Archive for the ‘Gleba’ Category

Stopnień spulchnienia

Badając strukturę gleby widzimy, że objętość powietrza i wody w glebie zależy od stopnia jej spulchnienia. Pod wpływem zgniotu wywołanego naciskiem ciągników lub maszyn rolniczych objętość powietrza maleje, następuje filtracja powietrza, które zostaje usunięte i tym samym zwiększa się (biorąc objętościowo) ilość wody w stosunku do gleby; wywołuje to zlepianie się gleby. W miarę wzrostu wilgotności gleby niszczenie struktury gleby zachodzi przy niższych naciskach jednostkowych. Niebezpieczna granica wilgotności dla średnio zwięzłej, gleby znajduje się przy 20—23% wilgotności. Naciski wywołane działaniem ciężaru sięgają w głąb ziemi powodując zgniot gleby. Przy pracy ciężkimi ciągnikami w niekorzystnych warunkach, mimo niewielkiego nawet nacisku jednostkowego, zgniot sięga tak głęboko, że nie daje się zlikwidować za pomocą narzędzi uprawowych. Wynika z tego, że ciężki ciągnik w większym stopniu niszczy strukturę gleby niż ciągnik lekki, co ujemnie wpływa na wielkość plonu otrzymywanego z hektara. Dla wyjaśnienia należy podkreślić, że znacznie mniejszą szkodę wyrządzają glebie ciągniki, szczególnie gąsienicowe, niż konie. Dzieje się tak dlatego, że ciągnik gąsienicowy, chociaż ciężki, spoczywa na dużej powierzchni gąsienic, wskutek czego nacisk jednostkowy na glebę jest stosunkowo mały. Zastosowanie narzędzi zawieszanych pozwala zmiejszyć ciężar nowoczesnego ciągnika w stosunku do dawnych konstrukcji o około 50%, a przy napędzie czterokołowym nawet do 60%. Ciężar narzędzia zawieszanego jest mniejszy o około 40%, dzięki czemu zmniejsza się nie tylko nacisk na glebę (a tym samym mniejsze zniszczenie gleby), lecz również moc silnika ciągnikowego może być mniejsza o około 12%, wiąże się z tym niższe o około 12% zużycie paliwa na ha. Przy mniejszym nacisku jednostkowym głębokość występowania szkodliwego zgniotu gleby znacznie maleje. Płytki zgniot gleby może być z łatwością usunięty przez zastosowanie różnego rodzaju spulchniaczy. Z przeglądu fizyko-mechanicznych właściwości gleby wynika, że dla każdej gleby istnieją pewne optymalne warunki wilgotności dla jej uprawy, przy czym należy — w zależności od warunków — dobrać odpowiedni agregat maszynowy, dążąc równocześnie do maksymalnego ograniczenia liczby przejazdów agregatu, aby uniknąć niepotrzebnego ugniatania gleby.

Gruzełki

W okresie suszy parowanie wody w glebie strukturalnej ogranicza się tylko do górnych warstw gruzełków. Podsiąkanie wody z dolnych warstw do górnych przez włoskowate kanaliki jest niemożliwe, gdyż są one poprzerywane szerokimi niewłoskowatymi przestworami między gruzełkami. Wskutek tego zapas wody w glebie strukturalnej jest stały i ilościowo duży. Należy zaznaczyć, że szybko wysychające górne warstwy gruzełków przerywają parowanie wody z gleby i stają się izolującą warstwą ochronną. Dzięki temu własności fizyko-mechaniczne gleby strukturalnej zmieniają się w znacznie mniejszym zakresie, w zależności od czynników atmosferycznych, niż w glebie niestrukturalnej. W glebie strukturalnej gruzełki nasycają się wodą, a między gruzełkami znajdują się wolne przestrzenie wypełnione powietrzem. Powietrze w glebie jest potrzebne z dwóch względów, a mianowicie do oddychania korzeni roślin i do rozwijania się w glebie pożytecznych drobnoustrojów, które rozkładają zapasy pokarmu organicznego, jak martwe korzenie roślin, obornik, próchnicę i inne na pokarm przyswajalny dla roślin. Ważną więc zaletą gleby strukturalnej jest to, że zawsze utrzymuje się w niej właściwy stosunek między wodą a powietrzem, czego zupełnie nie można powiedzieć o glebie niestrukturalnej, w której podczas suszy wszystkie przestrzenie wypełnione są powietrzem, a w czasie deszczu — wodą. Chcąc uzyskać wysoki plon roślin, trzeba dążyć do tego, aby gleba zachowała budowę gruzełkowatą. Najtrwalsze nawet gruzełki z czasem niszczeją, między innymi głównie dlatego, że po polu poruszają się ciągniki, maszyny rolnicze, konie, ludzie. Gleba jest ugniatana, a gruzełki wskutek tego rozkruszane. Z drugiej zaś strony warunkiem uzyskania strukturalnej gleby jest jej prawidłowa uprawa, a więc konieczność wprowadzenia ciągników z narzędziami uprawowymi.

