Proprietati fizice ale solului

Proprietati fizice ale solului

Relatiile de masa si volum intre fazele constituiente ale solului, pot fi schematizate astfel: 50% faza solida, 50% faza lichida+gazoasa.

Proprietati ale solului

Densitatea solului (greutatea volumetrica, notata cu D)

Reprezinta raportul dintre masa partii solide si volumul partii solide. D=M_s/V_s

Densitatea este o proprietate greu schimbatoare (se modifica greu in timp). Valoarea densitatii este determinata de compozitia mineralogica si de continutul in humus. Cu cat continutul in humus este mai ridicat, cu atat densitatea este mai mica. De regula, densitatea solului variaza intre 2.5-2.7 g/cm³. De obicei, pentru diverse studii privind comportarea solului, se ia in considerare densitatea de la 2.65 g/cm³.

Densitatea aparenta (DA)

Reprezinta raportul dintre masa partii solide si volumul total al solului. DA=M_s/V_t = M_s/(V_s+V_p) ; V_s - volumul partii solide, V_p - volumul porilor. Densitatea aparenta are o valoarea mai mica decat densitatea solului. Daca D≈2.65 g/cm³, atunci DA poate avea o valoare de 1-1.3 g/cm³, In functie de texturi, de gradul de sfarmare al solului. Spre deosebire de densitate, densitatea aparenta este o marime usor schimbatoare, deoarece se modifica usor volumul porilor. Densitatea aparenta, pe langa faptul ca da informatii asupra porozitatii solului, are si o deosebita importanta practica, fiind folosita in calcularea rezervii unor elemente in sol. Spre exemplu, se poate calcula rezerva de humus pe o adancime de 20cm la un sol care are un procent de humus de 5% si o densitate aparenta = 1.2 g/cm³.

R_humus(t/ha) = 20 x 5 x 1.2

Porozitatea totala a solului

Reprezinta suma tuturor porilor in sol. Se determina prin calcul cu o relatie de forma: PT = (1-DA/D) x 100. Porozitatea totala a solului se imparte in:

a)     porozitate necapilara - suma tuturor porilor cu diametrul mai mare de 1mm; porozitate ocupata de obicei de aer

b)     porozitate capilara - suma porilor cu diametrul mai mic de 1mm. Porozitatea capilara este ocupata de obicei de apa

Plantele, pentru a se dezvolta, au nevoie atat de apa, cat si de aer. De aceea, la soluri se calculeaza si porozitatea de aeratie, cu o relatie de forma:

PA=PT-CcxDA (PT - %, CC - %, DA - g/cm³)

Capacitatea pentru apa in camp (CC) este un indice hidrofizic. Acest indice hidrofizic corespunde umiditatii solului. Cand umiditatea solului este la nivelul acestui indice, solul are suficient apa, dar si aer pentru plante.

Porozitatea de aeratie (PA) este acea parte din porozitatea totala a solului, cand umiditatea acestuia este optima, adica la nivelul capacitatii pentru apa in camp.

Proprietatile fizico-mecanice ale solului

Dintre acestea, importanta mai mare prezinta: consistenta, plasticitatea, adezivitatea si variatia de volum.

Consistenta

In general, prin consistenta, se intelege gradul de soliditate a unui corp sau de rezistenta a acestuia la deformare sau sfarmare.

Solul prezinta si el consistenta mai mica sau mai mare, deoarece, intre particulele care-l compun, se manifesta forte de atractie. Particulele elementare de argila, praf, nisip, se gasesc, de obicei, asociate in agregate. Particulele si agregatele sunt astfel asezate, incat masa solului apare ca un tot unitar, ca un corp strabatut de o retea de pori mai mari sau mai mici, ocupati de apa si aer.

Consistenta solului se manifesta prin rezistenta pe care acesta o opune la diferite solicitari mecanice: la compresiune, la penetrare, la forfecare, etc.

De obicei, consistenta solului se apreciaza dupa rezistenta pe care o opune o proba de sol la sfarmare in mana in stare uscata sau in stare umeda. Aceasta stare de umiditate corespunde solului astfel umezit incat la strangere in mana, lasa o senzatie clara de umezeala, insa nu umezeste mana. Prin urmare, la sol se deosebesc doua tipuri de consistenta: consistenta in stare uscata si consistenta in stare umeda.

Consistenta variaza foarte mult de la un sol la altul, indeosebi in functie de textura, structura, continutul de humus, natura cationilor absorbiti si gradul de tasare sau afanare. Consistenta variaza si la acelasi sol, in timp, in functie de continutul de apa al solului.

