R O C Z N IK I G L E B O Z N A W C Z E T . X X X , N R 2, W A R S Z A W A 1979
R Y SZ A R D T U R SK I, H E N R Y K D OM ŻAL, JA N H O D A R A
DEFORM A CJA GLEBY JA K O FU N K C JA OBCIĄŻENIA, CZASU JE G O D ZIA ŁAN IA I STA N U W Y JŚC IO W EG O GLEBY 1
In sty tu t G leb o zn a w stw a i C hem ii R olnej A k ad em ii R olniczej w L u b lin ie
W STĘP
W yniki dotychczasow ych badań w skazują n a duże zm iany w łaści wości fizycznych w glebie u gn iatanej kołam i m aszyn i narzędzi ro ln i czych. W ugniecionych glebach zm niejsza się pojem ność pow ietrzna [1, 3, 5, 8, 15], a działające obciążenie pow oduje duże zm iany w s tr u k tu rze porów [4] zm niejszając znacznie zaw artość porów najw iększych. W w ynik u zachodzących zm ian gorzej rozw ija się system korzeniow y [6, 10], pow odując ham ow anie w zro stu ro ślin [10, 12] i w efekcie spa dek plonów [6]. Stw ierdzono, że w glebach silnie ugniecionych ro ślin y słabiej pobierały azot i sk ład n ik i pokarm ow e [12].
O gólnie m ożna stw ierdzić, że ugniecenie gleby zależy od: — nacisk u jednostkow ego [2, 4, 6, 13],
— czasu trw an ia tego nacisku ![1, 2, 8, 9],
— stan u gleby, przy k tó ry m n a stę p u je ugniecenie [5, 15, 16], — rod zaju tw orzyw a glebow ego [4].
W m iarę w zrostu nacisk u jednostkow ego rośnie gęstość gleby, p rz y czym najw iększem u zagęszczeniu ulega w ierzchnia w arstw a [2, 13]. N a ciski pow odow ane przez m aszyny z reg u ły łam ią opór staw ian y pnzez siły w iążące s tru k tu ra ln y układ gleby. W edług C e r n y ’e g o [1] n a cisk w y w ieran y przez m aszyny rolnicze w ynosi w zależności o d cię żaru m aszyny i c h a ra k te ru jej sty k u z glebą od 0,2 do 2,5 kG /cm 2.
W zrost gęstości gleby zależy rów nież od czasu trw an ia nacisku. W e dług n iek tó ry ch autorów [8] prędkość p o ruszających się n a polu m a szyn m a tu niew ielk i w pływ . N atom iast С u r d t [2] tw ierdzi, że gleb a zostanie tym m ocniej ugnieciona, im dłużej trw a przejazd m aszyn i n a
186 R. Turskli <i in.
rzędzi rolniczych po polu. To sam o u stalił K a r c z e w s k i [7], k tó ry stw ierdził, że prędkość p oruszających się narzędzi w pływ a w isto tn y sposób n a p rzy ro sty gęstości gleby.
Bardzo duże u g n iatanie gleby pociąga za sobą u p raw a i sp rz ę t n ie k tó ry c h roślin. W edług C e r n y ’e g o [1] przy u p raw ie lu ce rn y (3 razy koszenie) gleba m oże być w ty ch sam ych m iejscach naw et 4-k ro tn ie zgnieciona kołam i narzędzi.
Stanow isko zajm ow ane przez różnych au to ró w przy ocenie w pływ u początkowego stan u u gniatanej gleby n a efek t końcow y jest n ieje d n o li te. W e r e s [16] podaje, że w m iarę w zro stu w ilgotności rośnie gęstość gleby. A u to r przytacza rów nież w yniki b ad a ń Söhnego, k tó ry ustalił, że na piaszczystych n iezleżałych glebach w p ły w w ilgotności n a gęstość jest nieznaczny p rzy w ilgotności m niejszej niż 10%, a d u ży p rzy w ilgot ności 10-17% . F e u e r l e i n [5] zaś tw ierdzi, że w ilgotność w yjściow a gleby m a bardzo m ały w pływ n a w y nik ugniatan ia. T w ierdzi on ró w nież, że p rzy jednakow ej w ilgotności, n iezależnie od porow atości w y j- oiowej, porow atość końcow a będzie tak a sama. W edług naszych bad ań [15] ta odm ienność w niosków w ynika z różnic w stosow anych n acis kach jedno stko w y ch i różnic w m echanicznej w ytrzym ałości gleby.
Celem n iniejsz’ej pracy było stw ierd zenie w pływ u podstaw ow ych
właściwości fizycznych gleby (wilgotność, gęstość) w stan ie w yjściow ym na jej stan końcow y po ugnieceniu.
