Převážnou část půdy tvoří komplexní komplex minerálních sloučenin (90-99 %) a organických látek (1-10 %). Minerální část tvoří základ z písku, jílu, vápna a křídy s jejich složkami solí křemíku, hliníku, vápníku, hořčíku atd.; organická část je vyrobena z humusu (humus), obsahuje velké množství mikroorganismů.
Půda se skládá z pevných částic a volných prostorů mezi nimi – pórů naplněných vzduchem a vlhkostí.
Mechanické složení je procento pevných částic v půdě – zrna různých velikostí, identifikovaná mechanickou analýzou. Podle velikosti půdních částic kameny (o průměru větším než 100 mm), štěrk (100-10 mm), chrupavka (10-3 mm), písek (0,2-3 mm), jíl (0,001-0,01 mm ), koloidní frakce humusu – humus (méně než 0,0001 mm). V souladu s tím se rozlišuje několik typů půdy: skalnaté; písčitý, pokud obsahuje více než 80 % písku; písčitá hlína s obsahem jílu do 30 %; hlinitý s až 50% obsahem jílu; jílovitý, pokud je obsah jílu vyšší než 50 %; vápenec s více než 50 % vápna; křída obsahující více než 50 % křídy; fyziologický roztok, bohatý na chlorid sodný; černozem, obsahující přes 20 % humusu (humus), vzniklého z produktů rozkladu rostlinných a živočišných organismů; rašelina, ve které jsou hlavní složkou organické částice humusu.
Pórovitost, vzduch, voda a tepelné vlastnosti půdy závisí na mechanickém složení, velikosti částic a jejich vlastnostech, které mají obrovský vliv na intenzitu biochemických procesů probíhajících v půdě a určující její úrodnost a hygienický stav.
Pórovitost je objem půdních pórů, který závisí na velikosti, tvaru a uspořádání půdních částic. Existují hrubé a jemnozrnné půdy.
V jemnozrnných půdách (jílovité, rašelinové atd.) bude pórovitost vyšší než u hrubozrnných půd (štěrk, písek, černozem atd.). Pokud u jemnozrnných půd pórovitost dosahuje 85 %, pak u hrubozrnných je to minimálně 30 %. Velikost samotných pórů je však u hrubozrnných půd mnohem větší než u jemnozrnných. Je třeba poznamenat, že hrubozrnné půdy mají zpravidla dobrou propustnost vzduchu a vody a jemnozrnné půdy mají významnou vlhkostní kapacitu, vysokou hygroskopičnost a vzlínavost.
Jednou z konstantních částí půdy je vzduch. Oxidační procesy závisí především na jeho specifickém obsahu, neustále se vyměňuje s atmosférickým vzduchem. Tomu napomáhají kolísání teploty a hladiny podzemní vody, barometrický tlak, sací účinek větru, srážky a další faktory.
Propustnost vzduchu označuje schopnost půdy propouštět vzduch svou tloušťkou. Půdní vzduch se nachází v půdních pórech, které nejsou vyplněny vodou, v adsorbované formě v půdních částicích a navíc rozpuštěný v půdních vodách.
Půdní vzduch se od atmosférického výrazně liší: obsahuje podstatně více oxidu uhličitého, vodní páry a málo kyslíku. S rostoucí hloubkou (do 5-6 m) tedy množství kyslíku klesá na 14 % a obsah oxidu uhličitého se zvyšuje na 8 %. Složení půdního vzduchu je do značné míry dáno strukturou půdy a aktivitou jejích mikroorganismů. Při vysokém obsahu organické hmoty a nízké propustnosti vzduchu v půdě převládají anaerobní procesy s uvolňováním metanu, čpavku, sirovodíku a dalších plynů. Ve sypkých hrubozrnných půdách je lepší provzdušnění, díky čemuž probíhají biochemické procesy podle aerobního typu.
