2 ЛАБОРАТОРНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ПОЧВ
2.1 Подготовка образца почвы к анализу
После отбора почвенных проб (образцов) в поле их высушивают в хорошо проветриваемом помещении или в специальных сушильных камерах при температуре воздуха не более 40 ºС. Можно высушить образцы и на улице в тени, прикрыв их бумагой. Исключение составляют пробы, в которых анализ необходимо проводить в состоянии естественной влажности.
Образец почвы 500–1000 г распределяют тонким слоем на листе бумаги. Крупные комочки почвы в образце раздавливают руками, тщательно отбирают корни, включения и новообразования. Затем почву выравнивают в виде квадрата или прямоугольника и делят по диагоналям на четыре части. Две противоположные части почвы ссыпают в картонную коробку и хранят в нерастертом состоянии. В коробку вкладывают один экземпляр этикетки, а другой наклеивают на ее стенку снаружи. На этикетке указывают номер разреза, глубину взятия, место взятия, фамилию, имя, отчество студента и номер группы. Оставшуюся на бумаге почву тщательно перемешивают, разравнивают тонким слоем и из разных мест небольшой ложкой берут на всю глубину слоя почву в два бумажных пакетика так, чтобы общий вес каждого составлял 30–40 г. В дальнейшем почву из одного пакетика будут использовать для определения гумуса (№ 1), второго – для определения механического состава (№ 2).
Оставшуюся часть почвы измельчают в фарфоровой ступке пестиком с резиновым наконечником и просеивают через колонку сит.
Для определения наименьшей влагоемкости отбирают образец в 10 г из почвы, прошедшей через сито 3 мм (№ 3).
Всю остальную почву растирают в ступке и просеивают до тех пор, пока на сите с отверстиями 1 мм не останется только каменистая часть почвы. Эту почву ссыпают в бумажный пакет и используют для большинства анализов (№ 4).
На всех пакетах необходимо указать для какого анализа предназначается почва, фамилию студента и номер группы.
Подготовка почвы к определению гумуса. При подготовке почвы к анализу на содержание гумуса тщательно отбирают корни и различные органические остатки. Среднюю пробу нерастертой почвы разравнивают тонким слоем на листе белой бумаги и пинцетом отбирают корешки и видимые органические остатки.
Затем комки почвы растирают в ступке и вновь отбирают органические примеси, просматривая почву под лупой. После этого ее растирают в фарфоровой ступке и пропускают через сито с отверстиями 1 мм.
Из просеянной почвы берут среднюю пробу 10–15 г, разравнивают ее тонким слоем на листе восковки или пергаментной бумаги и снова отбирают корешки наэлектризованной стеклянной палочкой (ее надо потереть суконкой или шерстяной тряпочкой и быстро провести палочкой над почвой).
Корешки и мелкие кусочки органических остатков, прилипающие к палочке, удаляют. Не следует подносить палочку слишком близко к почве, так как в этом случае к ней прилипают и тонкие минеральные частицы.
После отбора корешков почву вновь растирают в фарфоровой ступке и просеивают через сито с отверстиями 0,25 мм. Оставшиеся после просеивания на сите песчаные частицы растирают в ступке, просеивают и смешивают со всей растертой почвой. Подготовленную почву хранят в бумажном пакете или пробирке, закрытой пробкой.
Подготовка почвы к определению гранулометрического состава. Почву из пакета № 2 высыпают на бумагу, удаляют корешки и органические остатки, растирают в фарфоровой ступке пестиком с резиновым наконечником. Затем просеивают через сито с отверстиями в 1 мм.
Форма записи результатов
Общие сведения об образце:
Разрез № _____________
Горизонт _____________
Глубина взятия образца _________________
Общий вес образца _____________________
Название почвы ________________________________________
Название хозяйства, откуда взят образец ___________________
Оборудование и материалы. 1. Нерастертый образец почвы, высушенный до воздушно-сухого состояния. 2. Фарфоровая ступка с фарфоровыми и резиновыми пестиками. 3. Колонка почвенных сит. 4. Картонные коробки размером 20 10 8 с крышками. 5. Листы плотной бумаги, совочки, шпатели.