M ETO D Y K A
P rzep row ad zenie pom iarów zm ian fizycznych właściwości gleby,
tak a b y w aru n k i badań n a jb a rd zie j odpow iadały w aru nk om rzeczyw i stym , jest dość tru d n e. D ośw iadczenia prow adzone w polu z udziałem m aszyn i n arzędzi rolniczych n ie pozw alają n a dokładne określen ie wielkości nacisków jednostkow ych. Dośw iadczenia prow adzone w labo rato riu m w k an ałach glebow ych, gdzie gleba je st sztucznie doprow adzo na do odpow iedniej gęstości, z góry e lim in u ją w p ły w n a tu ra ln e j (tzn. uzyskanej podczas w ykonyw ania prac polow ych) budow y gleby i z w ią zanej z tym spójności s tru k tu ra ln e j n a w yniki badań. Duże podobień stwo do w arun k ów odkształcenia często spotyk any ch w rzeczyw istości w y stęp u je podczas bad ań ed om etrycznych [11]. T rudnością pojaw iającą się podczas ty ch badań jest w ystępow anie tarcia bocznego. W celu zm niejszenia jego sk utków sto su n ek grubości próbki do śred n icy pow i nien być ja k n ajm n iejszy .
W p racy w ykonyw ano edom etryczne badania deform acji gleby na próbkach p o branych z zachow aną stru k tu rą . P o m iary w w a ru n k a ch la b o rato ry jn y c h pozw oliły n a m odelow anie w ilgotności i nacisku. P rób ki gleby b ru n a tn e j w ytw orzonej z lessu pobierano w c y lin d ry pojem ności •66 cm 8, w k tó ry c h stosunek wysokości próbki do jej średnicy w ynosił
Deformacja gleby jako funkcja obciążenia 187 1 : 2,32. P ró b k i pobierano przy podobnej w ilgotności gleby z poziomu 0-5 cm jak o n a jsiln ie j narażonego n a działanie m aszyn i narzędzi ro l niczych. Z różnicow ane gęstości w yjściow e gleby uzyskano przez pobie ran ie pró b ek w różnych term in ach i różnych sta n a c h agrotechnicznych. Do b a d ań pob ran o 8 serii (336) próbek. B adana gleba c h arak tery zo w ała się typow ym składem m echanicznym p yłu lessowego (1% piasku, 61% pyłu, 38% części spław ialnych, w ty m 11% iłu koloidalnego). Z aw ar tość p ró ch n icy w ynosiła 1,15%. Glebę u g n iatano w ed o m etrach Terza- ghiego przy:
— w ilgotności a k tu a ln e j — 16,7%,
— w ilgotności bliskiej początku ham ow ania w zrostu roślin pF 2,7, k tó ra w badan ej glebie rów nież w ynosiła 16,7%,
— w ilgotności gleby p o w ietrznie suchej — 5% (średnie ze 112 p ró bek).
M ierzono deform ację gleby pow odow anej obciążeniam i 0,15, 0,30, 0,50, 0,70, 1,0, 1,4, 2,1 kG /cm 2. M aksym alny czas działania obciążeń w y nosił 30 m in. W ielkość odkształcenia gleby m ierzono po upływ ie 5, 10, 20, 30 s, 1, 2, 5, 10, 20 i 30 m in.
W ilgotność gleby w czasie pom iaru p rzy jęto jako stałą (strata w ody spow odow ana w yciśnięciem z gleby w sporadycznych przy pad kach do chodziła d o 2%).
P odstaw ow e w łaściwości gleby oznaczono:
— skład m echaniczny — m etodą areo m etry czn ą Bouyoucosa w m o dy fik acji C asag ran d e’a i Prószyńskiego, oznaczając fra k c ję piasku na sicie;
— gęstość stałej fazy gleby (ciężar w łaściw y) — m etodą piknom e- try czną;
— gęstość gleby suchej (ciężar objętościow y) — w cylindrach, dla stanów początkow ych oraz stan ó w odpow iadających poszczególnych cza
som deform acji. W badaniach edom etrycznych odkształcenie osiowe rów ne je st odkształceniu objętości ze w zględu n a b ra k odkształceń w
k ie ru n k u poziomym. Z m iana wysokości pow oduje zm ianę objętości
próbki gleby, a tym sam ym jej gęstości. Do obliczeń gęstości gleby p rzy jęto w uproszczeniu, że ściskanie było rów n om ierne w całej próbce. P rz y m ałej w ysokości próbki w y d aje się to m ożliw e do przyjęcia.
— w ilgotność w yrażoną w procen tach w agow ych — m etodą su szar ko wą;
— porow atość ogólną — z gęstości fazy stałej gleby (ciężaru w łaś ciwego) i gęstości gleby suchej (ciężaru objętościow ego).
W ielkość d efo rm acji gleby uzależnioną od gęstości, w ilgotności w stan ie w yjściow ym i nacisk u jednostkow ego określono przy zastosow a niu m etod staty sty czny ch .
