2.2.1. Proprietăţile fizico- mecanice ale solurilorTextura soluluiPrin textura solului se înţelege alcătuirea granulometrică a solului (într-un sens foarte

apropiat de cel din pedologie). Clasificarea texturală a solurilor este esenţială pentru cunoaşterea însuşirilor fizice, agronomice, ameliorative, etc.

Textura prezintă o importanţă deosebită în legătură cu capacitatea de producţie a solului, cu caracteristicile lui agronomice şi ameliorative, cu tehnologiile de valorificare superioară a resurselor de sol.

Textura este o însuşire practică nemodificabilă a solului astfel încât tehnologiile agricole şi ameliorative trebuie să se adapteze la tipul textural al fiecărui sol, să încerce să compenseze însuşirile negative ale texturilor extreme, eventual să amelioreze în compensare alte însuşiri fizice mai uşor modificabile.

În România clasificarea texturală oficială este cea dată de I.C.P.A. în 1987 (tab.1.). Sistemul ICPA recunoaşte şase clase texturale ale pământului fin, subdivizat în 23 subclase.Stabilirea clasei texturale din care face parte un sol se face prin folosirea tabelului 1 sau a unei scheme, denumită triunghiul texturii prezentat în fig.1. Pe triunghi apar cele trei fracţiuni granulometrice ale solurilor: argilă, nisip, praf

În funcţie de procentul diferitelor fracţiuni într-un sol, acesta este clasificat textural.Fracţiunile granulometrice pe baza cărora se clasifică textural solurile sunt:- argila ( 0,002 mm); ca urmare a numărului foarte ridicat de particule în unitatea de

volum şi a ariei foarte mari a particulelor, este fracţiunea granulometrică care reţine cea mai mare parte a apei adsorbite (inaccesibilă plantelor) şi a cationilor schimbabili, pentru adeziunea, plasticitatea, contracţia, gonflarea şi căldura de umezire. Mai mult decâte celelalte fracţiuni argila determină capacitatea de formare a elementelor structurale prin agregarea particulelor elementare ale solului. În acelaşi timp argila determină permeabilitate şi aeraţie redusă;

- praful ocupă un loc intermediar între argilă şi nisip din punct de vedere al dimensiunilor. Ca proprietăţi determină formarea capilarităţii şi susceptibilitatea de a forma crustă la solurile cu conţinut ridicat de praf;

- nisipul are însuşiri diametral opuse argilei. Mineralogic conţine în principal cuarţ, la care se adaugă diferiţi silicaţi sau alte minerale provenite din roca de solificare. Nisipul conferă solului permeabilitate, aeraţie bună, capacitate redusă de reţinere a apei. În acelaşi timp reţinerea elementelor nutritive, căldura de umezire, coeziunea, adeziunea, gonflarea şi contracţia, plasticitatea şi capacitatea de formare a elementelor structurale sunt foarte reduse sau chiar nule.

Pe lângă aceste particule de bază în soluri există şi alte particule:- material carbonatic (uneori peste 40% CaCO3, - carbonat de calciu);- materiale organo- minerale şi organice, cu limitele de conţinut de materie organică variind în

funcţie de conţinutul de argilă al solului; - partea grosieră (scheletică), pietrişuri, roci compacte fisurate.

Seminifcaţia texturii:- Texturi grosiere; capacitatea redusă de reţinere a apei, permeabilitate şi aeraţie ridicată, ascensiune capilară redusă. In timp de secetă folosesc uşor apa din ploi mici dar în sezonul ploios pierd uşor apa din ploile mari. Au un conţinut de humus redus. Dinamica proceselor microbiologice, mai ales a celor aerobe şi de mineralizare a materiei organice este accentuată. Pe astfel de soluri, de exemplu în sudul Olteniei, se recomandă viţa de vie, pomi fructiferi şi un sortiment redus de culturi de câmp;- Texturi mijlocii; sunt cele mai favorabile. Conţinuturile bine ponderate de nisip, praf şi argilă conferă acestor sluri multe din însuşirile pozitive ale fiecărei fracţiuni granulometrice şi estompează o parte din trăsăturile negative;- Texturi fine; se caracterizează prin cantităţi mari sau foarte mari de apă inaccesibilă, însuşiri mecanice şi termice puţin favorabile, se lucrează greu, au o capcitate mare de gonflare şi contracţie dar au însuşiri chimice bune. Structura solului, [Canarache, A., 1990], este modul de organizare a

particulelor elementare de sol (care apar definite in textura solului), care formează elemente structurale, precum şi forma, mărimea, stabilitatea, porozitatea şi celelalte însuşiri ale acestor elemente structurale. După Dexter [1988, citat de Canarache] ierarhia formaţiunilor structurale este următoarea: domenii (sub circa 0,002 mm), ciorchini (0,002-0,02 mm), microagregate (0,02- 0,25 mm), agregate (0,25-15 mm), bulgări (peste 15 mm).Teblul 1. Clasificarea texturală a solurilor

Grupele de clase şi subclase texturaleale pământului fin

Conţinutul (% din material silicatic) deArgilă sub 0,002 mm

Praf0,02-0,002 mm

Nisip2-0,2 mm

Granulometri grosierăNisipNisip lutos

Sub 66-12

Sub 33Sub 33

Peste 6256-94

Granulometrie mijlocieLut nisipos:- lut nisipos mediu- lut nisipos prăfos- prafLut- lut nisipos argilos- lut mediu- lut prăfos

13-20sub 20sub 20

21-3221-3221-32

Sub 3333-50

peste 50

sub 1515-3233-70

48-8730-67sub 50

54-7023-52sub 47

Granulometrie finăLut argilos- argilă nisipoasă- lut argilos mediu- lut argilo-prăfosArgilă- argilă lutoasă- argilă prăfoasă- argilă medie- argilă fină

33-4533-4533-45

46-6046-6061-70

peste 70

Sub 1515-3233-67

sub 3333-54sub 40sub 30

41-6723-52sub 35

8-32sub 22sub 40sub 30

Structura este o caracteristică distinctivă, proprie solului, de mare importanţă pentru procesele fizice, în parte şi pentru cele chimice şi biologice, care au loc în sol şi în sistemul sol- plantă- atmosferă. Autorii citaţi mai înainte consideră structura ca o trăsătură de bază, de care depinde fertilitatea solului.

De cea mai mare importanţă pentru lucrările agricole sunt proprietăţile fizice şi mecanice ale solului.

Proprietăţile fizice ale solului, care vor apare in conţinuare în lucrare sunt: densitatea, porozitatea, adeziunea, coeziunea, umiditatea, compactarea.

Densitatea solului (la fel ca densitatea majorităţii produselor granulare şi pulverulente) este definită în două moduri distincte:

Densitatea aparentă, notată cu D.a. sau cu a (pentru materilalele în vrac este cunoscută ca masa volumică), [Conea A., 1977], definită ca masa unităţii de volum a solului complet uscat (la 1050 C,), în structură lacunară (cu spaţii lacunare). In tab.1.2. sunt date densităţile aparente ale principalelor ţipuri de soluri [Bernacki, 1972, Canarache, 1990], în stratul arabil. Această densitate este mai redusă către suprafata solului, datorită conţinutului mai ridicat de materii organice şi porozităţii mai mari a solului. Densitatea aparentă este unul din principalii indicatori ai stării de aşezare a solului şi totodată unul din factorii determinanţi ai multora din celelalte insuşiri fizice ale solului. Densităţi aparente mari înseamnă scăderea capacităţii de reţinere a apei, a permeabilităţii, a

aeraţiei si creşterea rezistenţei mecanice opuse de sol la lucrările agricole şi mai ales la pătrunderea rădăcinilor. Dimpotrivă, densităţi aparente mici pot reduce în unele cazuri portanţa, făcând dificil traficul şi executarea lucrăîrilor agricole.

Densitatea propriuzisa, sau D, numită si masă specifică, este masa unităţii de volum a fazei solide a solului (g/cm3), prezentată în tabelul 1.3.Tab.1.2. Densitatea aparentă, , a principalelor tipuri de sol, în g/cm3, [Bernacki]

Tipul de sol uscat Saturat cu apaNisipos 1,3 1,82Nisipos - lutos 2,0 2,24Argilos - nisipos 2,1 2,30Argilos 2,2 -Cernoziom cambic 1.25 - 1,45 la umiditate probăSoluri cenusii 1,35 - 1,55 (idem)Soloneţuri 1,45 - 1,65 (idem)

In practică se pot accepta pentru orizonturile superioare ale majorităţii solurilor valori ale densităţii de 2,65- 2,68 g/cm3, iar pentru orizonturile inferioare valori de 2,70- 2,72 g/cm3

[Canarache, A.,1990, pag.49].Porozitatea (spaţiul lacunar), exprimă starea de asezare a pariculelor solide ale solului.