Spolu s dalšími složkami obsahuje půda i určité množství vody v závislosti na vláhové kapacitě půdy a klimatických podmínkách. V tomto případě může být voda v chemicky vázaném stavu. Půda má významný vliv na chemické a bakteriální složení vody. Filtrováním přes půdu je voda obohacena o soli a mikroorganismy, ale může být kontaminována toxickými látkami a patogenními mikroby. To platí zejména pro půdní vodu nacházející se v blízkosti zemského povrchu. Voda je pod vlivem gravitace v neustálém pohybu. Prosakuje do spodních vrstev půdy a může setrvávat na nepromokavých horninách (jíl, žula atd.) ve formě spodní vody. Voda je v tomto případě téměř zcela zbavena rozpuštěného kyslíku používaného pro biochemické procesy a je obohacena oxidem uhličitým.
Vodní vlastnosti půdy jsou charakterizovány vlhkostí, vlhkostní kapacitou, propustností vody, vzlínavostí, hygroskopicitou a výparnou schopností půdy.
Půdní vlhkost je množství vody obsažené v půdě. Nejvyšší obsah vlhkosti má jemnozrnná půda s malými póry.
Vlhkostní kapacita je množství vody, které může být absorbováno na jednotku objemu půdy. Bylo zjištěno, že čím menší jsou póry, tím více vody dokáže půda absorbovat a zadržet. Rašelinové půdy tedy mohou pojmout 3-5krát i více vody, písčité půdy – asi 20%, jílovité – asi 70% hmotnosti vody. Vysoká vlhkostní kapacita půdy snižuje propustnost vzduchu a vody, vede k vlhkosti prostor, zvyšuje tepelnou vodivost půdy a zabraňuje rozkladu organické hmoty. Půdy s vysokou schopností zadržovat vlhkost jsou nezdravé, vlhké a studené.
Vodopropustnost je filtrační kapacita půdy, tedy její schopnost propouštět vodu shora dolů. Čím větší jsou póry v půdě, tím méně překáží filtrování vody skrz ni. Proto mají hrubozrnné půdy větší filtrační schopnost. Jemnozrnné půdy špatně odvádějí vodu. Propustnost vody určuje její vodní a vzduchový režim a charakter biologických procesů v ní probíhajících, což charakterizuje intenzitu rozkladu organických látek a možnost využití půdy k dezinfekci organických odpadů (odpadů) a odpadních vod.
Vzlínavost je schopnost půdy zvednout vodu, tzn. jeho schopnost zvedat vodu kapilárami ze spodních horizontů do horních. Čím je půda méně zrnitá, a tedy jemně porézní, čím větší je její vzlínavost, tím výše v ní stoupá voda. Hrubozrnné půdy zvedají vodu rychleji, ale ne do větší výšky. Písek tedy zvedá vodu do výšky 0,3-0,5 m, jíl – o 1,2 m, spraš – o 2 m, rašelina – až 4-6 m.
Vysoká vzlínavost zeminy může způsobit vlhkost v budově. Základy v jemnozrnné půdě mohou být položeny mnohem výše, než je hladina půdní vody v ní stojící, ale díky své vysoké vzlínavosti může půdní voda stoupat póry půdy i nad základy staveb.
Hygroskopicita půdy je její vlastností absorbovat vodní páru ze vzduchu a kondenzovat ji v jejích pórech. Čím jemnější je půda, tím je povrch jejích zrn relativně větší, a tím vyšší je její hygroskopičnost. Hrubozrnné půdy mají minimální hygroskopičnost. Takže v průměru písek absorbuje (adsorbuje) 0,3-0,4% hmotnosti, jíl – 4%, humus – 12% hygroskopické vody.
Kapacita vypařování půdy. Čím nižší je odpařovací schopnost půdy, tím více vlhkosti se v ní zadržuje, tím je vlhčí. Jemnozrnné lehké půdy s malou vegetací, špatně osvětlené slunečním zářením, tedy udrží vláhu více než hrubozrnné půdy. Odpařování vlhkosti z povrchu půdy se také snižuje při přítomnosti rozpuštěných solí v ní, které zvyšují její hygroskopičnost, při zvýšené vlhkosti okolního vzduchu, jeho intenzivním smáčení deštěm a rozbředlým sněhem.
