К физическим свойствам относятся: удельная и объемная масса, порозность (скважность).
Удельная масса (УМ) — отношение твердой фазы абсолютно сухой почвы к весу равного объема воды при температуре 4°С. Она зависит от минерального состава почвогрунта и содержания в нем органического вещества и определяется по формуле: УМ = А:В, где А — масса абсолютно сухой твердой фазы почвогрунта, В — вес воды при 4°С.
Высокий показатель удельной массы (выше 2,5—2,6 г/см3) указывает на низкое содержание органики. Этот показатель определяется весовым методом с помощью пикнометров. Почвогрунты тепличных комбинатов Ташкентской области имеют показатель 2,5—2,6 г/см3 (тепличные комбинаты колхозов «Политотдел» и им. К. Маркса); ККАССР (тепличный комбинат совхоза «60 лет СССР») — выше 2,7 г/см.3
Объемная масса (ОМ) — это масса сухой почвы ненарушенного монолита. Выражается в тех же единицах, что и удельная масса — г/см.3 Этот показатель зависит от структурного состояния и сложения почвогрунта.
Минеральные почвы имеют высокий показатель объемной массы (более 1,5—1,8 г/см3), основной компонент тепличных почвогрунтов — торф, наоборот, очень низкий 0,13—0,5 г/см.3 Почвогрунты основных тепличных комбинатов Ташкентской и Самаркандской областей имеют объемную массу 0,9—1 г/см3, а ККАССР — 1—1,4 г/см3 и приближаются к почвам открытого грунта. Между тем оптимальная величина объемной массы для различных тепличных культур следующая: огурца — 0,5 г/см3, томата — 0,8, салата кочанного — до 1, рассады — 0,5 г/см3.
Соотношение между объемной и удельной массами почвогрунтов характеризуется порозностью (или скважностью), которая определяется по формуле:
П = (1 – ОМ:УМ)∙100%,
где П — общая порозность (в % от объема почвогрунта);
ОМ — объемная масса;
УМ — удельная масса.
Оптимальные условия для роста и развития растений в теплицах складываются при порозности почвогрунта 70—75%, однако в теплицах Узбекистана этот показатель не выше 40 %.
Физические свойства почвогрунта характеризуются также пористостью аэрации, т. е. объемом общей пористости и объемом воды, содержащейся в почве. Этот показатель определяется по формуле:
ПАЭ = П—В,
В = ОВ∙А,
где ПАЭ — пористость аэрации (в % от объема почвы);
В — объем пор, занятых водой (в % от объема почвы);
ОВ — объемная масса почвы (г/см3);
П — общая порозность;
А — содержание воды (в % отвеса почвы).
Оптимальный показатель пористости почвогрунтов 60—70%. Более благоприятные условия водновоздушного режима почвогрунтов складываются при соотношении капиллярной и некапиллярной порозности 1:1.
Физические свойства почвогрунтов зависят от физических свойств компонентов, входящих в их состав. Основные компоненты почвогрунтов обладают довольно низкими физическими свойствами и не удовлетворяют основным требованиям к почвогрунтам. Наоборот, довольно высокими физическими свойствами обладают такие широко распространенные компоненты почвогрунтов, как древесные опилки, соломенная резка, опилочный конский навоз и рисовая шелуха.
Тепловые свойства почвогрунта — это теплопроводность, которая оценивается по количеству тепла (кал), проходящего в 1 с через 1 см2 почвы слоем в 1 см.
Теплопроводность минеральной части почвогрунта — 0,004—0,005 кал/см, воды — 0,0014, воздуха — 0,00005 кал/см.
Естественно, что теплопроводность почвогрунтов в зависимости от их состава и состояния бывает выше. Теплоемкость почвогрунтов зависит от их влажности и порозности. При влажности 10% и порозности 30% объемная теплопроводность равна 1. С повышением порозности почвы до 60% теплоемкость снижается почти на 50%. Такая закономерность сохраняется и при более высоком проценте влажности.