W zw iązku z tym , że w yjściow a gęstość gleby w ahała się w g ra n i cach 1,15-1,43 g/cm 3, p rzy dalszej analizie w yników próbki glebow e
188 R. Turski -i iin. podzielone n a dw ie grupy, a m ianow icie:
— próbki o gęstości 1,15-1,3 g/cm 3. Gęstość ta b y ła c h a ra k te ry sty c z na dla gleby lessowej w fazie krzew ienia się pszenicy, gleby świeżo dopraw ianej do siew u o raz po orce;
— próbki o gęstości w yjściow ej 1,31-1,43 g/cm 3. Tą gęstością odzna czała się gleba pod bu rak am i cukrow ym i (sierpień), po zbiorze zbóż oraz w początkow ym okresie w zrostu.
Gęstość 1,30 g/cm 3 p rzyjęto jak o graniczną, gdyż zgodnie z zalecaną k lasy fik acją stanów zbitości w artość ta oddziela sta n n o rm aln ie poro w a ty od słabo zbitego [14].
N astęp n ie określono zależność gęstości gleby od działającego n a c i sku dla obu g ru p w yjściow ych przy poszczególnych poziom ach w ilgot ności.
OM ÓW IENIE W YNIK ÓW
W yraźnie w idocznym zjaw iskiem w y stęp ującym podczas działania siły zew nętrznej jest odkształcenie pionowe gleby. G łów nym i czy n n i kam i procesu u g n iatan ia gleby są: nacisk jed no stk ow y i czas jego dzia łan ia oraz właściwości gleby, a m iędzy in ny m i gęstość i wilgotność. Bardzo isto tn e jest o kreślen ie wielkości udziału w ty m procesie w ym
ie-R ys. 1. O d k ształcen ie g leb y o zach ow an ej stru k tu rze w fu n k cji czasu d ziałan ia nacisk u . P róbka w y b ra n a lo so w o z 336 próbek u ży ty ch do badań.
D eform ation of soil w ith p reserved stru ctu re in the fu n ctio n of the pressure action tim e. T he sam p le w as selected a t random am ong 336 sam p les used in in v estig a tio n s
nionych czynników , a szczególnie ich w p ły w u n a końcow e odkształcenie gleby. C h a ra k te r odkształcenia w fu n k cji czasu pod działaniem obcią żeń jest n a jb a rd zie j zbliżony do fu n k cji ty p u a rc tg. P rz y ję to je zatem jako podstaw ę przy analizie w pływ u pozostałych w yników , takich jak n acisk jednostkow y, w ilgotność początkow a gleby i porow atość w y j ściowa n a w ielkość końcową d eform acji gleby.
D efo rm a cja g le b y jak o fu n k cja o b ciążen ia 189
N a rys. 1 przedstaw iono p rzyk ład d eform acji jednej próbki (w ilgot ność stabilizow ana n a 16,08%, porow atość 51,49%, gęstość 1,3 g/cm 3,
nacisk 0,7 kG /cm 2). P o d obn y ty p zależności ma m iejsce we w szystkich b adanych próbkach.
Do analizy statystycznej w yodrębniono n a stę p u jąc e zm ienne:
w w a rc tg t, P 0 a rc tg t, o a rc tg t
gdzie:
— w w —- w ilgotność w p ro centach w agow ych, — P 0 — porow atość ogólna,
— o — n acisk jednostkow y,
— t — czas działania nacisku.
W yrażenie zm ien ny ch w te n sposób w y d aje się celow e dlatego, że czas jako oddzielny czynnik n ie pow oduje deform acji, lecz ty lk o w zw iązku z k tó ry m ś z czynników bądź ze w szystkim i czynnikam i jed n o cześnie.
R ów nanie re g re sji przybierze więc n a stę p u jąc ą form ę:
Ah = aw arc tg t + Ъ P 0 arc tg t + co arc tg t + d w
gdzie:
Ah — w ielkość deform acji, a, b, c, d — w spółczynniki.
P rzekształcen ie ró w n ania pozwoliło w yodrębnić w pływ poszczegól n y ch czynników n a w ielkość d efo rm acji gleby:
A h —атс tg t (aw + b P 0+ c o )+ d° w
W tabeli 1 przedstaw iono w spółczynniki regresji. Stw ierdzono, że czynnikiem w n ajw ięk szy m stopniu w p ły w ającym n a wielkość d e fo
r-T a b e X a i W a r t o ś ć w s p ó ł c z y n n i k a r e g r e s j i i w s p ó ł c z y n n i k a k o r e l a c j i w i e l o r a k i e j r ó w n a n i a d e f o r m a c j i g l e b y R e g r e s s i o n c o e f f i c i e n t a n d m u l t i p l e c o r r e l a t i o n v a l u e s i n t h e s o i l d e f o r m a t i o n e q u a t i o n W i l g o t n o ś ć g l e b y S o i l m o i s t u r e W s p ó ł c z y n n i k r e g r e s j i R e g r e s s i o n c o e f f i c i e n t W s p ó ł c z y n n i k k o r e l a c j i w i e l o r a k i e j M u l t i p l e c o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n t a b с d A k t u a l n a - A c t u a l 16,7% -0,0284 0,0875 0,793 -5,157 0,76 O d p o w i a d a j ą c a pP 2,7 - 16,7% C o r r e s p o n d i n g w i t h pP 2,7 - 16.7% 0,0049 0,0597 0,682 -3,971 0,85 P o w i e t r z n i e s u c h a - A i r d r y 5& 0,0403 0,0314 0,368 -2,384 0,73 D l a w s z y s t k i c h p r ó b ł ą c z n i e T o t a l f o r a l l s a m p le s 0,0455 0,0482 0 , 6 1 6 -3,951 0,78