Solurile nisipoase au o consistenta slaba, aceasta crescand de la solurile cu textura grosiera, spre solurile cu textura fina.

Plasticitatea

In general, prin plasticitate, se intelege proprietatea unor materiale de a se modela usor prin apasare, sau de a forma cu apa o pasta modelabila, care isi mentine coeziunea, deci, formele dobandite.

Solurile, cu exceptia celor nisipoase, prezinta si ele plasticitate. Aceasta se datoreaza presentei particulelor fine, indeosebi de argila, care imbracate cu pelicule de apa, aluneca unele peste altele, jucand rolul unui lubrifiant.

Plasticitatea este influentata in special de textura si creste de la solurile cu textura grosiera, spre solurile cu textura fina. De asemenea, este influentata de natura argilei si de natura cationilor adsorbiti, spre exemplu sodiu, imprima o plasticitate mai mare, comparativ cu alti cationi.

Plasticitatea nu se manifesta atunci cand solul este prea uscat sau prea umed. Cantitatea minima de apa exprimata in procente (%) de la care incepe sa se manifeste plasticitatea, poarta numele de limita inferioara de plasticitate.

Cantitatea maxima de apa, exprimata in procente (%) pana la care se manifesta plasticitatea solului, poarta denumirea de limita superioara de plasticitate.

Diferenta dintre procentul de umiditate corespunzator limite superioare si respectiv limitei inferioare, poarta denumirea de indice de plasticitate. Cu cat acesta are valori mai ridicate, cu atat plasticitatea solului este mai mare.

Plasticitatea solului, are o influenta negativa asupra cresterii plantelor, si de asemenea asupra diferitelor lucrari ale solului.

Adezitatea

La un anumit grad de umiditate, solul se lipeste de obiectele cu care vine in contact, proprietate denumita adezivitate.

Adezivitatea se manifesta la acea stare de umiditate; datorita apei fortele de atractie dintre particulele de sol, devin mai mici decat cele dintre particulele de sol si obiectele cu care vin in contact.

Adezivitatea variaza de la un sol la altul, fiind mai mare la solurile cu textura fina decat la cele cu textura grosiera; este mai mare la solurile nestructurate, decat la cele bine structurate; este mai mare la solurile care au complexul adsorbtiv saturat cu ioni de sodiu decat la cele care au complexul adsorbtiv saturat cu ioni de calciu si magneziu.

Variatia de volum

Este proprietatea fizico-mecanica pe care o au unele soluri de a-si mari

volumul la umezire si de a-si-l micsora la uscare. O astfel de proprietate o au numai solurile bogate in argila, predominant gonflabila, cum este montmorillonit.

Solurile cu aceasta proprietate ridica probleme deosebite in ceea ce priveste efectuarea lucrarilor agricole si asigurarea unui regim aero-hidric corespunzator.

Proprietatile hidrofizice de aeratie si termice ale solului

Apa din sol

Apa are un rol deosebit in formarea si evolutia solutia si in cresterea si dezvoltarea plantelor. Din acest motiv, dirijarea regimului de apa din sol, constituie una din problemele importante ale agriculturii. Fortele care actioneaza asupra apei din sol.

In sol, apa se gaseste la suprafata particulelor si in porii acestuia. Ea este supusa actiunii unor forte de natura diferita. Marimea acestor forte, determina retinerea si circulatia apei in sol.

Dintre fortele care actioneaza asupra apei din sol, importanta mai mare prezinta urmatoarele:

a)     Forta gravitationala

Actioneaza asupra apei prin porii necapilari ai solului. Aceasta situatie se intalneste atunci cand solul este saturat cu apa sau are un continut ridicat de umiditate. Sub actiunea fortei gravitationale, apa se deplaseaza usor in sol, de sus in jos, prin porii necapilari. Acest fapt, determina umezirea solului pe adancimi cu atat mai mari, cu cat cantitatea de apa este mai mare, ajungand uneori pana la panza freatica.

b)     Fortele capilare

Actioneaza asupra apei din porii capilari ai solului, forte care sunt invers proportionale cu diametrul porilor. Fortele capilare sunt mai mici cu cat diametrul porilor este mai mic. Sub actiunea acestor forte, apa circula in sol prin porii capilari, in toate directiile, inclusiv de jos in sus.

c)     Fortele de adsorbtie (sau de sorbtie)

Actioneaza asupra apei aflate la suprafata particulelor de sol. Fortele de adsorbtie sunt determinate de potentialul existent la suprafata particulelor elementare, potential care face ca apa sa fie atrasa la suprafata particulelor. Aceste forte fiind legate de suprafata particulelor elementare sunt cu atat mai mici cu cat textura solului este mai fina.

