Proprietatile fizice si fizico-mecanice ale solului

PROPRIETATILE FIZICE SI FIZICO-MECANICE ALE SOLULUI

Solul este un corp natural heterogen, polifazic, dispers, structurat si poros cu unele caracteristici care ii permit sa puna la dispozitia plantelor apa si elementele nutritive de care au nevoie in procesul de crestere si dezvoltare.

- Este un sistem heterogen deoarece unele dintre caracteristici variaza in masa solului si chiar in cuprinsul uneia dintre componente.

- Este un sistem polifazic, in alcatuirea lui fiind reprezentate cele trei faze principale: solida, lichida si gazoasa.

- Este un sistem dispers deoarece componentele lui solide se prezinta sub forma de particule de diferite dimensiuni, de la cativa centimetri pana la microni, numite particule elementare.

- Este un sistem poros deoarece particulele sunt asezate mai mult

sau mai putin dens, atat in interiorul formatiunilor structurale cat si intre acestea ramanand spatii libere de forme, dimensiuni si caracteristici.

1. TEXTURA SOLULUI

Esenta solului este reprezentata de partea minerala, care reprezinta aproximativ 50% din volumul acestuia, fiind alcatuit din fragmente si particule de diferite diametre. Partea minerala este reprezentata prin particule elementare de diferite marimi care indeplinesc fiecare anumite functii si confera insusiri specifice solului.

In afara de aceste particule al caror diametru este mai mic de 2 mm si care alcatuiesc "materialul fin" in unele soluri se pot intalni si fragmente mai mari de 2 mm care constituie "scheletul solului".

Marea majoritate a solurilor care se gasesc intr-un stadiu inaintat de evolutie, sunt alcatuite din particule cu un diametru mai mic de 2 mm, cunoscute sub denumirea de fractiuni granulometrice, care determina, de altfel, insasi textura.

Gradul de maruntire a partii minerale in componente de diferite marimi si proportia cu care acestea participa la alcatuirea solului reprezinta acea insusire fizica cunoscuta sub denumirea de textura solului.

1.1. Gruparea particulelor texturale

Aprecierea texturii solului, se realizeaza dupa ce in prealabil, fractiunile granulometrice au fost grupate dupa diametrul lor, in scari texturale, in functie de diferitele scari de clasificare existente pe plan mondial (scara Atterberg, scara Kacinski si scara departamentului agriculturii S.U.A.) (tabel 1.).

Toate scarile iau in considerare aceleasi fractiuni granulometrice: nisipul, praful si argila, diferentierile de la o scara la alta fiind date doar de limitele de grupare a particulelor elementare.

Cea mai veche clasificare inca in uz este cea a lui Atterberg (1912) adoptata de Societatea Internationata pentru Stiinta Solului. Ea este inca in vigoare, cu unele completari, menite sa permita corelarea cu alte scari granulometrice folosite in diferite tari (I.C.P.A. 1987).

Tabelul 1.

Scari pentru stabilirea grupelor sau categoriilor de particule

(dupa Blaga si colab.1996)

Gruparea particulelor dupa diametrul lor a pornit de la considerentul ca proprietatile fizice, mecanice, chimice si biologice se diferentiaza evident in functie de participarea unei fractiuni granulometrice in proportie mai mare.

Nisipul este format din fragmente de roca, care rezista puternic la dezagregare (cuart sau alte minerale ca piroxenii, mica alba, magnetitul, etc.) este foarte permeabil, nu prezinta aderenta, gonflare, contractie, plasticitate, coeziune, are o capacitate mica de retinere pentru apa si elementele nutritive. Dimensiunile particulelor elementare sunt comparativ mai mari, numarul de particule pe unitatea de volum a solului este mic, aria superficiala specifica mica.

Argila este fractiunea granulometrica cu rolul cel mai importanta in determinarea insusirilor fizice si chimice ale solului. Ea are coeziune, plasticitate si aderenta ridicata, capacitate sporita de retinere a apei si a substantelor nutritive, suprafata specifica extrem de mare care favorizeaza o multitudine de procese fizico-chimice, biologice si regleaza insasi fertilitatea solurilor.

Praful este o componenta intermediara intre nisip si argila, format din fragmente de roca intr-un grad inaintat de dezagregare, prezinta insusiri apropiate de ale argilei.

Praful sau malul contribuie la plasticitatea si coeziunea solului, mareste capacitatea de retinere a apei accesibile pentru plante. O proportie ridicata de praf nu este favorabila deoarece imprima solurilor unele insusiri nefavorabile ca tasarea accentuata, structurarea slaba, deoarece el nu coaguleaza si nu poate forma singur microagregate structurale.

1.2. Clasificarea solurilor dupa clasele texturale

Particulele solide ce intra in alcatuirea solului au anumite proprietati pe care le imprima acestuia, in mod obisnuit solurile contin toate cele trei fractiuni granulometrice (nisip, praf si argila), dar in procente diferite determinand texturi diferite.

In tara noastra se foloseste in prezent sistemul de clasificare redat in 'Metodologia elaborarii studiilor pedologice' elaborat de I.C.P.A in 1987 (tabel 2.). Acesta cupride 3 grupe de clase, 6 clase si 23 de subclase.

Grupa de clase cu texturi grosiere (G) in care sunt incluse doua clase nisip (N) si nisip lutos (U). Clasa nisip (N) cuprinde 3 subclase (Nisip grosier (NG) ; nisip mediu (NM) ; nisip fin (NF)) iar in clasa nisip lutos cuprinde tot 3 subclase (nisip lutos grosier (UG) ; nisip lutos mediu (UM) ; nisip lutos fin (UF)).

Grupa de clase cu texturi mijlocii (M) cuprinde doua clase de textura lut nisipos (S), care include subclasele lut nisipos grosier (SG), lut nisipos mediu (SM), lut nisipos fin (SF), lut nisipo prafos (SS) și praf (SP). Clasa de textura lut (L) include subclasele lut nisipo argilos (LN), lut mediu (LL), lut prafos(LP).