Tepelné vlastnosti půdy ovlivňují teplotu přízemní vrstvy atmosféry, tepelný režim místností, ale i životní aktivitu půdních mikroorganismů a procesy rozkladu organické hmoty v půdě.
Denní výkyvy teploty vzduchu se projevují v půdě do hloubky nejvýše 1 m, roční výkyvy se přenášejí do větších hloubek. Při silných mrazech může půda promrznout až do hloubky 1-2 m, což je důležité vzít v úvahu při zakládání staveb, vodovodního a kanalizačního potrubí.
Absorpční schopnost půdy je její schopnost pohlcovat plyny, kapaliny, rozpuštěné látky a také zadržovat pevné částice suspendované v půdní vodě a ukládat zde živiny pro mikroorganismy a rostliny. Absorpční schopnost půdy je dána mechanickými, fyzikálními, fyzikálně-chemickými, chemickými a biologickými jevy probíhajícími v půdě. Čím vyšší je absorpční schopnost, tím více jílových částic a humusu v půdě a organominerálních koloidů vznikajících při jejich interakci. Schopnost půdy absorbovat a zadržovat chemické sloučeniny (amonium, dusičnany, chloridy atd.), stejně jako hnijící organický odpad (kapalný i pevný), bakteriální toxiny, mikroorganismy, má významný hygienický a hygienický význam. Schopnost půdy absorbovat různé látky však není neomezená, pokud je jejich množství půdou překročeno, nezadržují se, jsou vyplavovány a dostávají se do podzemních vod.
Půda je vícefázové rozptýlené médium skládající se z pevných, kapalných a plynných částic smíchaných dohromady v různých poměrech. Jako předmět zpracování je zemina materiál s různými vlastnostmi v závislosti na typu, struktuře a stavu. Vlastnosti půdy jsou klíčové pro hodnocení kvalitativních a energetických ukazatelů technologických procesů probíhajících v půdě pod vlivem pracovních orgánů půdodělných strojů.
Mechanické složení. Podle velikosti se pevné částice půdy dělí na skalnaté inkluze (velikost částic větší než 1 mm) a jemné zeminy (velikost částic menší než 1 mm). Při určování typu půdy na základě jejího mechanického složení se analyzuje pouze jemná zemina a řídí se procentem fyzického písku a fyzického jílu v půdě. Částice menší než 0,01 mm jsou klasifikovány jako půdní jíl a částice větší než 0,01 mm jsou klasifikovány jako fyzický písek. Na základě obsahu fyzikálního jílu jsou půdy označovány různými názvy: jílovité (více než 50 % jílu), hlinité (50 %-20 % jílu), písčitohlinité (20 %-10 % jílu) a písčité (méně než 10 % jíl).
Čím více fyzikálního jílu půda obsahuje, tím je obtížnější ji zpracovat. Hlinitopísčité a hlinitopísčité půdy zaujímají ve svých vlastnostech střední polohu a poměrně snadno se drolí, dobře absorbují a zadržují vlhkost a mají vysokou úrodnost.
Struktura půdy. Během procesu tvorby půdy dochází ke koagulaci a adhezi primárních částic, což má za následek tvorbu nových, větších agregátů různých velikostí. Strukturální útvary o velikosti 0,25 mm se běžně nazývají mikroagregáty a větší – půdní makroagregáty. Má se za to, že při mechanickém zpracování půdy by nemělo být umožněno její rozrušení na částice menší než 0,25 mm, protože to vede k destrukci strukturálních agregátů a větrné erozi půdy.
2. Fyzikální a mechanické vlastnosti zemin.
Ve vztahu k účelům úpravy se rozlišují fyzikální vlastnosti půdy. Hlavní fyzikální vlastnosti půdy jsou vlhkost, pórovitost, hustota, struktura, skalnatost atd.