2.2 Определение гигроскопической влажности
Величина, характеризующая содержание в почве влаги в данный момент, называется влажностью почвы. Для большинства анализов в лаборатории почву просушивают до воздушно-сухого состояния. Такая почва всегда содержит некоторое количество влаги, называемой гигроскопической. Это связано с тем, что почва способна адсорбировать парообразную влагу из воздуха и прочно удерживать ее на поверхности частиц.
Наибольшее количество гигроскопической влаги почва содержит при полном насыщении воздуха водяным паром. Это количество гигроскопической влаги называется максимальной гигроскопической влажностью.
Гигроскопическая и максимальная гигроскопическая влажность выражаются в процентах от массы сухой почвы. Значение гигроскопической влажности используется в аналитической практике для вычисления сухой массы почвы или коэффициента пересчета результатов анализа воздушно-сухой почвы на сухую.
Знание максимальной гигроскопической влажности позволяет вычислить влажность завядания растений и подсчитать запасы доступной (продуктивной) и недоступной влаги в почве.
Техника выполнения работы. На технохимических весах взвешивают пустой алюминиевый стаканчик (бюкс). В алюминиевом стаканчике отвешивают на аналитических весах 10 г воздушносухой почвы, просеянной через сито с отверстиями 1 мм. Почву в стаканчике сушат в сушильном шкафу 6 ч, после чего стаканчик с почвой снова взвешивают.
Результаты определения гигроскопической воды в почве записывают по следующей форме:
№ бюкса _______________
Масса пустого бюкса (а), г ______________
Масса бюкса с почвой до сушки (в), г _________________
Масса бюкса с почвой после сушки (с), г _________________
Гигроскопическую влажность А (в %) вычисляют по формуле
Для пересчета результатов анализов с воздушно-сухой почвы на абсолютно сухую применяется коэффициент гигроскопичности
который вычисляют по формуле
Оборудование и материалы. 1. Алюминиевые бюксы. 2. Технохимические весы. 3. Термостат или сушильный шкаф. 4. Коробка с почвой. 5. Мерные цилиндры на 100 см3 и 50 см3. 6. Раствор хлорида кальция. 7. Дистиллированная вода.
2.3 Определение гранулометрического состава почв методом М.М. Филатова
Твердая фаза почвы состоит из частиц различных размеров, которые называются механическими элементами или гранулами.
Сумму всех механических элементов почвы размером меньше 0,01 мм называют физической глиной, а больше 0,01 мм – физическим песком. Кроме того, выделяют мелкозем, в который входят частицы меньше 1 мм, и почвенный скелет – частицы больше 1 мм.
Отдельные группы механических элементов по-разному влияют на свойства почвы. Это объясняется неодинаковым их минералогическим и химическим составом и разными физическими и физико-химическими свойствами. Относительное содержание в почве или породе механических элементов называется гранулометрическим составом, а количественное определение их – гранулометрическим анализом.
В полевых условиях и в лаборатории гранулометрический состав почв приближенно определяют по внешним признакам и на ощупь. Для точного его установления применяют лабораторные методы, позволяющие находить количество всех групп механических элементов, слагающих почву или породу.
Все группы гранулометрического состава почв и пород (песок, супесь, суглинок песчанистый, суглинок пылеватый и т. д.) можно различать по ряду признаков. Зная эти признаки и имея соответствующий навык, можно быстро и с достаточной точностью определять гранулометрический состав в полевых условиях.