190 R. Turskli d m.
m acji je st obciążenie, n astęp n ie w kolejności m alejącej w łaściwości fi zyczne gleby: porow atość ogólna w yjściow a i w ilgotność.
D eform acja budow y gleby pociąga za sobą zm ianę jej fizycznych właściwości. W obec tego u zyskany pod w pływ em ug n iatan ia sta n g le by charak tery zo w an o za pomocą gęstości oraz porow atości ogólnej. Z
a-R ys. 2. W p ływ n acisk u na k o ń co w ą gęstość g leb y
a — p r z y w ilg o t n o ś c i a k t u a ln e j 16,7*/#, b — p r z y w ilg o t n o ś c i o d p o w ia d a ją c e j p o t e n c j a ło w i pV 2,7 — r ó w n ie ż 16,7%, с — p r z y w ilg o t n o ś c i 59/о; 1 — g le b a lu ź n a , w y j ś c i o w a g ę s t o ś ć o k . 1,2 g/cm «, 2 — g le b a o d le ż a ła , w y j ś c i o w a g ę s t o ś ć o k . 1,4 g /c m a; t i g ę s t o ś ć g le b y u z y s k a n a p o 5 s d z ia ła n ia n a c is k ó w , t1 0 g ę s t o ś ć u z y s k a n a p o 30 m in d z ia ła n ia n a c is k ó w (ze w z g lę d u n a
c z y t e l n o ś ć r y s u n k u n ie r y s o w a n o k r z y w y c h p o ś r e d n ic h m ię d z y tj i t \ o)
P ressu re e ffe c t on th e fin a l soil d en sity
a — a t a c tu a l m o is tu r e — 16.7*/o, b — a t t h e m o is tu r e c o n t e n t c o r r e s p o n d in g w i t h t h e p o t e n t ia l o f p F 2.7 — a ls o 16.7°/«, с — a t t h e m o is tu r e c o n t e n t o f 5°/o; 1 — lo o s e s o il, i n i t i a l d e n s it y a f t e r 5 s e c . o f th e p r e s s u r e a c tio n , tio — s o il d e n s it y a ft e r 30 s e c . o f t h e p r e s s u r e a c tio n (to e n s u r e b e tt e r le g i b i l i t y o f th e g r a p h , th e r e , a r e o m it te d i n t e r m e d i a t e c u r v e s
Deformacja globy jako funkcja obciążenia 191
leżność końcow ej gęstości od nacisk u w yw ieranego n a glebę p rze d sta wiono n a rys. 2a, b, c. Z w iększeniu n acisków z 0,15 do 2,1 kG /cm 2 to w arzyszy w zrost gęstości z 1,25 do 1,53 g/cm 3 p rzy w yjściow ej około 1,2 g/cm 3 i z 1,42 do 1,53 g/cm 8 p rzy w yjściow ej około 1,4 g/cm 8.
Stw ierdzono rów nież, że w większości przypadków w yjściow a gę stość d e c y d u je o jej w artości końcow ej (rys. 2). U gniatan ia gleba o w ię kszej gęstości w yjściow ej uzy sk u je w iększe w artości końcow e niż ta sam a gleba o m niejszej gęstości w yjściow ej. Praw idłow ość ta je s t słuszna w zak resie obciążeń do 2 kG /cm 2.
N ajw iększy stosow any nacisk, tj. 2,1 'kG/cm2 (rys. 2a), n iezależn ie
R ys. 3. W p ływ n a cisk u na zm ian ę (przyrost) g ę s to śc i
o z n a c z n ia j a k w r y s . 2
Load e ffe c t on the soil d en sity ch an ge (increase)