Grupa de clase cu texturi fine (F) cuprinde doua clase texturale lut argilos (T) cu subclasele argila nisipoasa (TN), lut argilos mediu (TT), lut argilo-prafos (TP) si clasa argila (A) cu subclasele argila lutoasa (AL), argila prafoasa (AP), argila medie (AA) si argila fina (AF).

Tabel 2.

Clasificarea texturala a solurilor

(dupa I.C.P.A. Bucuresti, 1987)

O caracterizare mai exacta a diversitatii texturale a solurilor se realizeaza prin folosirea diagramei triunghiulare a texturii, constituita in functie de cantitatea procentuala de argila, praf si nisip. Diagrama consta dintr-un triunghi echilateral pe laturile caruia sunt trecute procentele de nisip, praf si argila de la 0-100%. Impartind cele trei laturi in 10 parti egale si unind punctele intre ele prin paralele la laturile triunghiului, se formeaza o diagrama cotata. Avand insa in vedere ca cele trei fractiuni granulometrice nu intervin cu aceeasi pondere in determinarea insusirilor solului, diagrama triunghiulara s-a compartimentat pentru a putea cuprinde toate unitatile texturale posibile, determinate de raportul dintre influentele argilei, prafului si nisipului.

Separarea compartimentelor difera de la un autor la altul. In prezent cel mai larg intrebuintat este triunghiul folosit in SUA (fig.1.). Pentru stabilirea clasei texturale a unui sol, pe cele trei laturi ale triunghiului se fixeaza procentele de argila, praf si nisip rezultate prin analiza granulometrica, obtinandu-se trei puncte. Din fiecare punct se duce o paralela la latura triunghiului opusa varfului cu 100% fractiunea respectiva. Locul de intalnire a celor trei paralele reprezinta clasa texturala in care se incadreaza solul respectiv. Atunci cand pozitia locului de intalnire a celor trei paralele este apropiata de limita unitatii texturale (trasata cu linie groasa), aceasta se precizeaza in denumirea clasei texturale a solului (de exemplu: lut spre lut argilos).

Fig. 1. Diagrama pentru determinarea texturii

Variatia texturii in profilul solului

Compozitia granulometrica pe profilul solurilor este determinata de textura materialului parental si de caracteristicile procesului de solificare. Pe suprafetele cu materiale parentale uniforme, iar in cadrul solificarii nu au loc procese de migrare a argilei, sau de argilizare evidente, pe toata adancimea profilului de sol se pastreaza aceeasi textura, solul fiind nedifentiat textural. Aceasta situatie se intalneste in mod obisnuit la solurile din zona de stepa, unde fractiunea argiloasa din profil are aproximativ aceeasi valoare cu cea existenta in materialul parental.

In zonele mai umede, unde in cadrul solificarii au loc procese intense de argilizare si de migrare a argilei, se realizeaza profile de sol cu diferentieri texturale pe adancime. In general profile cu diferentiere texturala prezinta solurile cu orizonturi de formare si acumulare a argilei (Bv, Bt, Btna). Pentru exprimarea cantitativa a diferentierii texturale intre orizonturi, se foloseste indicele de diferentiere texturala (Idt) care reprezinta valoarea raportului dintre procentul de argila din orizontul B si procentul de argila din A (sau E):

% argila B

Idt= ----- ----- --------- ----- ------

% argila A sau E

Dupa marimea indicelului Idt solurile se grupeaza astfel:

- soluri nediferentiate textural Idt = 1

- soluri slab diferentiate textural Idt = 1,1 - 1,2

- soluri moderat diferentiate textural Idt = 1,2 -1,4

- soluri puternic direfentiate textural Idt = 1,4 -2,0

- soluri foarte puternic diferentiate textural Idt >

In anumite situatii, pe profil se constata zone cu texturi diferite, determinate de materialele parentale formate din strate neomogene din punct de vedere textural si nu ca urmare a procesului de solificare. Pentru aceste situatii se foloseste termenul de textura contrastanta.

1.4. Rolul texturii in procesul de solificare si in practica agricola.

Rolul texturii se evidentiaza prin urmatoarele aspecte: textura exercita o influenta mare asupra solificarii. In acest sens se poate arata ca o textura grosiera permite o levigare intensa, o dezvoltare mai ampla a profilului insa o diferentiere mai slaba a orizonturilor, nu stimuleaza formarea humusului, favorizeaza declansarea si intensificarea eroziunii eoliene, etc.

Textura fina este cea care se opune levigarii accentuate, creeaza profile mai scurte, orizonturi bine diferentiate, stimuleaza acumularea de humus, creeaza conditii de gleizare sau stagnice in prezenta excesului de apa.

Textura determina sau influenteaza accentuat principalele proprietati ale solului.

Textura grosiera determina:

permeabilitate mare pentru apa si aer;

capacitatea mica de retinere a apei;

capacitate mare de incalzire a solurilor;

continut mic de humus si substante naturale;

complex coloidal slab reprezentat si capacitate mica de retinere cationica.

Textura fina inseamna:

permeabilitate mica pentru apa si aer;

capacitate mare de retinere a apei;

compactitate mare;

capacitate mica de incalzire a solului;

continut mare de humus si substante naturale;

complex coloidal bine reprezentat si capacitate mare de retinere cationica;

potential ridicat de fertilitate.

Cea mai potrivita textura este cea mijlocie care confera cele mai bune conditii tuturor proceselor din sol si respectiv plantelor de cultura.

Deoarece textura determina o gama larga de insusiri ea constituie un criteriu esential in alegerea sortimentului de culturi. Majoritatea plantelor de cultura se dezvolta cel mai bine in cazul solurilor cu textura mijlocie. Totusi exista si plante care valorifica bine sau chiar prefera solurile nisipoase (cartoful, sfecla, vita de vie). Altele prefera soluri cu o textura fina (graul, orzul). Pentru unele culturi textura fina constituie un factor restrictiv, respectiv in cazul vitei de vie, unele specii de pomi, cartoful in zonele secetoase.