Техника определения гранулометрического состава методом М.М. Филатова. Определение содержания песка в почве проводится так. В мерный цилиндр вместимостью 100 см3 насыпают ту же почву, в которой определялась глина, так, чтобы она при уплотнении заняла объем 10 см3. Затем приливают воды до 100 см3, размешивают стеклянной палочкой и дают отстояться 90 с, в течение которых частицы песка осядут на дно цилиндра, а частицы пыли и глины останутся взвешенными в воде. Осторожно сливают мутную оводуисновавоставшийсяосад 3кдоливаютводыдо100 см, хорошо размешивают, дают отстояться в 90 с и снова сливают мутную воду. Все это проделывают до тех пор, пока после очередного отстаивания в течение 90 с вода остается совершенно прозрачной. Тогда измерив объем оставшегося песка, высчитывают его количество, принимая каждый см3 осевшей почвы за 10 % песка.
Определение содержания глинистых частиц в почве производится нижеследующим образом. В мерный цилиндр вместимостью 50 см3 насыпают почву, просеянную через сито с отверстиями в 1 мм так, чтобы при легком уплотнении (путем легкого постукивания цилиндра) она заняла объем 5 см3. Затем приливают 30 см3 воды и 5 см3 хлорида кальция в качестве электролита. Хорошо размешивают содержимое стеклянной палочкой и, долив цилиндр водой до 50 см3, оставляют на 30 мин отстаиваться. После этого определяют приращение почвы, пересчитав его на 1 см3 сухой почвы и вычисляют процентное содержание глинистых частиц по нижеследующей таблице.
Процент пыли определяют, вычитая из 100 процентов содержание песка и глины. Название почвы по гранулометрическому составу дают, учитывая соотношение песка и глины в почве. Если на 1,0 часть глины приходится 0,8–1,0 части песка, почва называется глинистой, при 2–3 частях песка – суглинистой тяжелой, при 3– 4 частях – среднесуглинистой, при 4–5 частях – легкосуглинистая, при 7–8 – супесчаной, при 9–10 частях – песчаной.
Техника определения гранулометрического состава в поле (метод раскатывания). Гранулометрический состав можно определить в сухом и влажном состоянии. Для его определения образец растертой почвы увлажняют и перемешивают до тестообразного состояния, при котором почвы обладают наибольшей пластичностью. При определении гранулометрического состава карбонатных почв и пород применяют вместо воды 10 %-ю НСl с целью разрушения водопрочных агрегатов. Из подготовленной почвы на ладони скатывают шарик и пробуют раскатать его в шнур толщиной около 3 мм, затем свернуть в кольцо диаметром 2–3 см, по которому и судят о гранулометрическом составе.
1. Наряду с мелкоземом, т. е. частицами меньше 1 мм, в почве много более крупных обломков горных пород – каменистые почвы.
2. В почве более 90 % песчаных частиц и небольшое содержание физической глины. В сухом состоянии комок почвы легко раздавливается. Из влажного образца нельзя скатать ни шнура, ни даже шарика – песчаная почва.
3. Почва похожа на песчаную, но содержит несколько больше физической глины. В сухом состоянии образует непрочные комки. Из влажного образца нельзя скатать шнур, но можно скатать шарик величиной с грецкий орех – супесчаная почва.
4. В почве содержится до 60 % физической глины. При царапании ножом сухой глыбки образуется черта. Из влажного образца можно скатать шарик, который при сдавливании образует лепешку с трещинами по краям. При раскатывании шарика образуется шнур, который при изгибании образует трещины – суглинистая почва.
5. В почве содержится до 80 % и более физической глины. Сухие комки очень твердые и плохо поддаются раздавливанию между пальцами. При растирании ощущается очень однородная масса. Из влажного образца можно скатать шарик, который при раздавливании образует лепешку без трещин по краям. При раскатывании шарика образуется длинный тонкий шнур, который не ломается и не дает трещин при изгибании – глинистая почва.
