Диссертация (1151678), страница 21
Текст из файла (страница 21)
ИспользованиеОГХ дает возможность моделировать передвижение влаги и содержащихся вней питательных веществ.Для изучения уплотненного состояния почвенного слоя можноиспользовать параметр, определяющий энергетическое состояние влаги впочве. Рассмотрим подробнее уплотняющее механическое воздействие напочву. В данном процессе часть энергии внешнего воздействия идет насовершение рабочими органами работы по деформации почвы, преодолениюсил трения, переориентации агрегатов и т.п. Другая часть идет на изменениеэнергии связей между подвижными почвенными частицами вследствие ихсближения/расхождения и изменения поверхности конденсированной фазы.Эта часть работы энергетическом рассмотрении процесса и характеризуетмеру воздействия почвообрабатывающего орудия на почву.
Поэтомуколичественное изучение механического воздействия производится путемоценки изменений удельной энергии почвенной влаги до и после воздействия[6, 15, 17]:ΔE =ΠΠ000∫ pdw −∫ pdw ,(3.2.9)где Π – пористость после воздействия на почву, м3/м3; Π0 – пористость довоздействия на почву.3.2.2. Эффективный размер почвенного агрегатаВ первой главе (1.2.4) было показано, что одна только величинапорового пространства не может адекватно отражать состояние почвы беззначенияудельнойповерхностиконденсированнойфазы.Значениепористости для почв с крупными или тонкими порами может бытьодинаковым.
Поэтому кроме объема порового пространства следуетучитывать или диаметр преобладающих пор или в размер преобладающих143почвенных агрегатов. Эти величины позволяют дифференцировать поры поих функциям. Крупные поры с большим диаметром (>75 мкм) в основномпроводят влагу, средние (30-75 мкм) сохраняют влагу растениям, тонкиепоры (<30 мкм) содержат недоступную растениям влагу.
В связи с этимактуальной становится разработка и теоретическое обоснование методик итехнических средств для оценки степени рыхления и крошения почвы. Вбольшинстве работ, связанных с совершенствованием почвообрабатывающейтехникиосновноевниманиеуделяетсяописаниюконструкционныхособенностей почвообрабатывающих машин и технологических операций.Однако вопросы о том, как воздействие орудия на почву повлияло на условияфункционирования системы «вода – почва – растение» практически незатрагиваются.При(плантаж,агромелиоративныхглубокоерыхление,икультуртехническихфрезерование)мероприятияхвоздействиенапочвупроизводится силами сжатия - растяжения или силами сдвига.
В реальновстречающихся ситуациях их различить трудно, поскольку довольно частоони действуют одновременно.Разрыхлить поверхностный пахотный слой почвы в большинствеслучаев не сложно. Сделать это эффективно, можно используя различныепочвообрабатывающие орудия [86, 106, 112, 214]. Сложнее разрыхлить самиагрегаты, чтобы восстановить внутриагрегатную пористость. На величинувнутриагрегатной пористости влияют как содержание ряда органическихвеществ, так и деятельность почвенных микроорганизмов.
Оптимизацияагрофизических условий сложный процесс, требующий всестороннихзнаний. Поскольку агротехнические меры в этом случае малоэффективны, тов большинстве случаев становится необходимым использование удобрений,стимулирующих активность обитающих в почве микроорганизмов, а такжеулучшающих состояние почвы.Поэтому использование таких величин, как средний размер агрегата ипроцентноесоотношениемеждуагрегатамиипылью,заменяется144использованием,определяемыхнепосредственноизэксперимента,пористости и удельной поверхности агрегатов [13, 14, 16]. Поскольку прирыхлении и крошении в первую очередь изменению подвержено поровоепространство, то одной из основных используемых нами характеристикявляется пористость – объем пор в единице объема образца почвы. Врассматриваемом контексте удобно разделить общую пористость П навнутриагрегатную – П0 и межагрегатную – П*, причем П=Пк+П*.Внутриагрегатная пористость Пк равна пористости равновесного состоянияпочвы и определяется до прохождения почвообрабатывающей техники.ПослепрохождениятехникиопределяетсяобщаяпористостьПисравнивается с оптимальной.
Вычисляется межагрегатная пористость.Рассмотрим такое состояние пахотного слоя, при котором семярастения после его заделки в почву лежит на более плотном слое, аповерхностная часть состоит из мелких агрегатов составляющих менееплотный слой [169]. В этом случае осуществляется хороший контакт семян спочвой, а верхний слой способствует аэрации и сохраняет влагу. Этизакономерности справедливы для дерново-подзолистых и серых лесных почв.Иная ситуация наблюдается у черноземов. В этом случае для роста иразвития растений и использования, имеющихся в почве питательныхвеществ при недостатке воды необходимо, чтобы находящийся над семенемслой был более уплотнен в пределах диапазона 0,95÷1,15 г/см3, а слой, накотором лежит семя, был разрыхлен. Оптимальными для самого семенногослое считаются агрегаты размерами менее 5 мм.Измноголетнейземледельческойпрактикиустановлено,чтооптимальным является размер агрегатов близкий к размеру семян.