Alcatuirea texturala este aceea insusire a solului care diferentiaza masurile agrotehnice, agrochimice si hidroameliorative care se aplica solului. Pe solurile cu textura fina mobilizarea stratelor se face mai profund, ingrasamintele chimice se pot aplica in doze mai mari si la intervale mai lungi, normele de udare vor fi mai mari.

2. STRUCTURA SOLULUI

Prin structura solului C. Chirita (1974), defineste modul de grupare a particulelor elementare in agregate de diferite forme si marimi. Conceptia noua despre structura dupa P.Stengel (1990) se refera la doua componente:

modul de dispunere spatiala a particulelor elementare ale solului;

natura si intensitatea legaturilor care exista intre ele.

De-a lungul timpului se cunosc numeroase sisteme de clasificare a structurii, de la cel propus de Zaharov (1972), care ia in considerare forma si marimea elementelor structuratele, la cel propus de Duchaufour (1977), sau cel mai recent elaborat si adoptat in tara noastra de catre I.C.P.A. (1987). In acest sistem starea structurala a unui sol, este definita pe baza urmatoarelor criterii:

- tipul de structura;

- marimea elementelor structurale;

- gradul de dezvoltare a structurii

2.1. Principalele tipuri de structura

Dupa forma si aranjarea agregatelor structurale in masa solului, se disting urmatoarele tipuri de structura :

Structura glomerulara. Se caracterizeaza prin dispunerea particulelor de sol in agregate aproximativ sferice, poroase, de forma unor glomerule friabile, cu suprafete curbate, cu numeroase convexitati si concavitati. Aceasta structura este caracteristica solurilor cu orizont Am, bine aprovizionat cu humus de tip mull calcic si cu o intensa activitate biologica (cernoziom, kastanoziom, preluvosol etc.)

Structura grauntoasa (sau granulara). Se deosebeste de cea glomerulara prin asezarea mai 'indesata' a particulelor elementare, cu o porozitate mai redusa si cu aparitia de fete plane, datorita unor zone de contact mai mari intre elementele apropiate. Este caracteristica orizontului Ao, intalnit la solurile din zona de dealuri si podisuri.

Structura poliedrica angulara. Se caracterizeaza prin agregate cu dimensiuni aproximativ egale pe cele 3 axe, cu fete plane, delimitate de muchii evidente, asezate indesat, ceea ce da un aspect colturos (angular). Se intalneste indeosebi in orizonturile Bt la luvosolurilor.

Structura poliedric subangulara. Este similara cu cea poliedrica angulara, insa elementele structurale prezinta muchii mai tesite, sterse si suprafete neregulate. In acest tip de structura se incadreaza orizonturile Bv ale solurilor din clasa cambisoluri.

Structura prismatica. Este alcatuita din agregate alungite, orientate vertical, cu fete plane si muchiile ascutite, capetele prismelor nerontujite. Prismele mai mari, destul de compacte, se pot desface relativ usor in poliedri mici. Ea este caracteristica orizonturilor Bt ale solurilor preluvosol si luvosol.

Structura columnoid-prismatica. Este asemanatoare celei prismatice, dar muchiile sunt rotunjite.

Structura columnara. Este asemanatoare celei prismatice, dar capetele agregatelor structurale sunt rotunjite. Ea este caracteristica orizontului Btna, orizont genetic al soloneturilor.

Structura sistoasa sau lamelara Este constituita din agregate sub forma de placi sau 'lamele', fragmente orientate orizontal. Ea este specifica atat solurilor tasate, cu hardpan, cat si orizonturilor El si Ea, caracteristice luvisolurilor.

2.2. Marimea si gradul de dezvoltare a agregatelor structurale

Structura solului se determina in teren odata cu descrierea morfologica a profilului de sol. Concomitent cu stabilirea tipului de structura se apreciaza marimea si gradul de dezvoltare a agregatelor structurale. Dupa marimea agregatelor la fiecare tip de stuctura se deosebesc agregate foarte mici, mici, medii, mari si foarte mari (tabel 3.).

In functie de gradul de dezvoltare structura solului poate fi:

slab dezvoltata; elementele structurale se observa greu,

cea mai mare parte a solului fiind nestructurata;

moderat dezvoltata; elementele structurate se observa

usor, la sfaramare apar multe agregate,

bine dezvoltata; la sfaramare intreaga masa de material

se desface in agregate.

Tabel 3.

Marimea agregatelor structurale

2.3. Formarea structurii solului.

Pentru a se forma agregatele structurale, particulele elementare de sol trebuie sa se lege intre ele printr-un liant de legatura sau sa fie supuse unor procese fizico-mecanice si biologice de aglomerare.

Principalii factori de structurare ai solurilor sunt: complexul coloidal al solului, carbonatul de calciu, activitatea organismelor, procesul de umezire-uscare si procesul de inghet-dezghet al solului.

Coloizii solului reprezinta factorul de baza in procesul de structurare a solurilor, deoarece prin coagulare leaga particule intre ele. Astfel, humusul are capacitatea de agregare cea mai mare (de 12 ori mai mult ca argila), ducand la formarea unor agregate rotunjite, poroase, cu stabilitate hidrica mai mare, dar cu stabilitate mecanica mai mica. Argila singura, favorizeaza formarea de agregate structurale mai rigide, tasate si colturoase, cu stabilitate mecanica foarte mare dar cu stabilitate hidrica destul de mica (din aceasta cauza solurile argiloase dupa ploaie se noroiesc foarte usor).

Cea mai buna structurare o realizeaza prezenta in sol atat a humuslui cat si a argilei, mai ales cand in humus predomina acizii huminici iar argilele sunt de tipul montmorillonitic. Astfel de conditii se intalnesc in zonele de stepa si silvostepa la nivelul orizontului Am si mai rar in zona dealurilor joase la nivelul orizontului Ao.

Atunci cand alaturi de humus si argila, la structurarea solurilor participa si carbonatul de calciu, se realizeaza cea mai buna si stabila structura.