Форма записи результатов
Оборудование и материалы. 1. Технохимические весы. 2. Коробка с почвой. 3. Мерные цилиндры на 100 см3 и 50 см3. 4. Раствор хлорида кальция. 5. Дистиллированная вода. 6. Образец почвы, просеянной через сито 1 мм. 7. Стеклянные палочки.
1. Какие первичные минералы широко распространены в рыхлых породах, почвах и почему? 2. Какие минералы называются вторичными и какова их роль в почвовобразовании и плодородии почв? 3. Как характеризуются гранулы (механические элементы) и чем отличаются их группы по составу и свойствам? 4. Что называется гранулометрическим составом и каковы принципы построения классификации почв по гранулометрическому составу? 5. Как проявляется влияние гранулометрического состава почв (легких, средних и тяжелых) на их агрономические свойства?
2.4 Определение агрегатного состава почвы и водопрочности почвенных агрегатов методом Н.И. Саввинова
Под структурой почвы понимают совокупность агрегатов или структурных отдельностей различной величины, формы, пористости, механической прочности и водопрочности.
Агрегаты диаметром больше 0,25 мм называют макроагрегатами, мельче 0,25 мм – микроагрегатами.
Агрономически ценной является комковато-зернистая структура с размером агрегатов от 0,25 до 10,0 мм, обладающих пористостью и водопрочностью. Такая структура обусловливает наиболее благоприятный водно-воздушный режим почвы. Водопрочными называются агрегаты, которые противостоят размывающему действию воды.
В задачу агрегатного анализа входит: 1) определение содержания агрегатов того или иного размера в пределах 0,25–10 мм; 2) выявление количества водопрочных агрегатов из выделенных структурных отдельностей.
Число агрегатов определенного размера находят методом «сухого» агрегатного анализа, а водопрочных агрегатов – методом «мокрого» агрегатного анализа.
Метод «сухого» агрегатного анализа. Из образца нерастертой воздушно-сухой почвы берут среднюю пробу 0,5–2,5 кг. Осторожно выбирают корни, гальку и другие включения. Среднюю пробу просеивают через колонку сит с диаметром отверстий 10; 5; 3; 2; 1; 0,5; 0,25 мм. На нижнем сите должен быть поддон. Почву просеивают небольшими порциями (100–200 г), избегая сильных встряхиваний. Когда сита разъединяют, каждое из них слегка постукивают ладонью по ребру, чтобы освободить застрявшие агрегаты.
Агрегаты с сит переносят в отдельные фарфоровые или алюминиевые чашки. Когда всю среднюю пробу просеют и разделят на фракции, каждую фракцию взвешивают на технохимических весах и рассчитывают ее содержание в процентах от массы воздушносухой почвы.
Коэффициент структурности при сухом просеивании определяют по формуле
Главное качество почвенной структуры – водопрочность, т. е. способность комочков противостоять размыванию водой.
Чем богаче почва минеральными и органическими коллоидами, тем шире возможности для ее агрегации. Процесс образования структуры протекает под влиянием коагуляции коллоидов, склеивания механических элементов коллоидными пленками, а также под воздействием корней растений, гиф грибов, оплетающих почвенные комки и зерна и проникающих внутрь их.
Особенно большое значение для образования структуры почвы имеет гумус. Как коллоидное вещество, он под влиянием катионов кальция и магния способен переходить в необратимую форму и давать прочный и не растворимый в воде гель. Этот гель, играющий роль клея, и придает структурным агрегатам водопрочность.
Метод «мокрого» агрегатного анализа. Навеску почвы 50 г составляют из отсеянных структурных фракций. Из каждой фракции отвешивают на технохимических весах количество структурных отдельностей (в граммах), равное половине процентного содержания данной фракции в почве. Фракцию меньше 0,25 мм не включают в среднюю пробу, чтобы не забивались нижние сита при просеивании почвы. Поэтому навеска всегда бывает меньше 50 г.