d)     Fortele generate de tensiunea vaporilor de apa

Actioneaza numai asupra apei sub forma de vapori. In porii solului, in afara de apa lichida se gasesc si vapori de apa, de regula, la umiditati foarte scazute. Acestea se gasesc la presiuni sau tensiuni a caror marime depinde de umiditatea si temperatura solului si anume la umiditate constanta, tensiunea creste cu temperatura, iar la temperatura constanta, tensiunea creste cu umiditatea. Diferentele de tensiune in diferite puncte ale solului, creeaza forte care determina miscarea vaporilor de apa, din punctele cu tensiune ridicata, spre cele cu tensiune scazuta.

e)     Fortele de sugere a radacinilor plantelor

Apa din sol se gaseste in contact cu radacinile plantelor, fiind supusa fortelor de sugere a acestora, care ajung la 15-20 atm. Sub actiunea acestor forte, apa se misca in sol, spre radacinile plantei.

f)      Fortele osmotice

Astfel de forte actioneaza numai in cazul solurilor bogate in saruri solubile, in apa din sol, se formeaza o solutie, care prezinta presiune osmotica, cu atat mai mare, cu cat cantitatea de saruri dizolvate este mai ridicata. Datorita presiunii osmotice, la acelasi grad de umezire, apa este retinuta cu forte mai mari intr-un sol salinizat, decat intr-unul nesalinizat.

g)     Fortele hidrostatice (de submersie, de presiune)

Aceste forte se intalnesc numai in cazul solurilor saturate cu apa si care au deasupra un strat de vapori. Exemplu: solurile inundate. Aceste forte se datoreaza greutatii stratului de apa, situat deasupra solului.

Potentialul apei solului si suctiunea solului

Lasand deoparte fortele determinate de tensiunea vaporilor si pe cele de sugere a radacinilor plantelor din care rezulta retinerea si miscarea apei in sol, sunt determinate de fortele de sorbtie si capilare, reunite in asa numitele forte de interactiune intre apa si sol, fortelor hidrostatice, fortelor osmotice si gravitatia.

Marimea si natura fortelor care actioneaza asupra apei solului sunt foarte diferite. Astfel ca, rezultanta lor nu poate fi obtinuta printr-o simpla insumare. Din acest motiv, starea apei solului, se caracterizeaza cu ajutorul unui indice energetic generalizat, cunoscut in literatura de specialitate de potential al apei solului.

Fortele care actioneaza asupra apei din sol se traduc in potentiale sau energii, ce se exprima in unitati de presiune, acestea putand fi insumate. Corespunzator fortelor amintite, se deosebesc urmatoarele potentiale:

Potentialul gravitational - corespunde fortei gravitationale

Potentialul matricial - corespunde fortelor de adsorbtie, capilare

Potentialul osmotic - corespunde fortelor osmotice

Potentialul hidrostatic - corespunde fortelor hidrostatice

Potentialul total al apei solului - corespunde tuturor potentialelor partiale care actioneaza intr-un sol.

Suctiunea solului

In conditii normale, situatiile cele mai frecvente in ceea ce priveste starea de umiditate, sunt acelea ale solurilor care au diferite grade de umezire, insa, nu sunt saturate cu apa, nu au un strat de apa deasupra si nu au un continut ridicat de saruri proprii.

In aceste conditii retinerea si circulatia apei, sunt determinate de potentialul matriceal. Acesta este cazul solurilor nesaturate cu apa. In aceeasi situatie, apa nu mai exercita o presiune, ci este atrasa de sol, adica este supusa unei presiuni cu semn negativ, deci prezinta un potential negativ. Aceasta forta poarta denumirea de forta de suctiune sau simplu, suctiune.

Suctiunea solului se exprima in unitati de presiune: cm col apa, atm, Bar. Suctiunea solului se mai exprima si prin valori pF. pF - logaritmul suctiunii, exprimata in cm coloana de apa. pF=0 - solul saturat cu apa, pF=7 solul perfect uscat.

Curba caracteristica a umiditatii solului. Curba de suctiune.

Aceasta exprima legatura dintre umiditatea solului si suctiunea solului (legatura dintre cantitatea de apa din sol si forta care actioneaza asupra apei din sol). Aceasta legatura este o corba continua de forma literei S si a carei forma difera de la un sol la altul, in functie de textura.

La acelasi grad de umezire a solului, apa este retinuta cu forte mai mari intr-un sol cu textura fina, decat intr-un sol cu textura grosiera.

La aceeasi valoare a suctiunii S₀, umiditatea sol cu textura grosiera, este mai mica decat umiditatea unui sol cu textura fina.