Aceasta se poate exprima prin densitatea aparentă (definită anterior) cât şi prin porozitatea totală, care este volumul total al porilor exprimat in procente din unitatea de volum a solului:

PT = (Vp/Vt )x 100 =[ Vp / (Vs + Vp)] x 100 (2.2)in care: PT, este porozitatea totală;

Vt , este volumul total al solului ,(cm3);Vs , este volumul parţii solide a solului, (cm3);Vp , este volumul porilor , (cm3).

Tab.1.3. Densitatea fazei solide din principalele tipuri de soluri [Bernacki,H., 1972]

Tipul de sol Densitatea, s (g/cm3 )

Ţipul de sol Densitatea, s

(g/cm3)Nisipos 2,65 Cernoziom cambic 2,30- 2,60Nisipos- lutos 2,70 soluri cenuşii 2,30- 2,60Argilos-nisipos 2,65- 2,70 Soloneţuri 2,45- 2,68Argilos 2,69- 2,72 Aluvionar 2,30- 2,60

Exista metode directe pentru determinarea porozităţii totale, cu ajutorul dispoziţivelor speciale denumite porozimetre. Utilizarea lor este puţin răspândită deoarece determinările sunt destul de greoaie şi, pe de altă parte, porozitatea totală poate fi calculată cu relaţia:

PT = 100. (1- DA/D) (2.3)în care: PT, este porozitatea totală ( % );

DA, este densitatea aparentă (masa volumică, a), (g/cm3);D, este densitatea (masa specifică, ), (g/cm3 ). Valorile porozităţii totale depind de aceiaşi factori care determină şi valorile densităţii şi ale

densitaţii aparente. In tabelul 1.3 sunt prezentate limitele valorilor uzuale ale porozităţii totale pentru principalele soluri agricole din România [Canarache, 1990 ].

Porozitatea drenantă este formată din porii mai mari de 10-30 m, prin care se scurge prin infiltraţie excesul de apă şi care este de regulă ocupată cu aer.

Din definiţiile date anterior, valorile absolute ale densitaţii aparente sau ale porozităţii totale nu pot fi interpretate în mod corespunzator pentru a aprecia starea de asezare a solului, deoarece semnificaţia lor practică este foarte diferită de la sol la sol, în funcţie, în special, de textura acestuia. Este astfel nevoie de un indicator complex care să includă atât densitatea aparentă

(porozitatea totală) cât şi textura. Astfel de indicatori sunt porozitatea drenantă (definită anterior) şi gradul de tasare [Canarache, pag.66], care se calculează cu formula:

GT = 100.(PMN -PT PMN ) (2.4 )in care: GT, este gradul de tasare (% v/v); PMN,este porozitatea minim necesara (%); PMN = 45 + 0,163 A (2.5 )în care, PT, este porozitatea totala (%); A, este conţinutul de argila sub 0,002 mm (%).

Prin porozitate minim necesară se consideră valoarea minimă a porozitaţii totale care, la un conţinut de argilă dat poate asigura în sol condiţii fizice saţisfăcătoare [Canarache, pag.67].Tab.1.3. Valori orientative ale porozităţii pentru principalele tipuri de soluri.

Soluri Valori medii (% ) pe adancimea 0-100 cmporozitate totală Porozitate drenantă

Soluri bălane 50 – 54 20 - 26Cernoziomuri 47 - 53 14 - 23Soluri cenusii 44 – 48 12 - 18Soluri brun roscate 44 - 48 10 - 16Soluri nisipoase 44 - 48 32 - 38Soluri aluviale 46 - 52 9 - 33Soluri aluviale şi lăcovişti 46 - 52 12 - 33

Pentru stabilirea rapidă a gradului de tasare pentru soluri minerale este prezentată nomograma din fig.1, iar pentru interpretarea valorilor gradului de tasare este dat tabelul 1.4. Gradul de tasare se foloseste direct în practică pentru stabilirea necesităţii lucrărilor de afânare a solurilor excesiv tasate. Se consideră că astfel de lucrări sunt necesare în primă urgenţă la solurile cu grad de tasare mai mare de 18%, în a doua urgenţă la solurile cu grad de tasare cuprins între 11% şi 18% şi în urgenţa a treia, la solurile cu gradul de tasare cuprins între 1% şi 10%.

Legat de noţiunile de densitate aparentă şi de porozitate, se defineşte un termen nou şi anume compactarea solului, prin care se înţelege procesul în urma căruia densitatea aparentă creşte peste valori normale şi porozitatea scade sub valori normale.

După origini se deosebesc doua tipuri de compactare: compactare naturală (datorită unor factori sau procese pedogenetice) şi compactarea artificială (antropică). Compactarea artificială apare ca urmare a traficului exagerat, neraţional, efectuat pe teren de diferitele utilaje mecanice care participă la efectuarea agriculturii mecanizate.

Acest proces are tendinţa de a se accentua pe măsura creşterii gradului de mecanizare, cu atât mai mult cu cât nu se respectă regulile de agrotehnică ameliorativă; rotaţii corespunzătoare de culturi, de lungă durată, culturi amelioratoare, fertilizare ştiinţifică, lucrări agricole executate cu utilaje corespunzătoare, la momentul optim, etc.

Efectele negative ale compactării, indiferent de natura acesteia, sunt multiple: scade capacitatea de reţinere a apei şi mai ales permeabilitatea (înrăutăţindu-se regimul apei în sol); se reduce aeraţia; creşte rezistenţa la penetrare şi rezistenţa la arat; este inhibată puternic capacitatea de dezvoltare a sistemului radicular. In consecinţă scade puternic capacitatea de producţie a solurilor.Tab.1.4. Clase de valori ale gradului de tasare (I.C.P.A.,1987,vol.3.)

Denumirea Valori (% )Extrem de mic (sol foarte afânat)Foarte mic (sol moderat afânat) Mic (sol slab afânat)Mijlociu (sol slab tasat)Mare (sol moderat tasat)Foarte mare (sol puternic tasat)

sub....-17 -17......-10-9..........0 1…......10 11........18 peste....18

In literatura de specialitate [S.D.S.U., Research Summary, 1990] se menţionează; “…combinele folosite în actualele tehnologii de recoltare sunt minuni ale ingineriei, dar cauzează compactarea solului, fapt care conduce la reducerea producţiei cu până la 50 % sau chiar mai mult”. In acelaşi sens cităm şi pe Canarache [1990, pag.70]: “ recoltele scad uneori cu până la 50% faţă de solul necompactat;....o creştere de 0,01g/cm3 a densităţii aparente conduce la diminuări de 110- 140 kg/ha la producţia de porumb”.

A fost demonstrat de mulţi autori că trecerile repetate pe sol, făcute mai ales în condiţii improprii (umiditate mare), de către utilaje grele şi foarte grele (combinele de recoltat) conduc la o compactare antropică care este foarte greu de combătut. Pentru exemplificare prezentăm fig.1.2 [conform Canarache, 1990].

Problema compactării solurilor, care sunt mijlocul principal de producere a hranei pentru o omenire aflată într-o creştere în progresie geometrică, este şi va rămâne una dintre marile provocări pentru cercetătorii implicaţi in producţia agricolă.

Solurile desţinate producţiei agricole sunt limitate ca suprafată; este extrem de greu să aducem in circuitul agricol suprafeţe de teren care au avut alte destinaţii (păduri, fânete, habitaturi specifice unor anumite culturi şi civilizaţii , rezervaţii naturale,etc.), fără a deranja natura.Pentru protejarea acestor soluri, a potenţialului productiv al acestora, în deceniul 9 al secolului XX a apărut şi s-a dezvoltat cu repeziciune noţiunea de agricultură sustenabilă (conceptul global de dezvoltare a unei agriculturi durabile), ca un imperativ pentru procesul continuu în dezvoltarea societăţii umane [Guş,1998].

După Lockeretz (1988), " Agricultura durabilă- este un concept cu definiţie largă, cuprinzând un domeniu de strategii pentru depăşirea unor probleme cu care se confruntă agricultura convenţională şi implicând, totodată, dimensiunea timp, respectiv, capacitatea sistemului de a funcţiona indefinit".