Oxizii si hidroxizii de fier si aluminiu contribuie la formarea agregatelor structurale mai ales in zonele mai umede si mai reci (dealuri si podisuri), unde se intalnesc in sol, in procent mai ridicat. Acestia duc la formarea unor agregate structurale dure si masive. De aceea, solurile si orizonturile respective sunt puternic tasate.

Factorul biologic are un rol important in procesul de structurare a solurilor. De exemplu, radacinile plantelor, in procesul de crestere, determina aglomerarea particulelor de sol sau fragmentarea materialelor dure, producand structurarea. Cu cat sistemul radicular este mai des si mai puternic ramificat, structurarea este mai buna (vegetatia ierboasa). Organismele animale, prin galeriile pe care le sapa si prin materialul trecut prin corpul lor, contribuie in permanenta la structurarea solurilor. De scos in evidenta, rolul ramelor in realizarea 'structuri coprogene'. In acelasi timp, toate organismele care traiesc in sol, secreta anumite substante organice, care au o mare putere de cimentare a particulelor de sol.

Structurarea solurilor se mai realizeaza si prin procesul de umezire-uscare si inghet-dezghet. Prin ambele procese solul isi mareste si isi micsoreaza volumul, ducand la desfacerea lui in agregate din ce in ce mai mici. Acest lucru este pus in evidenta de araturile bolovanoase sau brazdoase executate toamna, care primavara apar foarte bine structurate (Vasile D. 2003).

2.4. Degradarea si refacerea structurii solului

Structura solului este supusa in permanenta procesului de degradare, mai ales la solurile luate in cultura. Factorii care produc distrugerea agregatelor structurale sunt de natura mecanica, fizico-chimica si biolgica.

Degradarea mecanica a structurii solurilor se realizeaza prin masinile si uneltele agricole, prin pasunatul irational si prin executarea lucrarilor agricole in conditii necorespunzatoare. Astfel, trecerile excesive ale masinilor agricole produc o puternica tasare a solului si o pulverizare a agregatelor structurale, incarcarea suprafetelor pasunate cu un numar prea mare de animale si aducerea animalelor la pasunat pe perioadele umede contribuie puternic la degradarea solurilor. Cea mai puternica degradare a structurii se realizeaza atunci cand se executa lucrarile agricole in conditii necorespunzatoare (sol prea umed sau prea uscat).

Degradarea fizico-chimica a structurii este determinata in principal de prezenta apei, care prin hidroliza pune in libertate ionul de H⁺. Acesta patrunde in cimentul de legatura de unde scoate Ca⁺, producand lent dar continuu dispersarea agregatelor structurale. Alaturi de H⁺ un alt dispersator al agregatelor structurale il reprezinta Na', care se intalneste in solurile saraturate.

Degradarea biologica se datoreste diminuarii activitatii microorganismelor din sol si implicit scaderea continutului in humus. Prin folosirea irationala a solurilor, activitatea microbiologica este puternic deranjata, iar rezerva de humus se reduce intr-un ritm ingrijorator

Pentru prevenirea degradarii si pentru refacerea structurii solului se recomanda folosirea corecta a masinilor agricole, pasunatul rational, executarea lucrarilor agricole in perioadele optime, evitarea lucrarilor agricole excesive, aplicarea amendamentelor, folosirea ingrasamintelor organice, activitatea vietii microbiologice in sol etc. (Vasile D. 2003).

2.5. Importanta structurii solului

Prezenta agregatelor structurale in masa solului creaza mediul optim pentru dezvoltarea planelor, in solul structurat, cu agregate stabile, se asigura infiltratia apei si inmagazinarea ei pe o adancime mai mare. Apa se pierde in cantitate mica prin evaporatie directa pentru ca stratul de glomerule protejeaza evaporarea apei. Infiltratia apei reduce mult scurgerile de suprafata de pe terenurile inclinate, micsorand procesul de eroziune a solului. Dupa infiltrarea apei, prin spatiile mari patrunde aerul, asigurand viata microbiologica si procesele de oxidare, ce pun in libertate sarurile nutritive, care impreuna cu apa din spatiile capilare creeaza conditii favorabile pentru cresterea plantelor.

Aerul din spatiile necapilare determina o intensa activitate bacteriana aeroba, care duce la descompunerea materiei organice si formarea substantelor nutritive solubile pentru plante. In interiorul agregatelor, unde se gasesc spatii capilare ce contin aproape permanent apa, se creeaza un mediu fara aer care favorizeaza activitatea bacteriilor anaerobe cu rol important in formarea si acumularea humusului.

Radacinile plantelor patrund mai usor in solurile structurate, cu asezarea afanata, mentinandu-se permanent in contact cu agregatele unde gasesc apa si elementele nutritive.

Solurile structurate, sunt mai rezistente la procesele de eroziune si se lucreaza mai usor decat cele nestructurate. Din aceste motive, solurile cu structura glomerulara prezinta o fertilitate mai mare decat cele fara structura. Acest lucru a determinat aplicarea unor masuri speciale, care au drept scop crearea si mentinerea structurii solului, cum ar fi lucrarea rationala a solului, aplicarea ingrasamintelor si amendamentelor etc.

In ultimul timp se incearca structurarea solului cu o serie de substante chimice sintetice de natura organica sau minerala, denumite amelioratori sintetici de structura. Cei mai cunoscuti amelioratori de structura sunt poliacrilatii, niste substante sintetice de natura organica cu greutate moleculara foarte mare care se obtin prin polimerizarea unor monomeri acrilici.

Structura mai are importanta si prin rolul pe care il joaca in retinerea apei suspendate. Astfel, in solurile cu structura granulara, apa suspendata este retinuta numai prin fortele de sorbtie, adica sub forma de apa legata, in solurile cu microstructura, apa suspendata este retinuta de fortele de sorbtie dar o parte din ea este reprezentata prin apa libera sub forma de apa peliculara. in solurile cu macrostructura, o parte a apei suspendate este retinuta de fortele de sorbtie sub forma de apa legata si peliculara, iar alta parte prin forte capilare (in interiorul agregatelor).