Koeficient struktury půdy slouží jako jeho posouzení po zpracování. Je definován takto:
kde a jsou hmotnosti kameniva o rozměrech 0,25. 7 mm a zbytek zeminy.
Absolutní hustota půdy představuje hmotnostní poměr ту absolutně suchou uměle zhutněnou půdu na svůj objem V, to znamená:
Objemová hmotnost představuje hmotnostní poměr тн absolutně suchá půda s nenarušenou strukturou (včetně pórů) na svůj objem V, to znamená:
Skutečná objemová hmotnost představuje poměr hmoty půdy тв s vlhkostí v něm přítomnou na svůj objem V, to znamená:
Je zřejmé, že objemová hmotnost a skutečná objemová hmotnost závisí na:
kde W – hmotnostní vlhkost ve zlomcích.
Obdělávaná orná půda má průměrnou hustotu ρ= 1,0. 1,1 g/cm 3 a závisí na množství humusu v něm. Na ρ=1,2 g/cm 3 – půda je zhutněná a při 1,3. 1,4 g/cm 3 je vysoce zhutněná.
Objem půdy neobsazený pevnými částicemi je vyplněn vodou a vzduchem. Přítomnost vlhkosti má velký vliv na vlastnosti půdy a charakter její deformace pod vlivem pracovních orgánů. Pokud voda zaplní ¾ kapilárních jamek v půdě, pak je taková půda ve stavu příznivém pro drobení, což se nazývá „zralost“ půdy.
Absolutní vlhkost půdy Wacharakterizovaný obsahem vody na jednotku hmotnosti sušiny a je určen vzorcem:
kde a je hmotnost mokré a suché půdy, v tomto pořadí, g.
Relativní vlhkost Wo se určuje porovnáním obsahu vlhkosti v půdách různého mechanického složení pomocí vzorce:
kde Wn – vláhová kapacita polní půdy je množství vody zadržené v hojně zvlhčené půdě po odvodnění gravitační vlhkosti.
Za optimální obsah vlhkosti pro kultivaci půdy lze uvažovat: pro podzolovou písčitou půdu 12 %, sodno-podzolovou hlinitou půdu – 12. 22 %; černozemě – 17. 30 %.
pórovitost (poréznost) je objem dutin v půdě vyplněné vodou a vzduchem a je určen z poměru objemu dutin k celkovému objemu studované půdy:
Čím menší je průměr pevných částic, které tvoří půdu, tím větší je její pórovitost. V jílovitých a hlinitých půdách je to 50. 60%, v písčitých 40. 45%, v rašeliništích – 80. 90%.
3. Technologické vlastnosti půdy.
Vlastnosti půdy, které se projevují až při jejím obdělávání a ovlivňují zákonitosti a charakter technologického procesu, se nazývají technologické. Patří mezi ně: schopnost drobení, tvrdost, koeficienty vnějšího a vnitřního tření, odolnost vůči různým typům deformací atd.
Schopnost půdy se rozpadat vyjádřeno jako poměr hmotnosti hrudek menších než 50 mm k hmotnosti půdy ve vzorku, vyjádřený v procentech. Za limit nepraktičnosti zpracování půdy se považuje množství prachových částic blízké 30 % obj.
Takové ošetření půdy je považováno za ideální, když v hloubce setí dosahují její složky velikosti 0,25-7 mm, což je možné pouze ve stavu fyzické zralosti, tedy při optimální vlhkosti.
Tvrdost půdy – schopnost odolat průniku do něj pod tlakem jakéhokoli pevného tělesa ve formě kužele, válce nebo koule. Tvrdost je srovnávacím ukazatelem mechanických vlastností zeminy.
Přístroje používané k měření tvrdosti půdy jsou tvrdoměry (obr. 1).