192 R. Turskii »i in.
od w yjściow ej gęstości doprow adza b ad an ą glebę do takiego samego e fe k tu końcowego (gęstość 1,53 g/cm 8). N acisk jedn ostkow y tej w ielk o ści, działający n a glebę o w ilgotności a k tu a ln e j o p ty m aln ej do upraw y,
przew yższa jej m echaniczną w ytrzym ałość, d oprow adzając d o takiego samego stan u niezależnie od w arun k ów w yjściow ych. O trzy m an e w p ra cy w yniki potw ierd zają zarów no pogląd, że s ta n w yjściow y w pływ a na końcow y efek t ugniatania, ja k rów nież pogląd, że sta n końcow y pod czas u g n iatan ia n ie zależy od w aru n k ó w początkow ych. P o tw ierd za się w ięc teza z a w a rta w poprzedniej naszej p racy [15], że odm ienność w nio sków je st pozorna i w y n ik a z różnic w stosow anych n aciskach jed n o st kow ych oraz różnic w ytrzym ałości gleby. Jeżeli koła ciągników będą w y w ierały n acisk w iększy od m echanicznej w ytrzym ałości gleby, w ów czas m im o różnic w gęstości w yjściow ej sta n końcow y będzie podobny. M niejszy nacisk m oże bardziej zagęścić glebę p u lchn ą i nieznacznie glebę odleżałą. U zyskany w te d y stan końcow y będzie różny.
Inny m czynnikiem w isto tn y sposób w p ły w ający m n a zm iany fizycz n ych właściwości gleby pod w pływ em u g n iatan ia je st w ilgotność, przy k tó rej n a stę p u je ugniecenie. G leba dość pulch n a (rys. 2a, b) o w ilg o t ności 16,7% uzyskuje w iększą gęstość (1,25-1,53 g/cm 8) niż ta sam a gle ba o w ilgotności 5% (1,25-1,36 g/cm 8) (rys. 2c). P odobnie zachow uje się gleba zw ięźlej sza, u zyskując p rzy w ilgotności 16,7% gęstość 1,42- -1,43 g/cm 8, a p rzy w ilgotności 5% — 1,43-1,52 g/cm 8. U g niatan a gle ba o w iększej w ilgotności p rzy in ny ch niezm ienionych w a ru n k a c h uzy sk u je w iększą gęstość. E fekt te n jest ty m silniejszy, im w iększe jest obciążenie działające n a glebę.
Rozbieżność w y n ik ó w i ocen o trzy m an y ch przez ró żnych a u to ró w w b ad an iach zm ian gęstości zachodzących pod w pływ em obciążeń gleby m ogą m ieć sw e źródło w ró żnych sta n a c h w ilgotności, przy jak ic h w y k onyw ano dośw iadczenia. W ażnym czynnikiem m oże być rów nież spo
sób, w jak i został osiągnięty sta n w ilgotności, gdyż p rzy tej sam ej p ro
centow ej zaw artości w ody m oże ona w y p ełn iać różnej w ielkości k a n a liki, co z kolei o d b ija się n a w ytrzym ałości gleby n a deform ację. W ska zują n a to w yn iki uzyskane w przedstaw ionej pracy.
Zauw ażono, p rzy takiej sam ej w ilgotności (16,7%) w glebie p u lch nej uzyskiw ane p rzy ro sty są więksize d la w ilgotności a k tu a ln e j, n a to m iast w glebie o w iększej gęstości w yjściow ej d la stabilizow anej (rys. 3). W ydaje się, że gdy gleba je st dość pulchna, podczas stabilizacji w il gotności w kom orach ciśnieniow ych w y tw a rz ają się now e w ięzi s tru k tu ra ln e, przez co u zy sk uje o n a w iększą odporność n a u g n iatan ie niż gleba o tej sam ej w ilgotności, lecz uzyskanej w w a ru n k a ch n a tu ra ln y c h . N atom iast gdy gleba je st zwięzła, stabilizacja w ilgotności pow oduje jej rozluźnienie i ty m sam ym zm niejszenie w ytrzym ałości n a deform ację.
Zm iany gęstości gleby pociągają za sobą zm iany porow atości ogól n ej. W raz ze w zrostem gęstości m aleje porow atość ogólna. W badanej
Deformacja gleby jako funkcja obciążeniLa 193
R ys. 4. W p ły w n acisk u na zm ian ę (spadek) p orow atości ogóln ej
o z n a c z e n ia j a k n a r y s . 2
P ressu re e ffe c t on the total porosity ch a n g e (decrease)
e x p la n a t io n s — s è e F ig . 2
glebie luźnej (w yjściow a porow atość 53,5-54% ) pod Wpływefri u g n iata nia porow atość zm alała do 53-49% p rzy w ilgotności 5% , do 53-46% p rzy w ilgotności 16,7% (stabilizow ana) i do 51-42% p rzy w ilgotności
194 R. Turskä d in.
16,7% (nie stabilizow ana). N atom iast w glebie zw ięźlejszej (w yjściow a porow atość rzęd u 45,8-47% ) zm niejszyła się odpow iednio do 45,5-43% , 46,5-41,5% i 45,5-42% .