3. DENSITATEA

Densitatea solului (D) defineste masa unitatii de volum a fazei solide sau din punct de vedere matematic se intelege raportul dintre masa unei probe de sol complet uscat (M) si volumul efectiv ocupat de particulele minerale solide si organice:

M

D = -----

V

unde: D = densitatea solului (g/cm³);

M = masa solului (complet uscat)(g);

V = volumul ocupat de particulele solide minerale si organice ale solului (cm³);

Denistatea solului este influentata de constituentii sai si, mai ales, de proportia cu care acestia intra in alcatuirea masei solului. Constituentii minerali imprima o densitate mai mare, pe cand cei organici micsoreaza valorile acesteia.

Din tabelul 4. se poate observa ca principalii componenti minerali ai solului au densitatea cuprinsa intre 2,5 - 5,3 g/cm³, iar materia organica prezinta valori mai mici, de 1,2-1,5 g/cm³.

In functie de raportul dintre diferite componente ale solului, densitatea lui oscileaza intre 2,5 -2,8 g/cm³. Ea are valori mai mari in orizonturile Bt, unde se gasesc acumulati compusii fierului (2,7 - 2,8 g/ cm³) si valori mai scazute in orizonturile superioare Am, unde se gaseste si un continut mai mare de humus (2,5 - 2,7 g/cm³).

O usoara diferentiere a valorilor densitatii (tab. 5.) se observa si in functie de textura solului: de la 2,55 la 2,7 g/cm³.

Valorile densitatii se utilizeaza la calcularea porozitatii si la aprecierea compozitiei solului, intrucat ele reflecta proportia dintre partea minerala si cea organica.

Tabelul 4.

Densitatea principalelor componente ale solului

(dupa Blaga si colab.1996)

Tabelul 5.

Variatia densitatii in functie de textura solului.

(dupa Blaga si colab.1996)

4. Densitatea aparenta a solului

Densitatea aparenta a solului reprezinta raportul dintre masa solului complet uscat si volumul total al probei, recoltata in structura naturala sau mai exact definit, densitatea aparenta reprezinta masa unitatii de volum a unui sol complet uscat, in asezare naturala:

M

D.A. = -------

Vt

unde: DA = densitatea aparenta (g/cm³);

M = masa solului (g);

Vt =Vs + Vp = volumul total al solului (cm³);

Vs = volumul fazei solide (cm³);

Vp = volumul porilor (cm³).

Valorile densitatii aparente sunt in stransa corelatie cu gradul de tasare al solului. Ele oscileaza frecvent intre 1-2 g/cm³, fiind mai mici la solurile bogate in humus si bine structurate (tabelul ). Valorile mai scazute ale densitatii aparente se inregistreaza si in orizonturile superioare, unde tasarea este mai mica, exceptie facand, desigur, suborizontul tasat cunoscut sub denumirea de hardpan.

Densitatea aparenta se utilizeaza la calcularea porozitatii totale a solului. Ea reflecta cel mai real gradul de tasare a solului. Valorile acesteia servesc la calcularea unor componente importante ale solului: rezerva de humus, cea de fosfor, de potasiu, etc.

Tabelul

Valori orientative ale densitatii aparente pentru principalele soluri agricole din Romania

(dupa A.Canarache, 1990)

5. Porozitatea solului

Asezarea afanata a particulelor si agregatelor cat si activitatea biologica intensa creeaza in sol o retea de spatii sau pori de dimensiuni, forme si orientari foarte diferite. 

Totalitatea spatiilor sau porilor formeaza porozitatea totala a solului si se exprima in procente din volumul solului in asezare naturala (%). Ea se calculeaza dupa formula:

DA

PT (%) = (1 - -------) X 100

D

unde: PT = porozitatea totala (%)

DA= densitatea aparenta a solului (g/cm³)

D= densitatea solului (g/cm³).

Porii se impart dupa diametrul lor in capilari sau micropori si necapilari sau macropori.

Porii capilari au diametre sub 1 mm si prezinta o insusire esentiala si anume aceea de a retine apa capilara. Totalitatea porilor capilari alcatuiesc porozitatea capilara si reprezinta capacitatea pentru apa capilara a unui sol.

Porii de diametre mai mari sau macropori sunt ocupati de aer, alcatuind capacitatea pentru aer a solului sau porozitatea de aeratie:

PA = PT - CA x DA (%)

PA = porozitatea de aeratie (%);

PT = porozitatea totala (%);

CA = capacitatea de camp (%)

DA = densitatea aparenta (g/cm³)

Valorile porozitatii totale precum si raportul dintre porozitatea capilara si necapilara depind in mare masura de textura si structura solului.

ALTE PROPRIETATI FIZICO-MECANICE ALE SOLULUI

Cercetari din domeniul stiintei solului utilizeaza tot mai frecvent notiunea de dinamica a solului, care se refera la micsorarea volumului solului sub actiunea directa a omului in scopul ameliorarii unor insusiri sau in vederea utilizarii lui ca suport pentru vehicule. Dinamica solului ia in studiu relatiile dintre sol si masinile care se folosesc la lucrarile agricole sau de hidroamelioratii.

In ultimul timp, unii autori (Hettiarichi, 1988) se refera chiar la un alt domeniu al dinamicii, respectiv biomecanica sistemului radicular al plantelor. Proprietatile fizico-mecanice ale solului sunt amplu studiate si in geotehnica - disciplina care se refera cu precadere la compresibilitatea si deformabilitatea solului (M. Paunescu si colab. 1982; Raileanu si colab.

1. Consistenta solului

Consistenta, reprezinta gradul de tarie, de soliditate, si de rezistenta a unui corp la deformare sau sfaramare. Solul, prezinta si el o consistenta, deoarece intre particulele elementare care il compun se manifesta forte de atractie reciproce, astfel incat in asezare naturala se prezinta ca un tot unitar.