Obrázek 1 – Tvrdoměr:
a) diagram tvrdoměru: 1 – tyč; 2 – pružina; 3 – rukojeť; 4 – deformátor (hrot); 5 – podpora; b) diagram tvrdoměru: 1 – s válcovou špičkou; 2 – s kónickým hrotem.
Pro tvrdoměry norma stanoví použití kuželových hrotů dvou velikostí: se základní plochou 1 cm2 a vrcholovým úhlem 2α=22°30′ – pro tvrdé půdy a se základní plochou 2 cm2 a úhel 2α=30° – pro volné půdy. Tvrdoměry jsou vybaveny zapisovacím zařízením, které kreslí diagram Р=f(h) při vkládání hrotu do půdy. V tomto diagramu (obr. 2) lze identifikovat charakteristické oblasti. Umístění zapnuto OA odpor zeminy roste úměrně s její deformací (bod A je mez úměrnosti). Umístění zapnuto AB zvýšení deformace nezpůsobí zvýšení síly, to znamená, že zemina pokračuje v deformaci, aniž by se na ni zvýšil tlak (bod B – mez kluzu). Umístění zapnuto Ne kolaps a zhutnění zeminy nastává vlivem kuželovitého jádra z vysoce zhutněné zeminy, které zaklíní podložní vrstvy, narážející na konstantní odpor (bod C – plastická mez).
Obrázek 2 – Diagram tvrdoměru.
Podle tohoto diagramu se standardní tvrdost půdy určuje pomocí vzorce:
kde h – průměrná pořadnice diagramu tvrdoměru, stanovená metodou planimetrie, cm;
qп – tuhost pružiny, stanovená kalibrací, N/cm;
S – plocha základny kužele, cm 2.
Z diagramu tvrdoměru můžete kromě tvrdosti zeminy určit mezní hodnotu měrného tlaku nebo únosnosti zeminy:
a objemový koeficient kolapsu:
kde Ра и Рв – síly odpovídající meze úměrnosti, resp. meze kluzu.
la – ponoření plunžru v mezích proporcionality, viz
Na strniště, úhor, louky q = 5. 10 N/cm 3, pro polní cestu q = 50. 90 N/cm3.
Tření půdy – to je odpor vůči klouzání jednoho tělesa vůči druhému, které je s ním v kontaktu (vnější tření), nebo některých částic stejného tělesa vůči jiným (vnitřní tření). Tření je charakterizováno třecí silou nebo reakční silou způsobenou vnější silou, která má tendenci způsobit klouzání jednoho povrchu vzhledem k druhému za normálního tlaku.
Třecí síla je určena vzorcem:
kde je normálová síla, N;
a jsou součinitel tření a úhel.
Koeficient tření pro různé zeminy se pohybuje od 0,25 do 0,90, úhel tření od 14° do 42°. Pro přibližné výpočty vezměte f=0,5, což odpovídá úhlu tření =26°30′.
Půdní odpor k berou se jako ukazatel obtížnosti obdělávání půdy a jsou určeny vzorcem:
kde R – celkový odpor pluhu měřený dynamometrem, N;
а – hloubka orby, cm;
b – šířka úchopu těla cm;
п – počet orebních těles.
Odpor půdy závisí na jejím mechanickém složení, struktuře, stupni zhutnění, drnu, vlhkosti atd.
Zeminy s měrným odporem do 3 N/cm2 jsou považovány za lehké, od 3 do 5 – střední, od 5 do 7 – středně těžké a od 7 do 12 N/cm2 – těžké.
Lepivost půdy – tento сschopnost půdy držet pohromadě a přilnout k různým povrchům. Lepivost je charakterizována silou na 1 cm 2 povrchu oceli v kontaktu s půdou, nutnou k jejímu odtržení. Lepivost závisí na půdní vlhkosti, disperzi, materiálových vlastnostech pracovního tělesa, čistotě jeho povrchu a měrném tlaku. S rostoucím rozptylem se zvyšuje lepivost půdy. Proto jsou jílovité půdy nejlepivější.