Подготавливают набор из пяти сит с диаметром отверстий (сверху вниз) 3; 2; 1; 0,5; 0,25 мм. Сита скрепляют металлическими пластинками и устанавливают в баке с водой так, чтобы над бортом верхнего сита находился слой воды 5–6 см.
Навеску высыпают в литровый цилиндр и насыщают водой, которую приливают осторожно по стенкам цилиндра, чтобы вытеснить из почвы воздух, не защемляя его (защемленный воздух разрушает агрегаты). Увлажненную почву оставляют на 10 мин в покое, после чего цилиндр доливают водой доверху. Для полного удаления воздуха цилиндр закрывают часовым стеклом, наклоняют до горизонтального положения и ставят вертикально. Когда воздух будет удален, цилиндр закрывают пробкой, следя, чтобы под ней не осталось воздуха, и быстро переворачивают вверх дном. Держат в таком положении, пока основная масса агрегатов не упадет вниз. Затем цилиндр переворачивают и ждут, когда почва достигнет дна. Так повторяют 10 раз, чтобы разрушить все непрочные агрегаты.
При последнем обороте оставляют цилиндр дном кверху, переносят к набору сит и погружают в воду над верхним ситом. Под водой открывают пробку цилиндра и, не отрывая его от воды, плавными движениями распределяют почву на поверхности верхнего сита.
Через минуту, когда все агрегаты больше 0,25 мм упадут на сито, цилиндр закрывают пробкой под водой, вынимают из воды и отставляют.
Почву, перешедшую на сито, просеивают под водой следующим образом: набор сит поднимают в воде, не обнажая оставшихся агрегатов на верхнем сите, и быстрым движением опускают вниз. В этом положении держат 2–3 секунды, чтобы успели просеяться агрегаты, затем медленно поднимают вверх и быстро опускают вниз. Сита встряхивают 10 раз, затем вынимают из бака два верхних сита, а нижние встряхивают еще 5 раз. Оставшиеся на ситах агрегаты смывают струёй воды в большие фарфоровые чашки. Избыток воды в чашках сливают. Из больших чашек агрегаты смывают в заранее взвешенные маленькие чашечки, затем высушивают на водяной бане до воздушно-сухого состояния и взвешивают. Масса фракций, умноженная на 2, дает процентное содержание водопрочных агрегатов того или иного размера. Процент агрегатов меньше 0,25 мм определяют вычитанием из 100 суммы процентов полученных фракций.
Таблица 5 – Оценка структурного состояния почвы
Коэффициент при мокром просеивании определяют по формуле
Форма записи результатов
Оборудование и материалы. 1. Образец нерастертой почвы массой 500 г. 2. Колонка почвенных сит. 3. Технохимические весы. 4. Алюминиевые или фарфоровые чашки. 5. Мерные цилиндры на 1000 мл. 6. Водяная баня или электроплитка. 7. Кастрюля с водой вместимостью 10 л. 8. Резиновые груши.
1. Что такое структура почвы и в чем особенности ее оценки в морфологическом и агрономическом отношении? 2. Какие процессы определяют образование структуры, ее утрату и каковы приемы восстановления структуры почвы? 3. В чем заключается роль структуры почвы в формировании ее свойств, режимов и плодородия?
2.5 Определение общих физических свойств почвы
2.5.1 Определение плотности твердой фазы почвы пикнометрическим методом
Почва как физическое тело состоит из четырех фаз: твердой, жидкой, газообразной и населения почвы. Твердая фаза представлена минеральными и органическими веществами, жидкая – водой с растворенными в ней соединениями (почвенный раствор), а газообразная – почвенным воздухом.
Плотностью твердой фазы почвы называется отношение массы твердой фазы почвы в сухом состоянии к массе равного объема воды при температуре +4 °C. Эта величина зависит от природы входящих в почву минералов и от количества органического вещества.