Societatea umană a înnceputului de secol XXI are de apărat un mediu devenit fragil prin intervenţia brutală a omului, cel mai evoluat mamifer, dar si cel mai devastator, prin intervenţiile sale egoiste. Trebuie menţionate măsurile de eliminare a freonilor (vinovaţi de distrugerea stratului protector de ozon), a generatorilor de CO si a altor poluanţi ai atmosferei, care se fac vinovaţi de distrugerea acestui “RAI”, care este planeta Pământ.

Pentru cei implicaţi in producţia agricolă, eliminarea compactării, este o problemă esenţială, care credem că momentan se poate rezolva prin două metode principale:

a. Prevenirea compactării;b. Combaterea compactării.Pe solurile necompactate, pentru prevenirea compactării este necesar să se adapteze

agrotehnica şi tehnologiile de mecanizare astfel încât efectele negaţive ale compactării sa fie evitate. Trebuie adoptate rotaţii de lungă durată cu culturi amelioratoare, să se asigure o fertilizare raţională şi un bilanţ pozitiv al humusului şi să se optimizeze sistemul de lucrări a solului. Sistema de maşini trebuie astfel concepută încât să se reducă efectele negative asupra solului.

Fig.1.2. Nomograma pentru calculul si interpretarea gradului de tasare pentru soluri minerale [Canarache, 1990, pag.67].

Acest deziderat se realizează prin limitarea presiunii pe sol (folosirea senilelor, a mai multor rânduri de pneuri, a pneurilor speciale, cu janta lată, redistribuirea greutăţii masinii pe axe, etc.). Se urmăreşte reducerea numărului de treceri, prin utilizarea maşinilor combinate de lucrat solul şi semănat şi mai ales, prin eliminarea lucrărilor şi traficului pe sol în condiţii necorespunzătoare de umiditate.

Combaterea compactării se realizează prin lucrări executate la adâncimea stratului compactat: lucrări de subsolaj (folosirea scormonitoarelor) la adâncimide 35- 40 cm, pe solurile cu compactare de mică adâncime şi lucrări de scarificare, la adâncimi de 60- 70 cm, pe solurile cu compactare de adâncime. Cercetările efectuate in România şi pe plan mondial [Canarache ,Căproiu, ş.a..] au arătat că această lucrare trebuie repetată la 5- 6 ani sau mai mult şi că aduce sporuri de recoltă de 10- 15 %. Această lucrare favorizează creşterea adâncimii de dezvoltare a sistemului radicular şi îmbunătăţeşte regimul aero- hidric.

Lucrările de afânare si reafânare a solurilor compactate trebuie insoţite de lucrări de prevenire a compactării, care să elimine sau să reducă pericolul recompactării.

Aderenţa solului sau adeziunea este proprietatea solului de a se lipi de suprafeţele cu care vine în contact, prin intermediul unei pelicule de apă. Forţele de adeziune se exercită prin intermediul moleculelor de apă adsorbite la suprafaţa particulelor de sol care sunt atrase în acelaşi timp de suprafaţa obiectului , formând astfel o peliculă de legătură între sol şi corpul străin.

Aderenţa solului depinde de : conţinutul de apă, conţinutul de humus, natura cationilor adsorbiţi, natura materialului cu care vine în contact şi calitatea suprafeţei acestuia. Aderenta solului se exprimă în N/cm2 şi variază de la 0,01 N/cm2 la solurile cu aderenţă slabă, până la 0, 15 N/cm2 la solurile cu aderenţă foarte mare. Aderenţa înregistrează o tendinţă de creştere pe măsura ce creşte conţinutul de argilă al solului. Aderenţa este importantă, în special, deoarece determină o creştere a frecării externe, termen prin care se inţelege forţa care ia nastere la contactul dintre sol şi un corp străin care este deplasat prin sol. Principala cale de reducere a efectului adeziunii asupra rezistenţei opusă de sol la diferite lucrări agricole este de a le executa la umidităţi opţime. Pentru micşorarea aderenţei solurilor pe suprafaţa cormanei în ultimul timp au fost introduse în exploatare cormane formate din fâşii (vezi tendinţe în construcţia cormanelor şi clasificarea cormanelor).La umidităţi mari adeziunea poate creşte excesiv.

Coeziunea solului este proprietatea acestuia de a se opune acţiunii forţelor care vor să-l deformeze. Se deosebesc două feluri de coeziune: coeziune intergranulară, adică cea dintre particulele elementare ale solului (care se manifestă in interiorul agregatelor) şi coeziune globală, cauzată simultan de coeziunea dintre agregate în intreaga masă a solului. Coeziunea mai este denumită de către Canarache [4, pag 205] ca fiind rezistenţă la sfărâmare. Rezistenţa la sfărâmare variază puternic cu umiditatea, textura si alte insusiri fizice ale solului.Coeziunea solului apare clar exprimată în formula legii lui Coulomb, care exprimă valoarea efortului forfecare, ; = C + tg 1 (daN/cm2) (2.6 )unde: C, este coeziunea , (daN/cm2); , este efortul normal, ( daN/cm2);

1, este unghiul de frecare internă.Tab.1.5.Valori ale coeziunii solului [Bernacki, H., 1972 ].

Tipul de sol Starea solului Coeziunea C (daN/cm2)

n

(daN/cm2)nisipos - - 0,0- 2,5

nisipos - lutos compactat afânat 0,20 - 0,25 0,15 - 0,30

3- 5

argilos-nisipos compactat afânat 0,13 -0,35 0,15 - 0,20

5- 7

argilos (inţelenit) compactat afânat 0,40 - 0,60 0,25 - 0,30

8- 9

In tabelul 1.5. este dată valoarea coeziunii solului, C, pentru diferite tipuri de sol, [Bernacki, 1972].Umiditatea solului. “Apa solului constituie, sub o formă sau alta, principalul obiect de

studiu, ocupă spaţiul cel mai mare in majoritatea congreselor si tratatelor de specialitate”, privind studiul fizicii solului [Canarache,1990, pag.73]. Umiditatea interesează în cel mai înalt grad, pentru că de aceasta depind o multitudine de parametri ai solului (coeficienţii de frecare internă si externă, rezistenţa la arat, adeziunea, coeziunea ,etc.) cât si dezvoltarea normala a plantelor şi obţinerea unor producţii cotrespunzătoare calitativ şi ca pret de cost. Umiditatea solului se poate exprima în diferite moduri şi anume:ţn procente faţă de greutatea solului uscat la 1050C, în procente faţă de volumul porilor, faţă de capacitatea de apă în câmp, ş.a.

Umiditatea masică a solului, sau umiditatea gravimetrică, W, poate fi definită ca o relaţie între greutatea apei conţinută în sol şi greutatea fazei solide şi se determină cu relaţia:

(2.7)

in care: G, este greutatea probei umede , (N); Gu, este greutatea probei uscate, (N).

Acest mod de a defini umiditatea ar putea fi numită, prin echivalenţă cu umiditatea produselor boabe, ca umiditatea solului în bază uscată. Metoda de bază pentru determinarea umidităţii solului este metoda uscării in etuvă, care constă in prelevarea in câmp a probelor de sol, cântărirea probei umede, introducerea in etuvă la temperatura de 1050, până la uscarea completă şi apoi recântărirea si calculul umidităţii utilizând formula (2.7).In continuare se vor prezenta noţiuni privind umiditatea solului care interesează în cel mai înalt grad în procesul de productie agricolă.Coeficientul de higroscopicitate, CH, reprezintă cea mai mare cantitate de apă pe care o poate reţine higroscopic solul la o umiditate a aerului de 94…98%. Valorile higroscopicităţii variază foarte mult în funcţie de textură. Pe măsură ce se micşorează mărimea particulelor de sol, creşte suprafaţa totală de reţinere şi deci creşte cantitatea de apă care poate fi reţinută higroscopic. Coeficientul de ofilire, CO, este umiditatea gravifică în cazul ofilirii permanente a plantelor, când acestea nu-şi mai revin.

Umiditatea solului faţă de capacitatea de apă în câmp, denumită şi umiditate relativă. Această exprimare se foloseste deseori când se fac aprecieri asupra nevoilor plantelor faţă de apă. Exemplu: porumbul se dezvoltă cel mai bine dacă umiditatea solului are valori cuprinse între 60% şi 80% din capacitatea de câmp pentru apă CC.

Umiditatea relativă, Wr se calculează cu formula :

(2.8.)