W ielkość zm ian porow atości ogólnej i gęstości gleby zachodzących pod w pływ em u g n iatan ia przedstaw iono n a rys. 3 i 4. W glebie zw ięzłej (gęstość w yjściow a około 1,4 g/cm 8) uzyskano w zrost gęstości (Z!S0) o 0,012-0,12 g/cm 8 1 sp ad ek porow atości (AP0) o 0,5-4,9% w zależności od nacisku jednostkow ego o raz w ilgotności. W glebie luźnej p rzy ro sty gę stości i sp adku porow atości b y ły p raw ie 2-krotriie większe. W yni'ki te p o tw ierd zają b ad an ia F e u e r l e i n a [5], k tó ry stw ierdził, że w gle bach lu źn ych n a s tę p u je w iększy spad ek porow atości. W edług u p rzed n ich naszy ch badań [15] je s t to spow odow ane tym , że w ytrzym ałość g leby p ulch nej zależy tylko od tarc ia w ew nętrznego. M niejszy nacisk w dużo m n iejszy m sto pniu zagęszcza glebę odleżałą, gdyż jej w y trz y m ałość zależy w głów nej m ierze od spójności.
N a podstaw ie u zyskanych w y nik ó w (rys. 3, 4) m ożna stw ierdzić, że w badanej glebie 2 -k ro tn ie w iększe p rzy ro sty gęstości (AS0) i spadki porow atości (AP0) w y stę p u ją p rzy w ilgotności 16,7% w stosu nk u do w il gotności 5% . P rz y w ilgotności 16,7% gęstość g leby (nacisk 2,1 kG /cm 2) w zrosła o 0,12-0,28 g/cm 8, zaś p rzy w ilgotności 5% o 0,07-0,13 g/cm 3. Porow atość ogólna p rzy ty m sam ym nacisk u spadła o 4,5-10,7% przy w ilgotności 16,7% i o 2,4-4,9% przy w ilgotności 5%.
C zynnikiem w p ły w ający m isto tn ie n a zm ian y zagęszczenia gleby jest czas działania obciążenia. J a k w idać z rys. 2, gęstość uzyskana po 5 s działania nacisku (krzyw e ti) różni się od gęstości po 30 m in (krzyw e tio). J e d n a k różnice te są m inim alne. N ajw iększe p rz y ro sty gęstości gle by zachodzą w czasie 0-5 s. W pływ czasu n ie jest więc w prost p ro p o r cjonalny. Jeżeli np. w ciągu 30 m in gęstość zw iększa się o 0,07- -0,28 g/cm 8 (rys. 3), to w ciągu 5 s o 0,06-0,26 g/cm 8.
Stw ierdzono, że większość zm ian w gęstości i porow atości ogólnej zachodzi w glebie w ciągu 5 s działania nacisków . Z m iany te sięgają 80-90% , jeżeli za 100% p rzy jm iem y różnicę m iędzy stan em w yjściow ym a uzyskanym po 30 m in działania obciążeń.
P rzed staw ion e w yniki pozw alają n a sfo rm ułow anie wniosków. 1. N acisk jed no stkow y m a n a jsiln ie jsz y w p ły w n a w ielkość defor m acji gleby. J e st ona uzależniona rów nież od gęstości w yjściow ej przy niskich nacisk ach jed n ostk o w y ch oraz od w ilgotności początkow ej gleby.
2. Gęstość gleby je st ty m większa, im dłuższy je st czas działania nacisku, p rzy czym najw iększe zm iany w y stę p u ją w czasie pierw szych 5 s (80-90% zm ian zachodzących w ciągu 30 m in).
3. W zakresie nacisków do 2 k G /cm 2 i w ilgotności około 16% w y j ściow a gęstość gleby d ecy duje o jej w artościach końcow ych. U gniata nie w ilgotnej gleby o w iększej gęstości w yjściow ej pow oduje uzyski
Deformacja gleby jako funkcja obciążenia 195
w anie w iększych końcow ych w artości niż u g n iatan ie tej sam ej gleby 0 niższej gęstości.
4. P rz y ro st zagęszczenia m ierzony zm ianam i porow atości ogólnej 1 gęstości gleby je s t w każdym p rzy pad k u w iększy dla gleby pulchnej. 5. P rz y podobnej gęstości w yjściow ej gleba o w iększej w ilgotności poddana u g n iatan iu jest m ocniej ubita.
LIT E R A T U R A
.[1] C e r n y V.: W p ły w n o w o czesn y ch te c h n o lo g ii n a g leb ę i jej u p ra w ę. Z esz. probl. P o st. N au k roi. 1971, 112, 35-40.
[2] C u r d t G.: Dde A b h ä n g ig k eit der m ech a n isch en B o d en v erd ich tu n g v o n der. D au er der D ru ck en w irk u n g. D eu tsch e A g ra rtech n ik 1958, 12.