К числу показателей, характеризующих тепловые свойства почв, относится и альбедо — процент отраженной с данной площади поверхности солнечной энергии к количеству поглощенной. На величину альбедо оказывает влияние цвет поверхности и влажность почвогрунта.
Для сероземов величина альбедо составляет в сухом состоянии — 25—30, во влажном — 10—12; для сухой глины — 23, влажной — 16; белого песка — 34—40; серого песка — 18—23.
Тепловые свойства почв характеризуются также величиной затрат тепла на суммарное испарение и на поступление его при конденсации паров воды. Ориентировочно при температуре 0°С затрачивается 600 кал на потеряю 1 г воды.
Водные свойства почвогрунтов характеризуются их влагоемкостью. Из всех видов влагоемкости наибольшее значение для роста и развития тепличных растений имеет полевая (или наименьшая) влагоемкость, т. е. то максимальное количество воды, которое почвогрунт может поглощать и длительное время удерживать после прекращения полива. Эта влага и питает растения в течение всего межполивного периода. Наименьшая влагоемкость почвогрунта зависит от содержания органического вещества, степени его разложения и механического состава. Все упомянутые выше физические свойства прямо или косвенно оказывают влияние на влагоемкость почвогрунта. Чем лучше заправлен ом органическим веществом, тем больше величина наименьшей влагоемкости, тем более продолжительное время будут находиться растения в оптимальном водном режиме.
Для песчаных почв наименьшая влагоемкость (НВ) составляет 4—9%, супесчаных — 10—17, легко — и среднесуглинистых — 18—30, тяжелосуглинистых — 30—40, торфа — до 400%. На наших супесчаных и среднесуглинистых почвах запасы влаги, идущей на формирование урожая, в метровом слое гектара составляют 1200—1700 м3. Естественно, что для более легких почв этот показатель будет меньше, а для более тяжелых больше — до 2000—2200 м3.
Для характеристики влагообеспеченности растений введено понятие «Коэффициент завядания», т. е. влажность, при которой растения завядают. Он выражается в процентах от веса абсолютно сухой почвы. Влажность завядания тесно связана с максимальной гигроскопичностью почвы и, следовательно, для разных почв она бывает разная и обычно колеблется от 1 до 3.
Влажность завядания определяют наблюдением или по величине максимальной гигроскопичности, умноженной на коэффициент 1,3—1,5. Так, для торфяных почвогрунтов, имеющих высокое содержание органического вещества, максимальная гигроскопичность для огурцов будет около 16,5%. Следовательно, 16,5∙1,34 = 22,1%. Это и есть влажность завядания растений огурца на торфяном почвогрунте. Однако на практике не допускается снижение влажности в почвогрунте до уровня коэффициента завядания, так как это приводит к иссушению и органическим изменениям в организме растения, которые не всегда восстанавливаются при очередном поливе. Поэтому задача тепличников — своевременно провести полив и в полной норме с тем, чтобы максимальный период содержать растения в оптимальном режиме.
Норма очередного полива определяется по следующей формуле: Д = (а—в) П ∙ 10,
где Д — норма очередного полива;
а — уровень оптимальной влажности (% от веса почвогрунта);
в — влажность почвы в данный момент (% к сухому грунту);
П — вес слоя почвогрунта, т/га;
10 — коэффициент пересчета поливной нормы на литры воды.
Так, например, оптимальная влажность почвогрунта должна быть 85,5%, фактическая влажность в данный момент равна 75,5%, при почвенном слое 30 см, объемном весе почвы 1 г/см3, норма полива будет равна: (85,5 — 75,5) х 2000 = 200000 л/га, или 20 л/м2.
Если объемная масса равна 0,5 г/см3, то полевая норма будет на 25% меньше, т. е. 15 л/м2.