în care :-W, este umiditatea exprimată în procente faţă de solul uscat ,(%);

-CC, este capacitatea de apă în câmp a solului , (%).Capacitatea de câmp pentru apă CC, este umiditatea gravimetrică a solului, măsurată

atunci cănd solul o poate retine în condiţii de câmp, în mod durabil după ce a fost saturat cu apă; este exprimată în procente. Capacitatea de câmp depinde în principal de textura şi structura solului şi este un indice deosebit de important deoarece este limita superioară a apei accesibilă plantelor; la un conţinut de apă peste valoarea capacităţii de câmp , plantele duc lipsă de aer.

Fig.2.2. Compactarea antropică sub influenţa numărului de treceri [Canarache, 1990].

Toate aceste moduri de exprimare a umidităţii din sol, la care se adaugă şi altele sunt deosebit de importante pentru aprecierea rezervei de apă din solla un moment dat, fapt care permite aprecierea posibilităţilor de aprovizionare a plantelor cu apă, serveşte la tehnica irigatiilor, la determinarea regimului hidric al solului, la alegerea umidităţii optime pentru executarea lucrărilor agricole, în special a lucrării de arat (se obţin rezultate optime la W= 18…22 %).

Tehnica modernă oferă numeroase metode şi mijloace de măsurare ale umidităţii solurilor, metode directe şi indirecte, care folosesc cele mai noi cuceriri ale sţiintei în tehnica măsurărilor, în general şi a măsurării umidităţii, în special. Merită menţionată aparatura specializată pentru studiul fizicii solurilor concepute de firme specializate ca : ELE Internaţional (Instrumentation for the Agricultural Environment)- Anglia, Didacta- Italia ş.a. Faptul că ţările dezvoltate au o industrie pentru concepţia şi producţia de aparatură pentru monitorizarea tuturor proceselor legate de agricultură (care nu poate exista fără sol) este cea mai bună dovadă a importanţei acestui mijloc de producţie, care este solul.

In ultimii ani s-a introdus noţiunea de dinamica solului [Gill si Van den Berg, 1968]. In SUA a fost creat primul laborator din lume pentru studiul dinamicii solului (soluri agricole), Naţional Soil Dynamics Laboratory, Auburn , Alabama. Aceasta disciplină studiază mişcarea solului sub acţiunea omului, care doreste să-i imbunătăţească insuşirile sau să îl folosească ca suport

pentru autovehicule. Dinamica solului include deci relaţiile dintre sol si maşină, referitoare la lucrarea solului sau la circulaţia autovehiculelor pe sol. Alţi autori [Hetiarachi, Dexter, citaţi de Canarache 1990] adaugă un al treilea domeniu al dinamicii solului şi anume biomecanica sistemului radicular al plantelor.

In cadrul mecanicii solurilor agricole, unii autori [Koolen, citat de Canarache 1990] disting patru tipuri de modificări ale geometriei solului: compactare, deformaţie fără modificări de volum, sfărâmare, deplasări cu un corp rigid. Pe de altă parte utilajele care acţionează asupra solului, în agricultură, sunt grupate în şase categorii: tăvălugi, roţi şi pneuri; corpuri penetrante, corpuri de alunecare sau forfecare; şenile sau zăbrele; cuţite tăietoare; corpuri de plug. Primele patru categorii de utilaje acţionează prin compactare, ultimele două, îndeosebi prin tăiere şi afânare.

Având in vedere aceste concepte noi privind mecanica solurilor agricole, în conţinuare sunt prezentate o serie de însuşiri fizice ale solurilor care intervin în procesul de lucare a acestora cu diferite utilaje agricole: consistenta şi plasticitatea, compresibilitatea, frecarea externă şi frecarea internă, penetrarea şi portanţa, rezistenţa la deplasarea mijloacelor de tracţiune, rezistenţa la lucrările solului.

Consistenţa solului este definită de comportarea în ansamblu a acestuia, la diferite stări de umiditate, datorită legăturilor dintre particulele de sol. Parcurgând gama de umidităţi posibile, de la cele mai mici până la cele mai mari se pot separa mai multe forme de consistenţă [Canarache]: tare, friabilă, plastică neadezivă , plastică adezivă, de curgere. Formele de consistenţă sunt separate de anumite valori caracteristice ale umidităţii, numite limite de consistenţă: limita de contracţie, limita de frământare (sau limita inferioară de plasticitate), limita de adeziune, limita de curgere (sau limita superioară) de plasticitate).

Dintre stările şi limitele de consistenţă, atenţie deosebită este acordată consistenţei plastice şi celor două limite (de frământare şi de curgere) care o delimitează. Diferenţa dintre aceste doua limite, deci marimea intervalului de umiditate de-a lungul căreia solul are consistenţă plastică, se numeşte indice de plasticitate.

Pentru practica agricolă, formele şi limitele de consistenţă sunt deosebit de importante. Condiţii opţime corespund consistenţei friabile, adică la umidităţi situate sub limita de frământare, unde solul se lucrează uşor şi cu indici calitativi maximi iar capacitatea portantă nu ridică probleme. La consistenţă tare solul se lucrează greu şi formează bulgări, în timp ce la consistenţă plastică se lucrează tot greu, aderă pe suprafaţa de lucru a sculelor, utilajele patinează, solul prelucrat formează “curele” şi prezintă o capacitate portantă redusă, împiedicând traficul.

Compresibilitatea, este o noţiune utilizată pe scară largă în geotehnică; ea mai este numită relaţie sarcină- porozitate. In fizica solurilor agricole utilizarea testelor de compresibilitate este mai rar întâlnită deşi ea oferă posibilităţi foarte bune de caracterizare mecanică a solului. Printr-un test de compresibilitate autorul Hakansson [citat de Canarache] a definit parametrul grad de compactitate:

GC =( DA/DAmax).100 (%) (2.8 )în care: GC , este gradul de compactitate, (%);

DA, densitatea aparentă a solului la un moment dat (pentru materialele granulare şi pulverulente este masa volumică a materialului, , (g/cm3 );

DAmax ,densitatea aparentă maximă a solului respectiv, (g/cm3).Alţi autori au folosit teste de compresibilitate pentru a prognoza pericolul de compactare a

unui sol, obţinând rezultate bune în ceea ce priveşte avertizarea asupra pericolului pe care îl prezintă compactarea pe o solă dată. Tab.l.6. Valori ale coeficienţilor de frecare internă si externă,[Bernacki,72]

Ţipul Coef. frec. internă, 1 Coef. frec. externă, 1

de Starea solului Suprafaţa Starea soluluisol Compactat Afânat (material) Uscat Umednisipos 0,46- 0,83 0,32- 0,70 oţel 0, 0,

lustruit oţel

lemn

38 0,55 0,48

82 0,79 -

nisipos-lutos

0,44- 0,53 0,34- 040 oţel lustruit oţel lemn

0,36 0,50 0,65

0,78 0,73 -

lutos 0,46- 0,48 0,27- 0,34 oţel lustruit oţel lemn

0,33 0,48 -

0,43 0,48 0,86

lutos -argilos

0,46- 0,58 0,32- 0,40 oţel lustruit oţel lemn

0,36 0,50 -

0,78 0,73 0,99

Deoarece marea majoritate a sculelor de lucrat solul sunt metalice, de foarte mare importanţă este cunoasterea coeficienţilor de frecare sol-metal, (denumit şi coeficient de frecare externă) dar şi a coeficienţilor de frecare internă, 1 .

In tabelul1.6. sunt date câteva valori ale coeficienţilor de frecare internă şi externă pentru câteva tipuri de soluri., [Bernacki, 1972].Dacă analizăm datele prezentate în tabelul 1.6, constatăm ca valoarea coeficientului de frecare internă 1, ca şi a celui de frecare externă , variază în limite destul de largi şi depind atât de compoziţia solului, de umiditatea acestuia cât şi de caracteristicile suprafeţelor in contact.

Este foarte important fenomenul de variaţie a coeficienţilor de frecare internă 1 şi externă , în funcţie de umiditate. Pe acest fenomen se bazează si rezultatele pozitive obţinute la încercările experimentale prezentate în lucrările [Shafer & all,1979; Crăciun V.,1993] privind reducerea rezistenţei în lucru prin lubrifierea cormanelor.

In fig.2.3 este prezentată variaţia coeficientului de frecare sol- oţel în funcţie de umiditate şi de tipul de sol. Coeficientul de frecare sol- oţel variază şi în funcţie de presiunea care se exercită asupra suprafeţelor în frecare. Acest aspect este deosebit de important pentru sculele de lucrat solul, pentru că presiunea exercitată asupra sculei depinde de regimul de lucru al acesteia. In fig.1.4 este prezentată variaţia coeficientului de frecare externă în funcţie de presiune şi umiditate, după [Bernacki,1972, pag.39]. Deoarece marea majoritate a sculelor de lucrat solul sunt metalice, de foarte mare importantă este cunoasterea coeficienţilor de frecare sol- metal, (denumit şi coeficient de frecare externă) dar şi a coeficienţilor de frecare internă, 1 .

