Сопротивление пенетрации (твердость).

В почвоведении всегда была потребность быстро и точно оценить состояние почвы в отношении условий проникновения в неё корней растений, сельскохозяйственных орудий и прочего. Поэтому было предложено понятие “сопротивление пенетрации почвы, грунта, Рpen” – сопротивление почвы внедрению в неё металлического зонда цилиндрической или конусообразной формы небольшого диаметра (обычно от 1 до 5 мм). Оно является аналогом предельного напряжения сдвига, используемого в коллоидной химии. Традиционно до сих пор в почвоведении в отношении сопротивления пенетрации используют и термин “твердость почвы”. Таким образом сопротивление пенетрации и твердость – термины-аналоги, на использование термина “сопротивление пенетрации” более физически строго, не так как твердость.

Сопротивление пенетрации почвы – сопротивление почвы внедрению в неё зонда цилиндрической или конусообразной формы небольшого диаметра (Ppen, кПа или другие единицы давления). Определяется с помощью специальных приборов – пенетрометров, которые необходимо тарировать, находя в специальных экспериментах постоянную прибора – величину напряжения сжатия или растяжения не единицу шкалы прибора (в Па/см, или (кг/см2)/см, т.е. [давление/длина]).

Сопротивление пенетрации – характеризует способность почвы противодействовать проникновению в неё не только агротехнических орудий, но и корней растений. Повышенное сопротивление пенетрации указывает на переуплотнение почвы. Критическое значение Ppen для суглинкой составляет около 3 МПа.

Твердость – сопротивление почвы сдавливанию, расклиниванию, раскалыванию. В отличие от прочности и пластичности она не является физической “постоянной”, а определяет собой сложное свойство, зависящее как от прочности и пластичности, так и от метода её измерения. Наиболее часто для измерения твердости пользуются методом вдавливания, проникновения (пенетрации) стержня в почву. Отсюда приборы для измерения твердость почв часто называют пенетрометрами. Другое название – твердомеры. При этом величина твердости обратно пропорциональна глубине проникновения стержня.

Твердость почвы зависит от структуры почвы и прежде всего, таких её составляющих как гранулометрический и агрегатный состав.

В сильной степени твердость почвы зависит от влажности. Высокая твердость почвы часто заметно снижает всхожесть семян и оказывает механическое сопротивление развивающейся корневой системе, а изменяя водный. Воздушный и тепловой режимы почв, отрицательно влияет на развитие самих растений.

Твердость является также важной технологической характеристикой почвы. При вспашке плуг осуществляет подрезание пласта почвы в вертикальном направлении ножом и в горизонтальном направлениях, используя для этого в твердомерах в качестве датчиков заостренные наконечники – плунжеры в виде конуса, клина или цилиндра с малой площадью сечения. Выражают сопротивление в килопаскалях. Чем почвы тверже, тем больше её сопротивление расклиниванию.

Кроме того, твердость почвы оказывает больше влияние на тяговое сопротивление при движении машин и орудий. В этом случае твердость почвы проявляется как сопротивление сдавливанию или сжатию почвы, и чем больше твердость тем меньше тяговые усилия. Сопротивление сдавливанию определяют цилиндрическими плунжерами.

Для определения твердости почвы предложено несколько конструкций приборов: твердомер Качинского, Микропенетрометр МВ-2.