Однакооценивать крошение почвы по распределению агрегатов почвы по размерам,полученному методом просеивания почвы через набор сит – трудоемкаязадача. К тому же сам процесс просеивания через сита существенно влияетна результат.Количественную оценку размера агрегатов с минимальными затратами145времени позволяет осуществить аэродинамический метод. Энергетическаяконцепцияколичественнойоценкистепеникрошенияпочвыпочвообрабатывающими машинами реализована благодаря возможностиизмерения удельной поверхности, образующихся при крошении агрегатов.Совместно с учетом значения пористости она позволяет ввести врассмотрение размер «эффективного» агрегата как характеристику обработкипочвы.
Поскольку при количественной оценке крошения измеряется степеньприближения созданных орудием гидрофизических условий к оптимальнымдля роста и развития растений, то в качестве критериев оценки предлагаетсяодновременноучитыватьизмененияпористостипочвыиудельнойповерхности образовавшихся почвенных частиц, что позволяет использоватьв качестве количественного показателя «эффективный» размер агрегата.Введем понятие размера «эффективного» агрегата d.
Это такой размер,при котором число агрегатов, умноженное на их объем, равно объемуобразца почвы до обработки. Учитывая, что объем агрегата пропорционаленd3, а площадь пропорциональна d2, можно, измерив, пористость и удельнуюповерхность, определить «эффективный» размер экспериментально.Степень крошения почвы существенно зависит от ее влажности,режима работы и конструкционных особенностей рабочих органов,кратности воздействия и т.д., то есть от целого ряда факторов, определяющихсовокупный итог воздействия. Естественно, что далеко не всегда удаетсяпроводить обработку почвы в оптимальных по всему широкому рядуфакторов условиях. В результате чего почва находится не в самомоптимальном, от возможно реализуемого, состоянии для роста и развитиярастений.Крошение почвы можно рассматривать как комплекс процессовизменения взаимного расположения почвенных частиц, при которомувеличиваются пористость и поверхность частиц.
Качество крошения почвынеобходимо оценивать независимо от конструктивных параметров и режимовработы. А уже после получения независимых, количественных результатов146осуществлять выбор оптимальных орудий, конструктивных параметров,режимов работы.Изменения, произошедшие в почве после обработки, фиксируются поизмерениям гидрофизических показателей: пористости, межагрегатнойпористости и удельной поверхности агрегатов. Выбор такого наборапоказателей обусловлен тем, что их сочетание полно характеризует качествопроцесса крошения почвы.Влага в почве ограничена с одной стороны твердой фазой, а с другой газообразной, то есть в отличие от свободной влаги имеется поверхностнаяэнергия взаимодействия с воздухом и поверхностная энергия взаимодействияс твердой фазой почвы. При механическом воздействии на почву во времяагромелиоративных и культуртехнических работ в ней образуются сетитрещин и т.п.
Поверхность взаимодействия с воздухом увеличивается, а,следовательно, имеет место увеличение поверхностной энергии.РаботуАпроизведеннуюнадпочвойрабочимиорганамиобрабатывающего орудия можно разделить на следующие компоненты:A = Апер + Акр ,(3.2.10)где Апер – работа по перемещению почвы, переориентации агрегатов и т.п.,Дж; Акр – работа по разрушению целостности почвы, созданию сети трещин,т.е. созданию дополнительной поверхности агрегатов, Дж.Учету работы Апер посвящено множество научных работ и инженерныхразработок, большинство из которых направлено на снижение ее доли, т.е. наповышение коэффициента полезного действия почвообрабатывающегоорудия.Однако, следует учесть, что затраты энергии почвообрабатывающихорудий далеко не всегда связаны с «полезной» работой, которая идет накрошение почвы и не отражают изменения условий произрастания растенийв результате применения того или иного орудия и его рабочих органов.Поэтому, при равных энергетических затратах, трудно определить какое изорудий более эффективно для создания условий произрастания растений147близких к оптимальным.Согласно гипотезе П.
Риттингера о пропорциональности элементарнойработы крошения приращению площади поверхности определяющей приоценке эффективности воздействия рабочего органа на почву является работаАкр затрачиваемая на изменение энергии связей между почвеннымичастицами. При крошении однородного слоя почвы появляются агрегаты, насозданиеповерхностикоторыхрасходуетсяопределеннаяэнергия.Поверхность образовавшихся почвенных частиц пропорциональна работеАкр. Работа Акр непосредственно связана с изменением энергетическогосостояния почвенной влаги.Рисунок 3.6 – Изменение пористости и удельной поверхности агрегатовПри оценке эффективности воздействия рабочего органа на почвуопределяющей является работа, затрачиваемая на изменение энергии связеймежду почвенными частицами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