Rezistenţa la penetrare este o altă caracteristică mecanică deosebit de mult utilizată în aprecierea stării fizice a solurilor. Implicaţiile practice ale cunoaşterii rezistenţei la penetrare sunt variate şi de foarte mare importanţă. Prin cunoasterea rezistenţei la penetrare se poate face o evaluare a stării de tasare a solurilor, reprezintând o cale relativ simplă de estimare indirectă a rezistenţei în lucru a diferitelor maşini de lucrat solul. Pe de altă parte, rezistenţa la penetrare este importantă şi pentru studiul pătrunderii în sol a rădăcinilor plantelor.

Rezistenţa la penetrare se determină cu penetrometrul. Există o mare diversitate de penetrometre, de la cele mai simple, de buzunar, până la penetrometrele cu inregistare si prelucrare automată a datelor pe calculator (exemplu, penetrometrele firmei ELE Internaţional Ltd., Anglia). In fig.1.5. sunt prezentate câteva tipuri de penetrometre de teren. Cele mai simple sunt penetrometrele dinamice, care constau dintr-o tijă metalică cu vârful de formă şi dimensiuni determinate. Pe tijă culisează o piesă ciocan care în cădere loveşte nicovala, determinând patrunderea vârfului conic în sol. Rezistenţa la penetrare se calculează cu formula:

, (daN/Cm2) (2.9)

în care: - RP, este rezistenta la penetrare (daN/cm2 );

- n, este numarul de lovituri aplicate; - M, este greutatea piesei- ciocan (daN); - P, este greutatea penetrometrului fără piesa ciocan, (daN); - H, este înălţimea de cădere a piesei ciocan, (cm);

Fig.2.3. Variaţia coeficientului de frecare , sol/oţel, în funcţie de umiditate, pentru diferite tipuri de sol [Bernacki, 1972, pag.39].

Fig.2.4. Variaţia coeficientului de frecare externă , sol/oţel, în funcţie de presiune şi umiditate, pentru diferite tipuri de soluri, conform [Bernacki,H., 1972, pag.39]. - S , este aria secţiunii vârfului de penetrare, (cm2);- h, este grosimea stratului de sol penetrat, (cm).

In tabelul 2.7. este prezentată o clasificare a solurilor în funcţie de rezistenţa la penetrare [Canarache, A., 1990].

Considerăm că ar fi deosebit de utile pentru practică, stabilirea unor relaţii mai precise între rezistenţa la penetrare şi rezistenţa la arat, pentru că cei doi parametri sunt în strânsă legătură cu gradul de tasare şi cu umiditatea solului. Aceste relaţii ar permite o rapidă clasificare a solurilor din punct de vedere al rezistenţei la arat şi o apreciere cu mai multă exactitate a consumului de combustibil la diversele lucrări ale solului (arat, discuit, scarificat).

Rezistenţa la deplasarea mijloacelor de tracţiune, este egală cu forţa de rezistenţă la rulare, Rr, a roţilor tractorului şi a roţilor de copiere ale masinilor agricole, purtate sau tractate şi depinde

de parametrii constructivi ai roţii (diametrul şi lăţimea obezii, presiunea in pneuri, etc.), de natura şi starea terenului pe care se deplasează maşina şi se calculează cu formula:

Rr = fm .Gm (daN) (2.10)în care:

fm, este coeficientul de rezistenţă la rulare al roţilor sau şenilelor maşinilor agricole, coeficient care depinde de starea terenului (vezi tab.2.8);

Gm , este greutatea maşinii repartizată pe roţi (şenile), (daN). Tab.2.7. Clase de valori ale rezistentei la penetrare [ICPA,1987,vol.3]

Denumire Valori (daN/cm2)

Semnificaţie

Foarte mică sub 11 creştere normală a rădăcinilor

creşte scade

Mică 11- 25 idem rezistenţa Perme-Mijlocie 26- 50 limitare parţială a

creşterii la arat abilita-

Mare 51- 100 rădăcinilor teaFoarte mare 101-150 Rădăcinile nu potExtrem de mare peste 150 creşte

Fig.1.5. Penetrometre;Se constată că valoarea coeficientului de rezistenţă la rulare este mai mică pe terenurile

compactate şi mai mare pe cele afânate .Tab.2.8.Valorile coeficientului de rezistenţă la rulare, pentru tractoare [A.Sandru, V.Neculăiasa, ş.a., 1982]

Natura terenului fm , roţi cu pneuri

f m, pentru şenile

Drum uscat , pe câmp 0,03- 0,05 0,05 - 0,07Ţelină compactă, pajişte 0,05 - 0,07 0,06 - 0,07Mirişte 0,08 - 0,10 0,07 - 0,09Teren grăpat sau lucrat cu cultivatorul 0,16 - 0,19 0,09 - 0,11Teren arat 0,15 - 0,18 0,09 - 0,11Teren noroios 0,25 - 0,30 0,10 - 0,23Drum pe zapadă bătătorită 0,03 0,06

Datorită deformării anvelopei, în zona de contact cu solul, roţile cu pneuri de joasă presiune au o suprafaţă mai mare de sprijin decât roţile cu pneuri de inaltă presiune, fapt care face ca tasarea terenului în urma pneurilor de joasă presiune să fie mai mică.

Rezistenţa la lucrările solului, sau forţa de rezistenţă în lucru a maşinilor agricole, este forţa necesară pentru prelucrarea solului (dislocat, tăiat, deplasat pe suprafaţa de lucru a sculei, aruncat, întors) şi această forţă depinde de mai mulţi parametri: caracteristicile solului (umiditate, grad de compactare), geometria sculei, viteza de lucru.

In mod curent, în calculele de exploatare a agregatelor agricole, se foloseşte termenul de foţăa de rezistenţă la tracţiune, în lucru, a maşinilor agricole , care include şi forţa de deplasare în gol. Formula de calcul este:

Rm = K . Bl , (2.11)în care:

K, este rezistenţa specifică pe metru lăţime de lucru a maşinii agricole, în N/m; Bl , este lăţimea de lucru a maşinii, în m.

In tabelul 2.9. sunt prezentate valorile orientative ale rezistenţei specifice în lucru, pentru câteva tipuri de maşini agricole ( prelucarea este făcută după V.Scripnic şi P. Babiciu, 1979, St. Căproiu s.a. l982). Intre maşinile de lucrat solul, plugul cu cormană este cel mai răspândit, cel mai vechi dar şi cel mai mare consumator de energie. De aceea, pentru lucrarea de arat a fost definită rezistenţa la arat, care este o caracteristică foarte importantă a solurilor, mult utilizată în exploatare. Rezistenţa la arat se determină cu formula:

Ra = Rsp.a.b , (daN) (2.12) în care: Ra , este rezistenta la arat, determinată prin dinamometrare, (daN); Rsp , este rezistenta specifică la arat , (daN/cm2); a, b , sunt adâncimea respectv lăţimea de lucru a plugului, (cm).

Din punct de vedere al rezistentei la arat, solurile se clasifică in urmatoarele categorii [Scripnic, V., Babiciu, P.,1979; Căproiu St., Scripnic, V., Ciubotaru, C., Babiciu, P.,Roş, V., 1982]:

-soluri foarte usoare,....................…...........Rsp < 0,25 daN/cm2 ;-soluri usoare.....................0,25 daN/cm2 <Rsp < 0,35 daN/cm2 ;-soluri mijlocii....................0,35 daN/cm2 <Rsp <0,55 daN/cm2

;-soluri grele....................... 0,55 daN/cm2<Rsp< 0,80 daN/cm2 ;-soluri foarte grele............. ............Rsp >0,80...l,50 daN/cm2.Incadrarea corectă a solurilor în categoria corespunzatoare, din punct de vedere a

rezistenţei specifice la arat, este extrem de importantă pentru practică, pentru că în funcţie de acest parametru se apreciază consumul de combustibil la această lucrare.