Strukturalność gleby

Zasadniczym warunkiem żyzności gleby jest jej trwała gruzełkowata struktura, którą charakteryzuje spulchniona warstwa, składająca się z oddzielnych gruzełków o średnicy od 1 do 10 mm. Naturalnym przeciwieństwem gruzełkowatej struktury jest bezstrukturalny (rozdzielnocząstkowy) stan gleby. W tym wypadku oddzielne cząsteczki gleby nie mają między sobą żadnego związku i tworzą jednolitą masę warstwy ornej. Wymienione stany gleby wpływają również na jej właściwości wodne. Trwałość struktury gleby określa się zdolnością kompleksów glebowych do przeciwstawiania się niszczącemu działaniu wody. W glebie strukturalnej między gruzełkami znajdują się dosyć duże wolne przestrzenie. Dzięki przestrzeniom między gruzełkami w glebę strukturalną może wsiąknąć woda nawet z dużych opadów atmosferycznych. Do gleby zbitej — niestrukturalnej, w której przestrzeni między gruzełkami nie ma, wsiąka zaledwie znikoma część wody przez włoskowate kanaliki, każda bowiem kropla wody, która dostała się w ten sposób do gleby, przeszkadza w przenikaniu następnych kropli; woda gromadzi się na powierzchni gleby i spływa po pochyłościach do dolin rzek, albo do zamkniętych, niskich równin. Z gleby strukturalnej woda znacznie wolniej paruje, gdyż będąc wchłonięta przez poszczególne gruzełki nie może swobodnie podsiąkać; przeszkadzają temu wolne przestrzenie między gruzełkami. Ta właściwość gleby strukturalnej sprawia, że taka gleba może zmagazynować w ciągu roku 85% wody z rocznych opadów, gdy tymczasem gleba niestrukturalna zatrzymuje zaledwie 15% wody.

Plastyczność gleby

Plastyczność gleby przedstawia sobą zdolność gleby do odkształcania się pod działaniem zewnętrznych sił (pod warunkiem zwilżenia gleby). W zależności od stopnia wilgotności można rozróżnić trzy stany gleby: stwardniałą, plastyczną i płynną. W miarę wysychania gleby, gdy jej kawałki przestają zmniejszać swą objętość i nie są zdolne przywierać do siebie, glebę określa się jako stwardniałą, nieplastyczną. Przy niewielkiej wilgotności gleby (gdy z gleby można ukręcić wałki o średnicy 3 mm), określa się dolną granicę plastyczności odznaczającą się odpowiednią wilgotnością W1. Przy większej wilgotności (gdy gleba zaczyna się rozpływać) określa się górną granicę plastyczności odznaczającą się wilgotnością W2. Plastyczność gleby przyjęto określać jako różnicę W2 — W1. Na przykład, dla czarnoziemu piaszczysto-gliniastego średniego W1. = 18,2%, a W2 — 34,7% i wobec tego plastyczność tej gleby wyrazi się liczbą 16,5. Dla czarnoziemu gliniastego ciężkiego W1 = 26,7% i W2 = 54,0%, plastyczność wynosi więc 27,3. Gleby piaszczyste, gliniasto-piaszczyste itp. są pozbawione plastyczności.

Zwięzłość gleby

Zwięzłość gleby przedstawia sobą zdolność gleby do stawiania oporu mechanicznemu działaniu. Gleby rozpadające się pod działaniem dużych sił i ulegające nieznacznym odkształceniom zalicza się do kategorii gleb ciężkich. Gleby lekkie rozpadają się pod działaniem niewielkich sił i wykazują przy tym znaczną plastyczność. Gleby ciężkie rozpadają się pod działaniem słabych uderzeń prawie bez widocznych odkształceń, gdy tymczasem gleby lekkie pod działaniem krótkich, lecz mocnych uderzeń nie wykazują odkształceń, które powodują rozpadanie się warstwy gleby.

Tarcie gleby

W trakcie przesuwania się gleby po powierzchni części pracującej narzędzia występuje opór wywołany tarciem. Odróżniać przy tym trzeba tarcie zewnętrzne, jeśli powierzchnia przesuwania się jest np. powierzchnią metalową (lemiesza, odkładnicy), od tarcia wewnętrznego, gdy chodzi o przesuwanie się cząstek gleby. Tarcie zewnętrzne oznacza współczynnik tarcia f, który określa siłę tarcia jako wprost proporcjonalną do nacisku skierowanego prostopadle do powierzchni przesuwania się, czyli P = fN. Współczynnik tarcia zewnętrznego po powierzchni stalowej (dla gleb o naturalnej strukturze) waha się w granicach od f = 0,2 do f = 0,8, a niekiedy dochodzi do znacznie większych wartości. Współczynnik ten wzrasta ze wzrostem wilgotności gleby, przy czym gwałtowny wzrost tarcia można zauważyć wówczas, gdy wilgotność gleby dochodzi do 55—60% kapilarnej pojemności wodnej; przy tej wilgotności tarciu towarzyszy przylepianie się gleby do powierzchni metalu, co powoduje dalszy wzrost tarcia. Dla gleb strukturalnych współczynnik tarcia jest mniejszy od współczynnika tarcia dla gleb niestrukturalnych, a dla gleb lekkich — mniejszy od współczynnika tarcia dla gleb zwięzłych.