Consistenta solului se manifesta prin rezistenta pe care acesta o opune la fenomenul de penetrare, de compresiune (comprimare) si de forfecare (taiere). Practic, consistenta solului se apreciaza prin rezistenta pe care o opune un fragment sau o proba de sol la sfaramare in mana, atunci cand se prezinta in stare uscata sau in stare reavana-umeda.

In stare uscata, din punct de vedere al consistentei solurile pot fi: necoezive, slab coezive, usor dure, dure, foarte dure si extrem de dure.

In stare umeda-reavana, din punct de vedere al consistentei, solurile pot fi: necoezive, foarte friabile, friabile, ferme, foarte ferme si extrem de ferme.

Consistenta, este diferita de la un sol la altul, fiind influentata de urmatorii factori: de textura, de structura, de continutul in humus, de natura cationiior adsorbiti, de starea de afanare a solului si de starea de umiditate a solului.

Textura, influenteaza in mod direct starea de consistenta a solurilor. Cea mai mica consistenta o au solurile nisipoase, fiind alcatuite in principal din particule grosiere, fortele de atractie dintre acestea sunt practic nule. Cea mai mare consistenta se intalneste la solurile argiloase, deoarece fortele de atractie dintre particulele fine sunt foarte mari.

Structura, influenteaza in mod pozitiv consistenta solurilor in toate cazurile. Astfel, se mareste la solurile nisipoase, care prin structurare devin mai consistente si o micsoreaza la solurile argiloase, care prin structurare devin mai afanate.

Continutul in humus, contribuie la imbunatatirea consistentei solului, deoarece determina o mai buna structurare la solurile nisipoase, si o mai buna afanare la solurile argiloase. Cea mai buna consistenta se intalneste la solurile bogate in humus, care prezinta si cea mai buna structura.

Natura cationilor adsorbiti, influenteaza consistenta in mod pozitiv si negativ. Astfel, ionii buni coagulatori (Ca²⁺, Mg²⁺) contribuie la imbunatatirea consistentei solurilor deoarece asigura o stabilitate structurala, in timp ce ionii dispesatii (Na⁺, H⁺), contribuie la inrautatirea consistentei solurilor, datorita gradului ridicat de dispersare a particulelor de sol.

Starea de afanare a solului, influenteaza consistenta in sensul ca solurile tasate prezinta o consistenta mare in timp ce solurile afanate au o consistenta redusa.

Umiditatea, are o puternica influenta asupra consistentei, determinand o usoara crestere a acesteia la solurile nisipoase si o scadere treptata la celelalte soluri. Micsorarea consistentei prin umezirea solului se explica prin faptul ca apa slabeste cimentul de legatura ce exista intre particule, imbraca particulele de sol cu pelicule de apa mai groase sau mai subtiri, indepartandu-le unele de altele.

In functie de continutul de apa, Atterberg a stabilit mai multe forme de consistenta (tabel 7.).

Tabelul 7.

Forme si limite de consistenta

(dupa Atterberg)

Pentru practica agricola, cunoasterea consistentei solurilor prezinta o deosebita importanta. Astfel, consistenta ridicata impiedica cresterea radacinilor plantelor, a tuberculilor si in general buna dezvoltare a plantelor. Pe solurile cu consistenta mare nu se recomanda plantatiile de pomi si vie, cartoful, sfecla de zahar, etc.

Consistenta redusa, permite dezvoltarea radacinilor si a tuberculilor, dar solurile prezinta un regim deficitar de apa, excedentar de aer, sunt slab aprovizionate cu elemente nutritive si sunt supuse spulberarii etc

Solurile cu consistenta mica se lucreaza usor si bine, indiferent de starea de umiditate, in timp ce solurile cu consistenta mare se lucreaza foarte greu, perioada optima de lucru fiind foarte scurta.

Cea mai buna situatie din punct de vedere agricol o prezinta solurile cu consistenta mijlocie, deoarece au relatii bune cu apa si aerul, se lucreaza bine, asigurand conditii optime pentru dezvoltarea plantelor.

2. Plasticitatea solului

Plasticitatea este proprietatea corpurilor de a se deforma sub actiunea unor forte exterioare si de a nu reveni la forma initiala dupa incetarea acestor actiuni. Aceasta insusire este caracteristica atat solurilor cat si unor materiale pamantoase, argiloase, aflate la un anumit continut de apa, respectiv la limita consistentei plastice. La soluri plasticitatea se manifesta prin usurinta cu care ele se modeleaza, fara a se crapa sub actiunea unor forte exterioare si iau anumite forme pe care le pastreaza chiar dupa uscare. Exceptie fac solurile nisipoase si nisipo-lutoase care nu prezinta plasticitate, fiind usor friabile.

Plasticitatea solurilor, a argilelor si a altor materiale pamantoase este datorata prezentei particulelor fine de argila, de forma lamelara sau discoidala, care in stare umeda se imbraca cu pelicule de apa si aluneca usor unele peste altele. Cu cat solul contine mai multa argila cu atat el va avea o plasticitate mai mare. Valorile cresc treptat de la solurile luto-nisipoase la cele luto-argiloase si argiloase se manifesta evident atunci cand solul se afla la anumite valori ale umiditatii, cuprinse intre cele doua limite ale plasticitatii:

limita inferioara de plasticitate sau limita de framantare (Wp);

limita superioara de plasticitate sau limita de curgere (WL).

Domeniul de umiditate in care solul devine plastic se afla cuprins intre cele doua limite si este definit ca indice de plasticitate. El se calculeaza dupa relatia:

I_P = W_L - W_P

unde: I_P - indice de plasticitate (%)

W_L - limita superioara de plasticitate (%)

W_P - limita inferioara de plasticitate (%)

In functie de valoarea indicelui de plasticitate solurile se clasifica astfel:

neplastice   I_P = 0

plasticitate redusa  I_P = 1-10

plasticitatea mijlocie   I_P =11-20

plasticitate mare   I_P = 21 - 35

plasticitate foarte mare  I_P = 36-50

plasticitate extrem de mare I_P > 51

In lucrarile de cartare si bonitare a terenurile agricole se utilizeaza clasele de plasticitate redate in tabelul 8.