O proprietate a solurilor, importantă pentru a putea aprecia uzura sculelor de lucru, este abrazivitatea solurilor. Un sol este cu atât mai abraziv cu cât conţine mai multe particule cu duritate mare, mai mare ca a materialului din care este realizată scula, determinând uzura prematură a acesteia şi în consecinţă, creşterea cheltuielilor de exploatare. Din acest motiv, în ultima vreme, capătă o raspândire din ce în ce mai largă, sculele cu tăişuri detaşabile, realizate din materiale rezistente la uzură (oţeluri speciale, aliate); realizarea cuţitelor cu autoascuţire prin depuneri de aliaje şi materiale metalo-ceramice rezistente la uzură (sormait, relit, perzit), aplicarea unor tratamente termice corespunzătoare sculei. Proprietăţile fizico-mecanice ale solurilor sunt puternic influenţate de umiditatea solului şi de viteza de deplasare a materialului pe sculă. Intre aceste proprietăţi, modificarea coeficientului de frecare sol-oţel este deosebit de importantă, pentru că poate determina scăderea rezistenţei în lucru a sculelor de lucrat solul (pluguri, grape, cultivatoare, maşini combinate).

Una din căile în care cercetătorii îşi pun speranţe privind reducerea rezistenţei în lucru la maşinile de lucrat solul, este folosirea sculelor vibrate, prin autoexcitare sau prin utilizarea vibraţiilor forţate (folosind mecanisme acţionate prin priza de putere sau acţionări hidrostatice).

Am adus în discuţie acest aspect, al lucrărilor solului cu scule vibrate, la acest capitol, solul, pentru că mulţi cercetători [Bernacki, 1972; Canarache, 1990; Richey, 1972; Corduneanu, 1997; Soehne,1959], consideră că reducerea rezistenţei în lucru a organului vibrat poate fi explicată prin modificarea proprietăţilor fizico-mecanice ale solului în urma vibrării; scade coeziunea “C” şi conform relaţiei lui Coulomb (1.6), scade efortul de forfecare ; scade de asemeni coeficientul de frecare sol-oţel, , ca urmare a modificării umidităţii la suprafaţa de contact sol-sculă. In tabelul 1.10. este prezentată variaţia coeficientului de frecare sol/oţel, în funcţie de umiditate şi de frecvenţa vibraţiei [Bernacki,1972]

Tab.2.9. Rezistenţa specifică în lucru pentru principalele maşini de lucrat solul [ prelucrare după V.Scrpnic, P. Babiciu, 1979; St. Căproiu ş.a., 1982, A. Sandru,V.Neculăiasa, ş.a.1983].

Maşina de lucrat solul U.M. Ad.de lucru (cm)

Rezistenţa specifică

Pluguri daN/cm2 20 - 30 0,25 - 1,50Grape cu colţi, uşoare daN/m 2 - 4 30 - 40Grape cu colţi, mijlocii daN/m 4 - 8 50 - 70Grape cu colţi, grele daN/m 8 - 12 80 - 100Grape cu discuri, mijlocii daN/m 5 - 15 200- 300Grape cu discuri ,grele daN/m 15 - 20 400 - 800Tăvălugi netezi daN/m - 120 - 280Tavalugi inelari daN/m - 60 - 130Culţivatoare cu dălţi de afânare

daN/m 18 - 22 500 - 700

Cultivatoare cu săgeţi de afânare

daN/m 6 - 12 80 - 240

Cultivatoare cu organe pe suport elastic

daN/m 10 -12 180 - 200

Subsolier daN 30 -50 600 - 900Freze daN/cm2 6 -25 0,8- 1,7Freze (putere specifică) kW/m 6-25 20- 50Maşini de săpat gropi daN/m 40 -100 180 -360

Până în prezent s-au făcut multe supoziţii privind cauzele reducerii forţei de rezistenţă la tracţiune a sculelor vibrate. S-a stabilit cu certitudine că la viteze mici de mişcare a sculei, efectul vibraţiilor este maxim (cazul organelor de afânare adâncă) [H. Bernacki, 1972; A. Egenmuller, 1958; R.Kepner,1972; I. Corduneanu, 1997].

Prin dinamometrări s-a demonstrat că vibraţiile influenţează puternic forţa de tracţiune necesară organului vibrat, în sensul reducerii acesteia la 50 80% , în comparaţie cu scula de acelaşi tip nevibrată. Dar, puterea consumată pentru acţionarea vibratorului şi pentru tracţiune, depăşeşte de cele mai multe ori puterea necesară sculei nevibrate [R. Kepner, 1972, pag.191]. Parametrii de lucru cu sculele vibrate sunt: viteza de lucru, frecvenţa de oscilaţie a sculei, amplitudinea vibraţiei, direcţia vibraţiei, geometria sculei şi caracteristicile fizico- mecanice ale solului. Cercetările care s-au efectuat şi care se desfăsoară, legate de această problemă a sculelor vibrate de lucrat solul, sunt legate în general de optimizarea acestor parametri şi a relaţiilor dintre ei. In lucrarea "Principles of Farm Machinery" [R.Kepner, pag,191] se menţionează că; ”unii cercetători au constatat că efectele vibraţiilor au fost mult mai pronunţate la frecvenţe care determinau o viteză de avans a sculei, pe ciclu, egală sau puţin mai mică decât distanţa dintre planurile de forfecare provocate de sculele nevibrate”. Acest fapt ne conduce la ipoteza că frecvenţa optimă este o funcţie de caracteristicile solului. Testele care au stat la baza afirmaţiilor făcute mai sus au fost realizate la o frecventă de 10 50 Hz, şi la o amplitudine de 2,54 12,7mm [Kepner, 1972; Bernacki, 1972; Corduneanu, 1997].

Tab.2.10.Dependenta coeficientului de frecare sol-oţel in funcţie de umiditate,w (%) şi de frecventa vibraţiei sculei de lucru, (Hz) .

Umidi-tatea

Coeficientul de frecare sol-oţel,

w (%) Frecvenţa vibraţiei (Hz)

0 17 33 50 672,0 0,460 0,215 0,015 0,006 0,0064,0 0,400 0,195 - - 0,0417,6 0,590 0,170 0,065 0,063 0,01510,5 0,680 0,265 0,015 0,040 0,04013,8 0,660 0,310 0,040 0,040 0,04015,7 0,670 0,264 0,040 0,040 0,04018,5 0,600 0,105 0,306 0,014 0,00922,4 0,560 0,059 0,014 0,014 -

Corduneanu I.[1997] prezintă câteva soluţii constructive şi rezultate experimentale obţinute la încercarea maşinilor pentru afânarea solului la medie adâncime (20- 40cm), cu organe de tip cisel, vibrate şi nevibrate, de diferite forme şi mărimi. Frecvenţa vibraţiilor a fost de 14, 20, 24 Hz, amplitudinea vibraţiilor variind funcţie de adâncimea de lucru, de umiditatea solului şi gradul de compactare, intre 13 mm si 7 mm. Se scoate în evidenţă faptul că rezultatele optime se obţin la vibrarea pe direcţie verticală a sculei. Consumul de energie al sculei vibrate, apreciat prin consumul de combustibil , s-a situat în limitele 8%, faţă de scula nevibrată, deci nu a fost concludent. Importantă este însă constatarea că s-a mărit capacitata de lucru a agregatului, a crescut sensibil gradul de marunţire al solului şi în acest fel au fost înlăturate alte lucrări ulterioare, fapt care a condus la un consum energetic total, pe tehnologia culturii, mai mic cu 9-12% în comparaţie cu tehnologia care foloseşte maşinile convenţionale.

Din lucrările referitoare la influenţa vibraţiilor asupra solului, în general, şi asupra rezistenţei în lucru a sculelor în special [Bernacki, 1972; Kepner,R., 1972], se desprinde ideia că asupra acestor probleme sunt necesare cercetări suplimentare, complexe, interdisciplinare, care vor permite elaborarea de noi tehnologii şi maşini, care să conducă la conservarea şi îmbunătăţirea calităţilor solurilor agricole.

Folosirea maşinilor combinate de lucrat solul, care utilizează organe pasive cât şi organe active, cu acţionare forţată sau prin autoacţionare (în cazul celor vibrate), constituie una din căile pentru reducerea rezistenţei în lucru a maşinilor de lucrat solul şi implicit, pentru reducerea consumului de combustibil, cu efecte benefice asupra calităţii solurilor agricole.