[3] D o m ż a ł H.: T he in flu en ce o f th e so lid phase d en sity o n th e air and. w ater, •capaticies otf brow n lo e ss so ils. Z esz. probl. P ost. N au k rol. 1977, 197, 135-150. [4] D o m ż a ł H. , S ł o w i ń s k a - J u r k i e w i c z A.: W p ły w n a cisk u na stru k
tu rę p o ró w i p ojem n ość w o d n ą g leb y. R ocz. glebozn. 26, 1975, 1, 49-58.
[5] F e u e r l e i n W.: Z um E in flu ss des S ch lep p errad s a u f den A ck er. L an d b au fo rsch u n g V olk en rod e, 1961, 3, 69-71.
{6] G ó r s k i P.: Z b ad ań n a d w p ły w e m k ó ł cią g n ik a n a w ła śc iw o ś c i fizy czn e g le b y i p lo n y r o ślin u p ra w o w y ch . M asz. i C iągn. roi. 11, 1964, 4, 105-108. 17] K a r c z e w s k i T.: T he influence o f d efo rm a tio n Sipeed on s o il c o m p a c tio n .
Zesz. p robl. P ost. N au k rod* 1977, 197, 99-112.
[8] K h a n n D. H. , E n g e n R. , P o p p R.: E ffe c t o f tractor traifficking o n so il . . com p action and y ield o f m aize. Z. A ck er u. P fla n z. 138, 1973, 2, 85-26.
[91 K o u w e n h o v e n J. K.: S p rin g c u ltiv a tio n s and w h eeltra ck s. J. A gric. E ngng. R es., 15, 1970, 1, 17-26.
[10] K o z i c z J.: W p ły w u g n ia ta ją ceg o d zia ła n ia k ó ł w różn ym sto p n iu obciążo-; n eg o ciągn ik a n a w ła śc iw o śc i fiz y c z n e g le b y i p la n o w a n ie n iek tó ry ch roślin . Z esz. p robl. Posit. N auk roi. 1971, 112, 67-75.
[11] L a m b e T. W., W h i t m a n R. V.: M ech an ik a g ru n tó w . A rkady, W arszaw a 1977, t. 1.
[12] S ł o w i k K.: W p ły w u g n ia ta ją ceg o d z ia ła n ia m a szy n n a w ła sn o ści fizy czn e g le b i w zrost jab łon i. P r. In st. Sad ow n . S k iern iew ice, 14, 1970, 105-124. [13] S m o r o d i n G. S., P a r s z i k o w W. W.: W lija n ije sło żen ija p ach otn ego sło
ja n a wodno-Æ izyczeskij reżim i p łod orod ije ju żn ych k arb on atn ych czerno- z ie m o w K rym a. T eoret. w o p r. obrąb, poczw ., w yp . 2, 1968, 197-2t)4. ;
[14] Ś w i ę c i c k i C., S i u t a J., T r z e c k i S., K i e r s n o w s k i J.: W ażn iejsze w ła śc iw o ś c i g leb w p ły w a ją c e n a w a ru n k i rozw oju m ech a n iza cji. Z esz. probl. Pos.t. N au k roi. 1972, 135, 55-61.
[15] T u r s k i R., D o m ż a ł H. , S ł o w i ń s k a - J u r k i e w i c z A.: B ad an ia w ła śc iw o śc i w o d n o -p o w ietrzn y ch g leb u g n ia ta n y ch k o ła m i c ią g n ik ó w i n arzędzi
ro ln iczy ch podczas w y k o n y w a n ia prac p o lo w y ch . R ocz. N au k roi. S er. A , 100, . 1974, 3, 97-109.
[16] W e r e s S.: W p ływ u g n ia ta ją ceg o d zia ła n ia k ół cią g n ik a i ciężk ich m aszyn to in ie z y c h n a stru k tu rę g le b y i p lo n o w a n ie roślin u p raw ow ych . M asz. i C iągn. roi. 11, 1964, 11, 313-316.
