Диссертация (1151678), страница 20
Текст из файла (страница 20)
трения, f0,53 мм0,4сталь ст.30,30,20,1000,050,10,150,20,250,20,250,20,25влажность, w0,61 мм2 ммкоэф. трения, f0,53 мм0,4сталь 27сг0,30,20,1000,050,10,15влажность, w0,61 мм2 ммкоэф.трения, f0,53 мм0,4сталь 38хса0,30,20,1000,050,10,15влажность, wРисунок 3.5 – Зависимость коэффициента трения от влажности дляразличных предельных размеров почвенных агрегатов (суглинистая почва)1373.2.
Изменение удельной поверхности почвенных агрегатов какпоказатель крошения почвыПри проведении агромелиоративных мероприятий (глубокое рыхление,фрезерование и др.) важное значение имеет степень крошения почвы,показателем которой является изменение удельной поверхности агрегатов.Кроме того, путем рыхления и оструктуривания почвы возможно увеличениеее впитывающей способности, а соответственно интенсивности дождевания,котораячастоявляетсяосновнымкритериемприпроектированииоросительных систем. Согласно ГОСТ 16265-89 «Земледелие.
Термины иопределения» под термином крошение почвы понимается «Технологическаяоперация при обработке почвы, обеспечивающая уменьшение размеровпочвенных структурных отдельностей», под термином рыхление почвыпонимается«Технологическаяоперация,обеспечивающаяизменениевзаимного расположения почвенных отдельностей с увеличением объемапор», под термином перемешивание почвы «Технологическая операция,обеспечивающаяизменениевзаимногорасположенияпочвенныхотдельностей с целью создания более однородного обрабатываемого слояпочвы».3.2.1. Изменение энергетического состояния почвенной влаги припроведении агромелиоративных и культуртехнических мероприятийВоздействие на почву рабочих органов при агромелиоративных икультуртехническихмероприятиях(плантаже,глубокомрыхлении,фрезеровании) состоит из ряда сложных процессов крошения и рыхленияпочвы, с одновременным перемешиванием почвенных слоев.
Естественно,что конструктивные параметры и режимы работы рабочих органовсущественно влияют на качество выполненных работ [36, 37, 92, 119, 129,138169, 179]. Рост и развитие растений во многом определяется состояниемпочвы. Оптимальные условия для прорастания растений и развития ихкорневой системы, которые создаются при крошении почвы, должны иметьколичественную оценку, базирующуюся на измерениях гидрофизическиххарактеристик почвы. В технологии возделывания сельскохозяйственныхкультур некачественное выполнение даже какого-либо одного вида работсводит к минимуму эффект ее применения, существенно влияя величиныобъемов внесения удобрений, орошения, химической защиты растений и др.необходимых для повышения урожайности. Визуальный контроль не даетнадежной точности оценки и не обеспечивает достаточной информативности.Применение современных технологий предполагаетиспользование иулучшение существующего инструментального способа контроля качествавыполненных работ.
Поэтому объективная количественная оценка качествамеханического воздействия на почву может оказать значительную помощьпри выборе оптимальных режимов работы и конструктивных параметроворудий,используемыхвагромелиоративныхикультуртехническихмероприятиях. Изменения, произошедшие в почве после их проведения,оказывают влияние на водный и воздушный режимы почв и, следовательно,на рост и развитие культурных растений.
Описать эти изменения позволяетанализ гидрофизических характеристик почвы. Используя, например,основнуюгидрофизическуюхарактеристику,определяемуюудельнойсвободной энергией Дж. У. Гиббса, можно оценить доступность растениямимеющейся в почве влаги [4, 12, 127, 128]. Оценить скорость поступленияводы к корням растений можно используя значения коэффициентафильтрации и влагопроводности [38]. Измерить насколько стало «легче» или«труднее» растению прорастать после проведения агромелиоративных икультуртехническихмероприятийможноспомощьюкоэффициентаобъемного смятия или потенциала деформируемости [154].Свободная энергия почвенной влаги ниже свободной энергии чистойводы, поскольку вода в почве имеет поверхности раздела с воздухом и139твердой фазой.
Количественно понижение энергии принято определять ввиде потенциала или давления почвенной влаги [173, 174, 175]. Давлениевлаги в почве – уменьшение давления, измеренное относительно свободнойчистой воды. Причиной появления давления являются: сумма давленийкапиллярно-сорбционного, осмотического (за счет растворимых веществ),гравитационного (равного высоте столба жидкости от нулевого уровня,уровня моря, а в большинстве случаевповерхности почвы) и внешнихдавлений (атмосферного и вышележащих слоев).