2.2.2. Fertilitatea solului şi metode de ameliorare a acesteiaSolul componentă a biosferei rezultată prin acţiunea factorilor climatici şi biotici asupra

rocilor de la suprafaţa uscatului. şi este o componentă a mediului de viaţă al plantelor.Insuşirea sa esenţială, prin care se deosebeşte de roca mamă, din care s-a format , este

fertilitatea (in româneşte, rodnicia pământului).O definiţie modernă a fertilităţii solului, dată de Gh. Budoi (1996) este, ” Fertilitatea

solului este însuşirea acestuia de a asigura plantele cu factorii de viaţă care se procură din sol (apă, substanţe nutritive, aer, căldură) sau “ însuşirea solului de a asigura condiţii pentru creşterea şi dezvoltarea plantelor, înţelegând atât acumularea şi aprovizionarea factorilor de vegetaţie care se procură din sol, cât şi crearea de condiţii pentru ca acesti factori să fie folosiţi de către plante”.

Fertilitatea ca însuşire esenţială a solului poate fi exprimată prin noţiuni diferite: fertilitatea naturală, artificială, relativă, potenţial productiv al solului, fertilitatea efectivă ş.a.

Fertilitatea naturală, este aceea care se formează ca rezultat al procesului natural de formare a solului şi depinde de toţi factorii naturali care au condus la formarea solului respectiv

(roca mamă, clima, vegetaţia etc.). La solurile necultivate încă, fertilitatea naturală se mai poate numi şi fertilitatea iniţială, înţelegând deci fertilitatea solului înainte ca acesta să fie luat în cultură.

Fertilitatea artificială, este aceea care se formează în urma intervenţiilor omuluui prin diferite măsuri agrofitotehnice şi ameliorative (aplicarea de îngrăşăminte şi amendamente, lucrările solului, irigaţii, desecări, nivelări etc.). Fertilitatea artificială se adaugă celei naturale. Fertilitatea relativă este fertilitatea în raport cu anumite specii sau grupe de plante, condiţii de climă şi metode agrofitotehnice aplicate.

Fertilitatea potenţială, este expresia posibilităţilor maxime ale solului de a pune la dispoziţia plantelor condiţiilke de viaţă (apă, substanţe nutritive) dar care, din anumite motive, nu se manifestă complet.

Potenţialul productiv al solului sa capacitatea de producţie a solului. Acest termen inseamnă mai mult decât fertilitatea solului. Inseamnă cantitatea de biomnasă vegetală produsă în cadrul unui ciclu de vegetaţie la unitatea de suprafaţă. Această productivitate este un atribut al întregului ecosostem; solul cu însuşirile sale, clima, speciile de plante, solurile şi hibrizii cultivaşi, intervenţiile omului etc. Pentru a mări potenţialul productiv al solului, măsurile agrotehnice trebuie îndreptate nu numai spre sporirea fertilităţii efective ci şi a fertilităţii potenţiale, care să corespundă potenţialului biologic riodicat al noilor soiuri şi hibrizi introduşi în cultură.

Fertilitatea efectivă, este fertilitatea care se evidenţiază când solul este cultivat. Ea indică gradul de asigurare a plantelor cu factorii de vegetaţie şi se reflectă prin nivelul recoltelor obţinute.

Culturalizarea solului. Procesul de culturalizare a solurilor constă din intervenţiile omului efectuate asupra solurilor (lucrări, îngrăşăminte, combaterea buruienilor etc.) cu scopul ca însuşirile lor să corespundă la cerinţele plantelor cultivate. Pentru acelaşi tip de sol, pot fi suprafeţe cu grad diferit de culturalizare (slab, mediu, ridicat) în funcţie de măsurile agrofitotehnice şi ameliorative practicate.

2.2.2.1. Indicatorii fertilitatii soluluiIndicatorii fertilităţii se pot încadra în trei grupe: agrofizici, agrochimici şi bilogici.Indicatorii agrofizici sunt constituiţi de totalitatea însuşirilor fizico-mecanice ale solurilor,

însuşiri tratate în detaliu la capitolul “Solul, capitalul cel mai preţios al omului” (grosimea profilului util de sol, textura, structura, porozitate, plasticitate, adeziune, coeziune, grad de compactare, umiditate etc.).

Indicatorii agrochimici cei mai importanţi sunt: capacitatea de adsorbţie cationică, gradul de saturaţie în baze, pH-ul (reacţia solului), conţinutul în elemente nutritive.

Indicatorii agrobiologici sunt: substanţa organică, microflora şi microfauna împreună cu întreaga activitate biologică pe care o determină precum şi starea fitosanitară a solului.

Humusul reprezintă principala formă de materie organică a solului, conţinutul şi calitatea acestuia având un rol determinant asupra fertilităţii solului el conţinând rezerve importante de substanţe nutritive pentru plante (azot, fosfor, potasiu , calciu etc.), substanţe care sunt eliberate treptat şi folosite de către plante.

Solurile bogate în humus au un interval mai larg de umiditate pentru executarea lucrărilor solului, au o rezistenţă specifică (daN/cm2) mai mică, densitatea volumică mai mică (deci sunt soluri mai afânate) şi o capacitate de adsorbţie şi o activitate biologică mai intensă.

2.2.2.2. Metode de ameliorare a fertilitatii soluluiMetodele de ameliorare a fertilităţii soluruilor în conformitatea cu principiile agriculturii

durabile se pot grupa astfel: agrofizice, agrochimice şi agrobiologice.Metodele agrofizice cele mai importante sunt: lucrările solului, afânarea profundă, toate

măsurile de ameliorare a structurii solurilor, drenarea.Metodele agrochimice includ in special aplicarea ingrăşămintelor chimice şi

amendamentelor.

Metodele agrobiologice principale sunt: aplicarea îngrăşămintelor organice, cultivarea ierburilor perene, asolamentul. Prin aceste măsuri se urmăreşte dirijarea procesului de sinteză şi descompunere a materiei organice, îmbogăţirea solului cu azot fixat pe cale simbiotică, înmulţirea microflorei folositoare ş.a.

Fiecare din cele trei măsuri acţionează asupra tuturor însuşirilor solului şi cele mai bune rezultate se obţin când aplicarea lor se face în funcţie de condiţiile pedoclimatice locale.

2.2.3. Poluarea şi deteriorarea solului Solul reprezintă o componentă deosebit de importantă a biosferei, rezultată prin acţiunea factorilor climatici şi biotici asupra rocilor de la suprafaţa uscatului.

Solul este limitat ca extindere. Se estimează că suprafaţa totală a terenurilor este 13.395 miliarde hectare, din care 11% reprezintă terenuri arabile, 22% pajişti şi 30% păduri, ceea ce revine la 0,35 ha arabil/locuitor pe glob şi respectiv 0,495 ha arabil/locuitor în România. Rezerva de teren potenţial arabil este evaluată în general la cca. 3,4 miliarde hectare, iar după unele păreri optimiste la 7 miliarde hectare.

Creşterea demografică şi necesităţile de alimentaţie au relevat necesitatea extinderii terenurilor agricole. În prezent, cca 460 milioane de oameni suferă de malnutriţie. Cu toate acestea se apreciază ca populaţia care poate fi suportată de pământ poate fi de câteva ori mai mare decât cea prezentă. După unii autori, capacitatea pământului ar putea fi de 47 miliarde oameni, la nivelul cerinţelor de alimentaţie şi de pădure de standard american; 157 miliarde omeni la standardul japonez privind consumul de alimente şi respectiv, la standardele asiatice privind cerinţele de cherestea: 97 miliarde de oameni la o „raţie de subsistenţă” de 2500 calorii/zi şi respectiv 50-60 miliarde oameni la o „raţie adecvată” de 400-5000 calorii/zi, cu condiţia ca agricultura să fie practicată cu tehnologia şi cheltuielile de producţie din SUA

Deşi solul este un sistem foarte complex, cu mare capacitate de tamponare şi autoreglare, totuşi, ca orice corp natural, are o anumită limită de încărcare, de suportabilitate.

În ultimul timp, acţiunile de suprasolicitare a ecosistemelor agricole au accentuat instabilitatea şi degradarea solului.

Poluarea solului reprezintă orice acţiune care produce dereglarea funcţionării normale a solului ca mediu de viaţă, în cadrul diferitelor ecosisteme naturale sau create de om, datorită schimbării compoziţiei sale calitative şi cantitative, care afectează negativ evoluţia normală a biocenezei aferente lui şi capacitatea sa bioproductivă.

Degradarea solului reprezintă pierderea prin eroziune a stratului de humus, care afectează negativ fertilitatea sa.

Ambele procese sunt extrem de grave pentru fertilitatea solului, deoarece formarea humusului este un proces foarte lent (3 mm/secol), în timp ce distrugerea sa are loc într-un ritm rapid.

Poluarea solului are la bază atât acţiunea poluanţilor chimici, fizici, biologici şi radioactivi cât şi activitatea antropogenă modernă. Poluarea şi degradarea solului sunt fenomene care se întrepătrund.

