблоков М.С. Инвентарный № __2008 г. Тема: Динамика явлений и процессов в природном комплексе заповедника ЛЕТОПИСЬ ПРИРОДЫ Книга 7 2006 год Стр. 111 Ст. научный сотр. Ларионова С.Ю. Карт. Фото Диагр. 6 8 февраля 2008 г. СОДЕРЖАНИЕ Территория заповедника 1. Пробные и учётные площади, ключевые участки, ...»

«Министерство Природных Ресурсов Федеральная служба по надзору в сфере природопользования Государственный природный заповедник Полистовский УДК Утверждаю _ Яблоков М.С. Регистрационный № Директор заповедника Инвентарный № _2007 г. Тема: Динамика явлений и процессов в природном комплексе заповедника ЛЕТОПИСЬ ПРИРОДЫ Книга 5 2004 год Стр. 211 Ст. научный сотр. Ларионова С.Ю. Карт. 2 Фото 1 Диагр. 25 21 ноября 2007 г. СОДЕРЖАНИЕ Территория заповедника 1. Пробные и учётные площади, ключевые участки, ...»

«Институт экономической политики имени Е.Т. Гайдара Научные труды № 142Р Н. Шагайда Оборот сельскохозяйственных земель в России: трансформация институтов и практика Москва Институт Гайдара 2010 УДК 338.43:[332.7:631.1](470+571) ББK 65.32(2Рос)-511 Ш15 Шагайда, Наталья Ивановна Оборот сельскохозяйственных земель в России: трансформация ин ститутов и практика / Шагайда Н.И. – М.: Ин-т Гайдара, 2010. – 332 с. (Научные труды / Ин-т экон. политики им. Е.Т. Гайдара; № 142Р). – ISBN 978-5-93255-295-7. ...»

«Б.В. Ерофеев ЗЕМЕЛЬНОЕ ПРАВО РОССИИ Учебник 9-е издание, переработанное Ответственный редактор — главный научный сотрудник Института государства и права РАН, доктор юридических наук, профессор Н.И. Краснов Москва Юрайт 2004 УДК 34 ББК 67.407я73 Е78 Ерофеев Борис Владимирович — доктор юридических наук, заслуженный деятель науки РФ, профессор Московской государственной юридической академии, академик Рос сийской экологической академии Ерофеев Б.В. Е78 Земельное право России: Учеб. / Отв. ред. Н.И. ...»

«АКАДЕМИЯ НАУК СССР УРАЛЬСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР Институт экологии растений и животных Н.Г. СМИРНОВ, В.Н. БОЛЬШАКОВ, А.В.БОРОДИН ПЛЕЙСТОЦЕНОВЫЕ ГРЫЗУНЫ СЕВЕРА ЗАПАДНОЙ СИБИРИ Ответственный редактор доктор биологических наук Л.Н. ДОБРИНСКИЙ НАУКА 1986 УДК 569.32 + 56.11 + 599.32 ВВЕДЕНИЕ С м и р н о в Н.Г., Б о л ь ш а к о в В.Н., Б о р о д и н А.В. Плейстоценовые грызуны Севера Западной Сибири. М.: Наука, 1986. Работа о четвертичной истории грызунов Севера Западной Сибири выхо­ Книга посвящена ...»

«Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Пензенская государственная сельскохозяйственная академия ВКЛАД МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ В ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ АПК РОССИИ Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 60-летию ФГБОУ ВПО Пензенская ГСХА ТОМ I Пенза 2011 Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное ...»

«Владимир Век СТРУКТУРА МАТЕРИИ В РАМКАХ КОНЦЕПЦИИ МАКРО-МИКРОБЕСКОНЕЧНОСТИ МИРА Монография Пермь, 2011 УДК 1 ББК 87.2 В 26 Рецензенты: Доктор философских наук С.Н. Некрасов, заведующий кафедрой философии Уральской государственной сельскохозяйственной академии, профессор Уральского федерального университета имени первого президента России Б.Н. Ельцина Кандидат физико-математических наук С.А. Курапов, ведущий научный сотрудник ЗАО Уральский проект Кандидат технических наук В.Р. Терровере, старший ...»

«1 Васюганское болото природные условия, структура и функционирова- ние Томск 2003 2 Российская Академия Сельскохозяйственных Наук Сибирское отделение Сибирский научно-исследовательский институт торфа Russian Academy of Agricultural Science Siberian Institute of Peat Васюганское болото природные условия, структура и функционирование Vasyugan Bog nature conditions, structure and functioning Под общей редакцией чл.корр. РАСХН Инишевой Л.И. Under the general direction of Prof. Dr. L.I. Inisheva ...»






 
© 2013 www.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.