Воздушные свойства почвогрунта. Как установлено, оптимальные условия для роста и развития тепличных растений складываются при соотношении в почвогрунтах твердой, жидкой и газообразной фаз 1:1:1. Таким образом, почвенный воздух имеет большое значение. В отличие от атмосферного, он содержит больше углекислоты, меньше кислорода, другие газы отсутствуют.
Из почвенных газов наибольшее значение имеет кислород, принимающий активное участие в окислительно-восстановительных процессах, протекающих в почвогрунтах и растениях. Углекислый газ необходим для минерального питания растений, так как углекислота способствует растворению элементов питания и переведению их в усвояемые для растений формы.
Для нормального поглощения растениями воды и питательных веществ содержание кислорода должно быть не ниже 15%. Поэтому все процессы технологии следует направить на поддержание оптимального количества этих газов в почвогрунте.
В избыточно увлажненных и тяжелых по механическому составу почвогрунтах содержание кислорода может доходить до минимума, а углекислоты, наоборот, до максимума — 19—20%. Кроме того, здесь могут накапливаться и отравляющие растения газы: аммиак, метан, азот.
Микрофлора. При достаточном количестве органического вещества и оптимальных тепловом и воздушно-водном режимах, микробиологические процессы в почвогрунте протекают очень интенсивно, что создает весьма благоприятные условия для роста и развития растений. В тепличных почвогрунтах Узбекистана микрофлора не изучалась.
Численность и состав микроорганизмов резко сокращаются от обработки горячим паром или различными сильнодействующими ядохимикатами. При паровой обработке почвогрунта погибают в первую очередь такие весьма полезные микроорганизмы, как нитрофицирующие и целлюлозоразлагающие, не имеющие спор. Сильно страдают и другие виды бактерий. Наоборот, после пропаривания резко возрастают количество и активность аммонифицирующих бактерий, накопляющих большое количество аммиачного азота, который может оказать отравляющее действие на растения. Поэтому важным мероприятием для восстановления численности и активности полезных микроорганизмов является внесение навоза и ого заделка на всю глубину пропаривания. При этом быстро восстанавливается численность и активность микробиологических процессов в почвогрунте.
Структура. Основное требование к тепличным почвогрунтам — хорошая оструктуренность, причем структура должна быть прочной и сохраняться, по возможности, в течение длительного времени.
Известно, что основная часть почвогрунтов (кроме тех, которые состоят только из органических веществ — торфа, древесных опилок, соломы и рисовой шелухи) состоит из частиц различных минералов разной величины. Все эти частицы для удобства их характеристики объединены во фракции: более 1 мм — каменистые (гравий, крупнозернистый песок), менее 1 мм — мелкозем (физический песок — 0,01 мм и физическая глина — менее 0,001 мм). В агрономическом отношении наиболее ценна комковатая и мелкозернистая микроструктура с размерами почвенных агрегатов от 1 до 5 мм. Структура определяется водопрочностью и устойчивостью агрегатов к механическим обработкам. Повышает водопрочность и устойчивость структуры наличие органического вещества (торфа, навоза, древесных опилок, соломенной резки), искусственных структурообразователей крилиумов — К4, К9, полиакриламида ПАА в количестве 0,1—0,25% от веса почвы.
Внесение рыхлящих материалов способствует образованию прочной структуры (за исключением соломенной резки), но и снижает обеспеченность почвогрунтов элементами минерального питания. Поэтому при использовании торфа (до 30—40%) необходимо дополнительно по результатам агрохимического анализа вносить фосфор и калий; древесных опилок (до 40%) — 1—1,2 кг аммиачной селитры на 1 м3 почвогрунта; соломенной резки (до 30%) — 2—3 кг/м3 аммиачной селитры.
Для поддержания структуры почвогрунта необходимо периодическими обработками создавать аэробные условия. При хорошей аэрации почвогрунта микробиологические процессы идут интенсивно, разлагающееся органическое вещество образует гуминовые аминокислоты, склеивающие почвенные частицы. Способствует этому также коагулирующее действие катионов кальция и магния.