196 R. Turslfli ii in. P . Т У Р С К И , Г. Д О М Ж А Л , Я . Х О Д А Р А ДЕФ О РМ А Ц И Я П О Ч В Ы К А К Ф У Н К Ц И Я Н А Г Р У ЗК И , ВРЕ М Е Н И ЕЕ В О ЗД ЕЙ С Т В И Я И ИСХОДНОГО СОСТОЯНИЯ П О Ч ВЫ И нститут почв оведен и я и агрохим ии, С ельск охозяй ствен н ая академ ия в Л ю блине Р е з ю м е П ров еден о эдом етри ч еск и е испы тания деф ор м ац и и бурой почвы о б р азов ан ной и з л есса « а о б р а зц а х с нен аруш ен н ой струк турой . И зм ерения вы полнялись при т р ех гр адац и я х вл аж н ости (актуальной — 1б,7°/о, эк вивалентной потен ц и ал у pF 2,7 — т о ж е 16,7°/о, а т а к ж е 5%), подвергая почву н аж и м у (уминацию) с силой от 0,15 д о 2,1 кГ/1см2 в теч ен и е 30 минут, п ри чем вел и ч и н у деф ор м ац и и и зм ер ял и п осл е 5, 10, 20, 30 сек, и п осл е 1, 2, 5, 10, 20 и 30 минут. В итоге п ол уч ен н ы х дан н ы х устан овлен о, что на в ел и ч и н у д еф ор м ац и и са мое сильное в лия ние ок азы в ает у д ел ь н о е давлен и е. В еличина деф ор м ац и и з а висит т о ж е от и сходн ой плотности, особен н о в п р е д е л а х н и зк и х зн ач ен и й удел ьн ого давлени я, а т а к ж е от начальной в л аж н ост и почвы . В п р ед ел а х дав ления до 2 кГ/см2 и в л а ж н о ст и около 16®/о о велич ине к он ц евы х зн ач ен и й р е ш ает плотность. У минание (трамбовка) в л а ж н о й почвы и м ею щ ей вы сш ую и с х о д ную плотность приводит к пол уч ен и ю вы сш и х к он ц ев ы х зн ач ен и й объем ного веса, чем т а к о й -ж е почвы с н и зш ей плотностью . Однако п ов ы ш ен и е уп л отн е ния изм еряем ого изм ен ениям и общ ей п ор озн ости и объ ем н ой массы почвы всегда б ь т а е т больш е д л я р азр ы хл ен н ой почвы, чем д л я от л еж ав ш ей ся (компактной) почвы. У становлен о т о ж е, что при оди нак овой и сх о д н о й плотности почва с вы с ш ей вл аж н ост ь ю п одвергаем ая уминанию (наж и м у) обы чно бы вает сил ь н ее утрам бованной. В рем я ум инания т о ж е ск азы в ается на в ел и ч и н е деф ор м ац и и почвы. П лотность п ол уч ается тем выш е, чем бол ее длительны м я вл яется время давл ен и я (наж има), при чем найболы иие изм ен ен и я возникаю т во врем я п ер в ы х 5 с ек у н д <80-90% д еф ор м ац и й вы зван н ы х в течении 30 минут). R. T U R S K I, Н . D O M Ż A Ł , J. H O D A R A
SO IL D EFO R M A TIO N S A S ТЦЕ FU N C T IO N OF PR E SSU R E , IT S A CTIO N TIM E A N D TH E IN IT IA L ST A T E OF SO IL
D ep artm en t -pf S o il S c ie n c e and A g ricu ltu ra l C hem istry, A g ricu ltu ra l U n iv e r sity o f L u b lin
S u m m a r y
E dom etric in v e stig a tio n s on d efo rm a tio n o f ibrown so il d e v elo p ed fro m lo ess w ere carried out o n sa m p les w ith u n d istu rb ed stru ctu re. T he m ea su rem en ts w ere con d u cted at th ree m o istu re le v e ls (actu al — 16.7% corresponding wiith th e p o te n tia l of pF 2.7 — also l|6.7°/o and 5%) w h ile p ressin g so il w ith th e p o w er o f 0.15- 2Д k G /cm 2 to г 30 m in u tes, th e d efo rm a tio n m a g n itu d e b ein g m easu red after 5, 10, 20, 30 se c . and 1, 2, 5, 10, 20 and 30 m in .
It h as b een proved o n th e b asis o i th e r esu lts ob tain ed thait th e u n it load e x e r ts th e stro n g est in flu e n c e on th e d efo rm a tio n m agn itu d e. T he d eform ation m agn itu d e depends a lso o n th e in itia l d en sity , at lo w u nit loads and on th e in itia l
Deformacja gleby jako funkcja obciążenia 197
so il m o istu re. A t th e p ressu re am ou n tin g to 2 k G /cm 2 and th e m o istu re le v e l to ab ou t 16% th e in itia l s o il d e n sity is d e c isiv e for its fin a l v a lu e s. T he p ressu re o f hum id so il w ith h ig h er in itia l d e n s ity lea d s to its higher fin a l v a lu e s. On the other hand, in crea se o f d e n sity m easu red b y c h a n g e s o f to ta l p o ro sity and d en sity of so il is in e v e r y c a s e h igh er for lo o se th an for rested so il. It has b een proved, to o , th a t at a sim ilar in itia l d e n sity th e so il w ith higher m o istu re con ten t su b jected to p ressin g is m ore com p act. T he p ressin g tim e e x e r ts also a sig n ifica n t e ffe c t o n th e so il d eform ation m agn itu d e. T his so il d en sity is th e higher th e lo n g er is th e p ressu re actio n tim e, th e g rea test ch an ges occu rring d uring th e first 5 secon d s (80-00% o f d efo rm a tio n occu rrin g for 30 m in u tes).
P r o f . d r R y s z a r d T u r s k i I n s t y t u t G l e b o z n a w s t w a
i C h e m i i R o l n e j A R L u b l i n , ul. L e s z c z y ń s k i e g o 7