Wilgotność

Wilgotność jako czynnik fizyczny może znacznie zmieniać mechaniczne właściwości gleby. Ta sama gleba, zależnie od zawartości w niej wody, może być mniej lub bardziej zwięzła. Wilgotność gleby charakteryzuje zawartość wody w jednostce wagowej suchej substancji. Całkowitą pojemność wodną gleby charakteryzuje ilość wody wchłanianej przez glebę aż do stanu całkowitego nasycenia. Zdolność gleby do kruszenia się związana jest z określoną wilgotnością. Najbardziej korzystne warunki do kruszenia gleby występują przy wilgotności, która stanowi 40% całkowitej pojemności wodnej gleby. Wraz ze zmianą wilgotności gleby zmieniają się właściwości fizyko-mechaniczne gleby. Wzrostowi wilgotności towarzyszy spadek wytrzymałości gleby na ściskanie oraz maleje współczynnik tarcia wewnętrznego. Na glebie o większej wilgotności opory narzędzia będą na ogół malały, lecz wzrastać będzie opór toczenia agregatów i poślizg kół ciągnika. Z charakterystyki właściwości fizyko-mechanicznych gleby wynika, że dla danej gleby istnieją pewne ściśle określone optymalne warunki jej uprawy mechanicznej.

Fizyko-mechaniczne właściwości gleby

Istnieje wiele możliwości klasyfikacji własności fizyko-mechanicz- nych gleby w zależności od celu, jakiemu ma służyć dana klasyfikacja. Jeśli chodzi np. o potrzeby mechanicznej uprawy gleby, szczególne znaczenie mają te własności, które wpływają na opór pracy narzędzi skrawających, na opór przetaczania agregatów maszynowych i na przyczepność kół napędowych; są to przede wszystkim: mechaniczny skład gleby, wilgotność, tarcie wewnętrzne, tarcie zewnętrzne, zwięzłość, plastyczność i strukturalność gleby. Mechaniczny skład gleby odznacza się podziałem mineralnych cząstek gleby na frakcje. Frakcja składa się z cząstek mineralnych określonej wielkości, a mianowicie: 1 frakcja — wielkość cząstek od 1 do 0,25 mm, 2 — od 0,25 do 0,05 mm, 3 — od 0,05 do 0,01 mm, 4 — od 0,01 do 0,005 mm, 5 — od 0,005 do 0,001 mm, i wreszcie frakcja 6 obejmuje wszystkie elementy mniejsze od 0,001 mm. Ilość materiału w poszczególnych frakcjach wyraża się w procentach ciężaru wyjściowego próbki. Jeśli więc n1, n2, … n6 wyrażają ilości materiału w poszczególnych frakcjach, to suma n1 + n2 + n3 + n4 + n5 + n6 = 100 %. Mechaniczny skład gleby w dużym stopniu przesądza jej właściwości fizyko-mechaniczne. Im gleba jest bardziej zwięzła, tym większy stawia opór narzędziom roboczym w niej pracującym, z drugiej zaś strony wraz ze wzrostem zwięzłości wzrasta jej mechaniczna wytrzymałość. W związku z tym przyczepność kół ciągnika jest również lepsza, wobec czego poślizg kół maleje, siła i moc uciągu wzrastają, gdyż opór przetaczania zarówno ciągnika, jak i agregatów maszynowych maleje. Gleby lekkie o dużej zawartości piasku stawiają znacznie mniejszy opór narzędziom roboczym niż gleby ciężkie. Nie daje to niestety spodziewanych korzyści, gdyż zarówno koła ciągników, jak i agregatów maszynowych zapadają się głęboko w luźnej glebie o małej wytrzymałości, wobec czego opory przetaczania znacznie wzrastają w porównaniu z glebami zwięzłymi. Niezależnie od tego, wobec małej wytrzymałości gleb lekkich, występy bieżników kół napędowych ciągnika łatwa ścinają luźno związane kompleksy glebowe, występuje duży poślizg kół już przy niewielkich siłach obwodowych, a tym samym siła uciągu i moc uciągu ciągnika są niewielkie. Większość mocy zużywa się bowiem na pokonanie oporów przetaczania i na pokrycie strat poślizgu.