Tabelul 8.

Clase de plasticitate a solului

Plasticitatea solurilor depinde de compozitia mineralogica a argilei, de felul cationilor adsorbiti, de continutul de materie organica, etc. Astfel montmorilonitul prezinta valori mai ridicate ale indicelui de plasticitate fata de caolinit. Un continut mai ridicat de humus influenteaza pozitiv valorile plasticitatii, ca de altfel si prezenta cationilor bazici (Ca²⁺, Mg²⁺) in complexul coloidal al solului.

Plasticitatea ridicata are o influenta negativa asupra, cresterii radacinilor plantelor, datorita fenomenelor frecvente de gonflare si contractie ce se manifesta prin modificarea starii de umiditate a solurilor. Datorita plasticitatii mari unele soluri (vertosolurile, gleiosoluri, etc.) opun rezistenta mare la arat si au un interval foarte scurt la care se pot lucra in cele mai bune conditii, cu un consum mai mic de carburanti. La un continut scazut de apa sau prea ridicat aratura este necorespunzatoare, nu realizeaza indici de calitate, fiind prea bolovanoasa sau prezinta brazde, slab revarsate, lucioase sub forma de "curele".

3. Compresibilitatea si compactitatea solului

In lucrarile de hidroamelioratii, constructii si studiile de geotehnica se utilizeaza pe scara larga notiunea de compresabilitate, care reflecta gradul de deformare a probei de sol ca urmare a tasarii, compactarii, atunci cand ea este supusa in aparate speciale, unor sarcini progresive.

Determinarea compresibilitatii se face in laboratoarele de fizica a solului, pe probe in structura naturala sau pe probe preparate prin compactare. Se cunosc mai multe tipuri de testari sau determinari:

testele de compresibilitate pe probe de sol neprotejate;

testele de compresibilitate pe probe de sol protejate in edometru;

testele triasciale prin care probele sunt supuse, concomitent unor actiuni (sarcini) verticale si laterale.

In lucrarile de specialitate agricola, compresibilitatea este mai rar utilizata, doar pentru aprecierea si prognozarea fenomenelor de compactare si pentru caracterizarea solurilor din punct de vedere al insusirilor fizico - mecanice.

Gradul de compactitate se calculeaza dupa relatia:

DA

GC = ----- ----- ---- x 100

DA max.

unde : GC = gradul de compactitate (%);

DA = densitatea aparenta a solului la un moment dat (g/cm³);

DAmax = densitatea aparenta maxima a solului respectiv (g/cm³).

Compactarea este un fenomen care se produce fie natural in cazul solurilor argiloase, aluviale, etc. sau antropic. Pe cale antropica se produce mai frecvent o compactare de suprafata la 20-40 cm, prin efectuarea lucrarilor agricole la aceiasi adancime, rezultand un strat cu densitate aparenta mare (1,40 - 1,60 g/cm³) cunoscut sub denumirea de hardpan.

Un indicator complex al compactarii este gradul de tasare care se calculeaza dupa relatia:

PMN - PT

GT= ----- ----- ------- x 100

PMN

Unde: GT= gradul de tasare % din volumul solului;

PMN= porozitatea minima necesara (%)

PMN= 45+0,163A;

A =continutul de argila (%);

PT=porozitatea totala (%).

4. Gonflarea si contractia solului

Proprietatea solului de a-si mari volumul prin umezire este denumita gonflare. Acest fenomen este mai evident la solurile argiloase si argilo-lutoase, bogate in particule coloidale care la un continut mai ridicat de apa se afla in stare de dispersie coloidala. Ca urmare a unor fenomene complexe de natura fizico-chimica, de interactiune dintre particulele coloidale si moleculele de apa se produce micsorarea coeziunii dintre fractiunile granulometrice , indepartarea lor reciproca si marirea volumului probei de sol. Aceste fenomene sunt mai puternice la solurile care contin minerale argiloase tristratificate, datorita indepartarii foitelor elementare ale retelei cristaline. Asemanator mineralelor argiloase se comporta si substantele humice care contribuie si ele la gonflarea solului.

Un rol important il au cationii de natriu prezenti in complexul coloidal al unor soluri (saraturate), care potenteaza gonflarea.

In vederea caracterizarii solurilor din punct de vedere al intensitatii gonflarii se utilizeaza coeficientul de extensibilitate liniara:

DA₀

COLE = (----------) - 1

DA_W

unde:DA₀ = densitatea aparenta a solului uscat (g/cm³);

DA_W= densitatea aparenta a solului la capacitatea de camp (g/cm³) ;

COLE = coeficient de extensibilitate liniara.

Indepartarea excesiva a particulelor elementare ale solului, duce la slabirea coeziunii dintre ele, la distrugerea agregatelor structurale, ruperea radacinilor plantelor, etc. fenomene mai des intalnite in solurile argiloase.

Daca la umezirea unei probe de sol se produce gonflarea, la uscarea acesteia are loc contractia solului.

Proprietatea solului de a-si micsora volumul prin pierderea apei a fost denumita contractie.

Ca efect al acestui fenomen la suprafata solului apar crapaturi mai numeroase si adancite, in perioadele de seceta excesiva. Micsorarea volumului de sol este cu atat mai accentuata cu cat continutul de argila este mai mare, structura degradata si complexul coloidal saturat cu cationi de natriu.

Pentru caracterizarea solurilor din punct de vedere al intensitatii contractiei se utilizeaza indicele de contractie. El se calculeaza dupa formula:

DA₀-DA_W

IC = ----- ----- -----------

W

unde: IC = indice de contractie (g/cm³);

DA₀ = densitatea aparenta a solului uscat (g(cm³) ;

DA_W= densitatea aparenta a solului la umiditatea de prelevare a probei (capacitatea de camp)(g / cm³);

W = umiditatea de prelevare (%).