Почвенная влага кактермодинамическая система стремится к состоянию с наименьшей энергией.Необходимым условием равновесия является постоянство параметровсистемы с течением времени и отсутствие в системе постоянных потоковтеплоты, вещества, и т. п.Равновесиесистемыхарактеризуетсятермодинамическимипотенциалами [33, 41, 148, 207, 235]. Давление p, объем V, температура T, идр.параметрысистемыявляютсячастнымипроизводнымитермодинамических потенциалов.Основное уравнение термодинамики для равновесных процессов [41]TdS = dU + pdV,(3.2.1)где U – внутренняя энергия системы, S – ее энтропия.Уравнение (3.3.1) связывает пять физических величин: температуру,давление, объем, энтропию и внутреннюю энергию. Для каждой пары этихвеличин существует термодинамический потенциал.Если в качестве независимых переменных использовать энтропию иобъем, то для определения остальных величин следует задать зависимостьвнутренней энергии от энтропии и объема: dU = TdS - pdV, dU являетсяполным дифференциалом, а температура и давление определяются как:⎛ ∂U ⎞⎛ ∂U ⎞T =⎜⎟ , p=⎜⎟ .SV∂∂⎠V⎠S⎝⎝(3.2.3)Если независимыми переменными являются температура и объем, тотермодинамическим потенциалом является свободная энергия Гельмгольца140F= U – TS, а энтропия и давление определяются как:⎛ ∂F ⎞⎛ ∂F ⎞S = −⎜⎟ , p = −⎜⎟ .∂T∂V⎝⎠V⎝⎠T(3.2.3)Если независимыми переменными являются температура и давление,то термодинамическим потенциалом является энергия Гиббса G = U – TS+ pV, а энтропия и объем определяются как:⎛ ∂G ⎞⎛ ∂G ⎞⎟⎟ .S = −⎜⎟ , V = ⎜⎜∂p⎝ ∂T ⎠ p⎝⎠T(3.2.4)Если независимыми переменными являются энтропия и давление, тотермодинамическим потенциалом является энтальпия (теплосодержание)энергия Гиббса H = U + pV, а температура и объем определяются как:⎛ ∂H ⎞⎛ ∂H ⎞⎟⎟ .T =⎜⎟ , V = ⎜⎜∂p⎝ ∂S ⎠ p⎝⎠S(3.2.5)В реальных термодинамических системах число частиц бываетнепостоянным.
Внутренняя энергия такой системы может меняться за счет⎛ ∂U ⎞⎟⎟изменения числа частиц dNi . Величина μ i = ⎜⎜∂N⎝ i ⎠ S ,V , N ,..., N1называетсяnхимическим потенциалом i-го типа частиц и равна энергии, приходящейся наодну частицу.Согласно энергетическому (термодинамическому) подходу химическийпотенциал является основной характеристикой состояния почвенной влаги.Если в различных точках жидкой фазы химический потенциал различен, то всистеме без внешних затрат энергии (т.е.
самопроизвольно) должно начатьсяперераспределение-перемещение жидкости, которое заканчивается послевыравниванияхимическогопотенциала.Химическийпотенциалкактермодинамическая функция был введён Дж. У. Гиббсом для описаниясостояния систем с переменным числом частиц. Выражается химичекийпотенциал энергией приходящейся на единицу массы или количествавещества [Дж/кг, Дж/моль]. Применительно к содержащейся в почве воде его141принято называть потенциалом влаги [139].Для систем с переменным числом частиц химический потенциал μiможно получить дифференцированием любого из термодинамическихпотенциалов по числу частиц.ПосколькусвободнаяэнергияГиббсаявляетсяполнымдифференциалом:dF = dU + pdV + Vdp – SdT – TdS,(3.2.6)можно рассмотреть элементарную работу dA, которая совершается надсистемой, как алгебраическую комбинацию элементарных работ ΣdAi.Тогда при постоянном давлении и температуре справедливо:dF = – ΣdAi.(3.2.7)Для потенциала почвенной влаги (ψ = dA/Δm) можно соответственнозаписать:ψ = Σψi .(3.2.8)Компоненты потенциала влаги представляют удельную свободнуюэнергию, но обычно измеряются в единицах давления.
Историческисложилосьтак,чтоψизмеряютвнесистемныхединицах(рF),представляющих собой lg p, где p - выраженное в см водного столбадавление.Капиллярно-матричный потенциал связан с распределением пор поразмерамиэнергиейобразованияединицыплощадиповерхностиокружающей почвенные частицы пленки почвенного раствора. Капиллярноедавление является мерой матричного потенциала [91]. Это позволяетопределить зависимость между влажностью и потенциалом влаги – основнуюгидрофизическую характеристику почвы.
Зависимость, представляетсяграфиком влажность – логарифм потенциала. Как уже упоминалось вначалеглавы, эта зависимость весьма информативна и может быть использована дляколичественного, физически обоснованного определения таких важныхвеличин как влажность устойчивого завядания растений, полная инаименьшая влагоемкости и др. Основная гидрофизическая характеристика142позволяет определять изменения гидрофизических свойств и физическогосостояния почв при их сельскохозяйственном использовании.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