Cauzele principale ale degradării şi poluării solului: despăduririle; extinderea oraşelor, căilor de comunicaţie; extinderea platformelor industriale, a deponiilor (materiale rezultate din săpături) şi a

haldelor (depozite de steril, provenite din lucrările miniere); extinderea culturilor agricole; aplicarea neraţională a irigaţiilor; asanarea mlaştinilor; contaminarea şi intoxicarea solului cu agenţi patogeni, metale grele, reziduuri, pesticide,

emisii industriale, emisii radioactive.

În afară de rolul lor în asigurarea hranei, culturile agricole joacă şi un important rol ecologic. Se estimează că o plantaţie matură pe o suprafaţă de 1 hectar, trimite în atmosferă 16-30 t oxigen; reţine 30-70 t particule de praf, suspensii; participă la reducerea substanţială a CO2 din atmosferă; reglează temperatura mediului (iarna, creşte temperatura cu 1-20 C, iar vara scade cu 5-60C.

Sistemul intensiv al agriculturii moderne, necesită un flux energetic intens, a pus în circuit şi energia solară acumulată anterior sub formă de combustibil fosil, a generalizat folosirea energiei mecanice în prelucrarea solului şi a energiei chimice (îngrăşăminte, pesticide) pentru creşterea fertilităţii şi a productivităţii. În felul acesta, sistemul plantă-sol a ieşit de sub influenţa legităţii naturale şi a devenit dependent de aportul de energie dinafară. Drept consecinţă, nu se poate asigura menţinerea echilibrului fizico-chimic în timp îndelungat, ceea ce duce la degradare.

Ca urmare a chimizării exagerate, apar procese involutive, viaţa microbiană a solului dispare, se produce destabilizarea structurală, are loc descompunerea complexelor organominerale. Pentru a se putea produce, pentru a se putea menţine fertilitatea solului este necesară aplicarea în continuare a îngrăşămintelor chimice, ceea ce aduce solul la intoxicare, iar degradarea nu mai poate fi evitată

Cu scopul de a extinde suprafaţa arabilă, s-a trecut la asanarea mlaştinilor. Această tendinţă a condus la efecte negative privind menţinerea echilibrului biologic natural. Se apreciază că 1 ha de mlaştină produce 22 t substanţă organică uscată, faţă de 3,4 t cât produce un ha cultivat cu grâu. Mlaştina este un uriaş producător de materie vie, care fertilizează solurile şi hrăneşte platoul continental. Zonele mlăştinoase îndeplinesc numeroase funcţii în ecosistem: absorb apa, împiedică inundaţiile, servesc drept sistem natural de filtrare şi purificare a apei, realimentează sistemele de ape freatice, contribuie la stabilizarea topografică a litoralului, adăpostesc mii de specii de păsări, peşti şi plante. Deforestarea şi secarea mlaştinilor, bălţilor cauzează dezechilibre foarte ari, irecuperabile.

Folosirea produselor chimice (pesticide, erbicide, fertilizanţi) se constituie într-o importantă sursă de poluare a solului, printr-un proces de impurificare şi indirect, de degradare.

Deteriorarea solului are loc şi prin lucrările de exploatare a zăcământului la zi şi în subteran. Se apreciază că în anul 2000, prin continuarea în acelaşi ritm de smulgere a bogăţiilor din sol şi subsol, s-au degradat circa 12 milioane ha teren: Anglia – 70.000 ha; Germania – 15.000 ha; Cehia şi Slovacia – 30.000 ha; Bulgaria 30.000 ha; Polonia 30.000 ha; România – 11.000 ha; fosta URSS – 1.000.000 ha etc.

Deteriorarea solului prin supraexploatarea unor resurse biologice s-a realizat ca urmare a unor acţiuni de despăduriri şi de suprapăşunat. Despăduririle masive conduc la eroziunea solului, ariditatea climatului şi creşterea vitezei vântului. Păşunatul intensiv conduce la erodarea solului, dezgolirea habitatului, înlăturarea vegetaţiei, cu efecte complexe asupra solului şi ecosistemului în general.

Aplicarea neraţională a irigaţiilor conduce la eroziunea solurilor, constituie cauza directă a poluării apelor cu sedimente, a colmatării solurilor de luncă şi contribuie la scoaterea prematură din funcţie a bazinelor de acumulare şi a rezervoarelor de apă.

În regiunile aride, apa folosită pentru irigaţii, evaporându-se rapid conduce la apariţia fenomenului de sărăturare a solului. Istoricii apreciază că irigaţiile neraţionale au fost cele care au transformat Mesopotamia în deşertul irakian de astăzi.

Reziduurile menajere şi deşeurile din industrie, agricultură şi comerţ deversate în mediu, conduc la înrăutăţirea stării de sănătate a solurilor şi au modificat abundenţa geochimică a elementelor în sol.

Abundenţa actuală a elementelor chimice din sol este o rezultantă a două componente: una de natură geogenă şi alta de natură antropogenă.

Componenţa geogenă este predominantă şi este formată din moştenirile rezultate din roca parentală, influenţate în timp de modificările datorate proceselor pedogenetice. Se apreciază cantitativ prin valorile coeficientului global de abundenţă geochimică a elementelor în sol (CGAG)

şi a indicelui de abundenţă pedogeochimică locală (IAPgL). CGAG rezultă din raportarea conţinutului mediu în sol al elementului din soluri la valoarea clarkului.

Valorile subunitare ale coeficientului global de abundenţă geochimică a elementului în sol sunt caracteristice pentru elementele cu abundenţă litosferică ridicată şi supraunitare pentru cele cu abundenţă litosferică scăzută.

Bibliografie1. Axinte, Stela; 1983. Agricultură, partea I, Pedologie şi probleme generale de agrotehnică şi fitotehnie. Curs; Litografia I.P. IASI. 2. Bernacki, H .et all.; 1972. Agricultural Machines, Theory and Construction, vol. I, Naţional Technical Information Service, Springfield, Ilinois, USA.4. Budoi, Gh., Penescu, A. 1996..Agrotehnica, 1996. Editura CERES. 3. Black, C.A., Evans, D. D.; 1965. White, L.E., Susninger, L.E., Clarck, F.E. Methods of Soil Analysis, part I. Madison, Wisconsin, USA. 4. Canarache Andrei.; 1990. Fizica solurilor agricole. Editura CERES, Bucureşti, România.5. Căproiu, Şt., Scripnic, V., Ciubotaru, C., Babiciu, P.,Roş, V.; 1982. Maşini agricole de lucrat solul, semănat, întreţinerea culturilor şi combaterea dăunătorilor. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti. 6. Conea, Ana; Vintilă, Irina; Canarache, Andrei; 1977. Discţionar de ştiinţa solului. Editura ştiinţifică şi enciclopedică, Bucureşti. 7. Corduneanu Ion. Cercetări privind mecanizarea lucrărilor pe pante. Teză de doctorat; Universitatea Tehnică Iaşi; 1997.8. Crăciun V.;1992. Instalaţie pentru lubrifierea plugurilor. Mecanizarea agriculturii, nr. 2. 9. Egenmuller, A.; 1958. Field Experiments With an Oscilating Plough BodyGrundlagen der Landtechnik, nr. 10.10.Gill W.E., Van den Bergh; 1967. Soil Dynamic in Tillage and Traction. Agricultural Handbook, nr.316, Springfield, Illinois, USA 11.Guş P., Naghiu Alexandru, Rusu Teodor, Bogdan Ileana; 1998. Avantajele şi dezavantajele sistemelor minime de lucrare a solului. Volumul TransAgraTech- Cluj-Napoca, România.12. Henin S. ;1977. Cours de physique de sol. Orstom, Paris. 13. Kepner R.A., Bainer R., Barger L.E.; 1972. Principles of Farm Machinery. The Avi Publishing Company, INC, Westport, Connecticut, USA.14. Obrejanu Gr.; 1964. Metode de cercetare a solului, Editura Academiei Republicii Populare Române 15. Şandru A., Neculăiasa V, ş.a.; 1982 Exploatarea utilajului Agricol. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, România. 16. Shafer R.L., Gill W.R., Reaves G.A.;1979. Experiences With Lubricated Plows. Transactions of tjhe ASAE, nr.1, USA.17. South Dakota State University; 1989. Research Summary, May 1990, Brookings, South Dakota, USA.18. American Society of Agricultural Engineers; 1983- 1984. Yearbook of Standards, USA.