Variatiile de volum mari, caracteristice solurilor argiloase si argilo - lutoase afecteaza negativ sistemul de drenaj din ceramica sau plastic; unele constructii hidrotehnice si sistemul radicular al plantelor de cultura atat datorita presiunilor ce apar in timpul gonflarii cat si prin formarea de crapaturi in urma uscarii si contractiei puternice a fractiunilor texturale fine.

Marimea, frecventa si adancimea crapaturilor sunt determinate de valorile indicelui de contractie si de conditiile climatice care pot sa declanseze uscarea mai rapida sau mai lenta a solului. Aparitia lor modifica puternic regimul aero - hidric al solurilor, favorizand patrunderea aerului in adancimea profilului, cat si pierderea apei prin intensificarea evaporatiei.

Patrunderea apei de precipitatii sau de irigatie in aceste orizonturi cu spatii mari se face turbulent, prin deschizaturile existente si numai pe masura umezirii treptate a solului se restabilesc conditiile obisnuite pentru circulatia apei, ca urmare a proceselor de gonflare si distrugere a retelei de crapaturi.

5. Adeziunea si frecarea externa.

Proprietatea solului de a adera la obiectele cu care vine in contact a fost definita ca fiind adeziune sau aderenta.

Aceasta insusire este determinata de fortele de atractie ce se exercita prin intermediul moleculelor de apa de la suprafata particulelor de sol. Ele se interpun intre sol si corpul strain, realizand o pelicula de legatura puternica. Adeziunea solului se manifesta numai la o anumita umiditate, respectiv la acel continut de apa la care fortele de atractie dintre particulele de sol devin mai mici decat atractia dintre ele si obiectele la care adera.

Valorile adeziunii cresc pe masura ce creste umiditatea, pana la un anumit continut de apa ca apoi ele sa scada treptat. Astfel se poate afirma ca adeziunea prezinta cateva aspecte mai deosebite:

se manifesta de la umiditatea corespunzatoare limitei inferioare a plasticitatii, atingand valorile cele mai mari la limita superioara de plasticitate;

la umiditati mai mari, apropiate de limita de curgere adeziunea scade datorita peliculelor groase de apa care se interpun intre suprafata corpurilor straine si particulele de sol;

inregistreaza o tendinta de crestere la solurile cu o textura argiloasa si de scadere la solurile nisipoase si nisipo - lutoase;

scade de cel putin doua ori la solurile structurate fata de cele astructurate, tasate, pulverizate.

Adeziunea se modifica si in functie de bazele adsorbite in complexul coloidal, cele mai mari valori se inregistreaza la solurile saturate cu natriu iar cele mai scazute la solurile bogate in carbonat de calciu.Ea este una dintre insusirile importate ale solului, deoarece determina in mare masura rezistenta la arat.

Avand in vedere ca principalele corpuri folosite in practica sunt metalice, intereseaza cu precadere frecarea sol-metal. Aceasta depinde atat de adeziunea solului cat si de natura metalului utilizandu-se si unele procedee specifice de tratare a suprafetelor metalice ale uneltelor agricole care sa reduca frecarea externa.

Masura principala care duce la reducerea efectului adeziunii si a fortelor de frecare externa manifestate in timpul efectuarii lucrarilor agricole o constituie alegerea momentului optim sau al maturitatii fizice a solului cand umiditatea sa nu trece de limita la care adeziunea creste puternic.

Coeziunea si frecarea interna.

Solul ca si alte corpuri opun o rezistenta la actiunea unor forte care i se aplica din exterior. Aceasta rezistenta este determinata de coeziunea particulelor elementare ale probei de sol.

Coeziunea se defineste ca fiind forta care leaga intre ele particulele elementare ale solului datorita unor procese fizico-chimice: atractie electrostatica, punti cationice, efecte de cimentare, forte Van der Waals, etc. Pentru determinarea coeziunii se folosesc probe de sol, care sunt supuse unor forte exterioare de compresiune si masoara sarcina necesara pentru sfaramarea acestora. In acest caz s-a determinat rezistenta solului la sfaramare.

Valorile inregistrate prin utilizarea unor brichete de sol oscileaza mult in functie de umiditate. Ele scad pe masura ce creste continutul de apa.

Textura are o influenta mare asupra rezistentei la sfaramare, solurile cu textura fina prezinta valori mai ridicate ale coeziunii datorita cresterii suprafetelor de contact.

Rezistenta solului la sfaramare si la actiunea uneltelor agricole, prezinta importanta si caracterizeaza principalele tipuri de soluri din punct de vedere fizico - mecanic.

7. Rezistenta la lucrarile solului.

Dintre lucrarile solului, aratura este cea mai importanta, atat pentru procesele fizice, chimice si biologice ce au loc in stratul arabil cat si pentru efortul mare pe care-l necesita la efectuarea ei. Aratura este lucrarea care supune solul la numeroase operatii: taiere, desprindere, comprimare, intoarcere, deplasare laterala, maruntire, omogenizare si afanarea stratului superficial.

Realizarea acestora presupune necesitatea unei forte de tractiune aplicata plugului care sa invinga rezistenta opusa de sol la inaintarea plugului. Indicatorul principal care exprima valorile rezistentei pe care o opune solul la actiunea de taiere, rasturnare si maruntire pe care o executa plugul, este rezistenta specifica la arat. Ea se calculeaza cu relatia:

Fa

Rsp= ------------

a x b

unde:Rsp = rezistenta specifica la arat (kgf/dm²)

a = adancimea de lucru a plugului (dm)

b = latimea de lucru a plugului (dm)

Fa = forta de tractiune la arat (kgf).

Rezistenta specifica la arat se determina in teren prin masurarea adancimii araturii, latimii de lucru a plugului si a fortei de tractiune la arat cu ajutorul dinamometrelor, care la plugurile tractate se intercaleaza intre carligul de tractiune al tractorului si plug. In cazul plugurilor purtate se utilizeaza rame dinamometrice care sunt montate direct pe tractor.