В среднем плотность твердой фазы у большинства почв равна 2,50–2,65 г/см3 и изменяется в зависимости от указанных причин. Чем больше гумуса содержит почва, тем меньше плотность твердой фазы. Так, чернозем с 10 %-м содержанием гумуса имеет плотность твердой фазы около 2,4 г/см3, а дерново-подзолистая почва с 2,5 %-м содержанием гумуса – 2,6 г/см3. У торфов плотность твердой фазы зависит от степени разложения и зольности торфа и колеблется от 1,4 до 1,7 г/см3. Некоторые скелетные почвы имеют плотность твердой фазы 3,0 г/см3.
Знание плотности твердой фазы почвы необходимо для вычисления пористости почвы. Кроме того, плотность твердой фазы почвы дает некоторую ориентировку в петрографическом составе входящих в почву минералов и указывает на соотношение минеральной и органической частей.
Плотность твердой фазы почвы определяют пикнометрическим способом. Для ее вычисления надо знать объем и массу твердой фазы почвы. При пикнометрическом способе объем твердой фазы находят путем вытеснения воды взятой навеской почвы.
Ход анализа
1. В колбу наливают около 250 мл дистиллированной воды, кипятят примерно полчаса для удаления из нее растворенного воздуха и охлаждают до комнатной температуры.
2. Берут пикнометр (или мерную колбу) на 100 мл, наливают в него до метки прокипяченную и охлажденную дистиллированную воду, измеряют температуру и взвешивают на аналитических весах.
3. Из просеянного через миллиметровое сито образца отвешивают на аналитических весах в стеклянный стаканчик или в какуюлибо другую тару 9–10 г воздушно-сухой почвы. Одновременно берут навеску для определения гигроскопической влаги, если ее не определяли.
4. Из взвешенного пикнометра выливают немного больше 1/2 объема воды и высыпают в него навеску почвы. Стаканчик, в котором находилась почва, снова взвешивают и по разности между стаканчиком с почвой и пустым стаканчиком находят массу почвы, взятой для определения плотности твердой фазы.
5. Почву и воду в пикнометре кипятят 30 мин для удаления воздуха, доливая дистиллированной водой по мере выкипания до половины его объема.
6. После кипячения пикнометр с содержимым охлаждают до комнатной температуры и доливают прокипяченную и охлажденную воду до метки, вытирают снаружи фильтровальной бумагой и взвешивают на аналитических весах. Нужно следить, чтобы температура пикнометра с водой и почвой и первоначальная температура пикнометра с водой были одинаковыми.
7. Плотность твердой фазы почвы вычисляют по формуле
где d – плотность твердой фазы, г/см3; А – навеска сухой почвы, г; В – масса пикнометра с водой, г; С – масса пикнометра с водой и почвой, г.
Форма записи результатов
2.5.2 Определение плотности почвы из рассыпного образца
Плотностью почвы называют массу единицы ее объема в естественном сложении. При определении плотности узнают массу почвы в определенном объеме со всеми порами. Определяя плотность твердой фазы, узнают массу твердой фазы почвы, занимающей весь объем, без пор. Таким образом, плотность сложения одной и той же почвы всегда будет меньше плотности ее твердой фазы. Плотность характеризует взаимное расположение почвенных частиц и агрегатов и выражается в граммах на 1 см3. Она зависит от гранулометрического состава, содержания органического вещества и структурного состояния почвы.
Плотность сложения минеральных почв колеблется от 0,8 до 1,8 г/см3. В верхних горизонтах черноземных почв плотность составляет 1,0–1,2, в нижних – 1,3–1,6 г/см3. У почв с небольшим содержанием гумуса плотность около 1,3–1,6 г/см3. В нижних горизонтах почв с плотным сложением она составляет 1,6–1,8 г/см3. Плотность целинных верховых болотных почв 0,04–0,08, старопахотных низинных болотных почв 0,2–0,3 г/см3.
Знание плотности почвы позволяет высчитывать запасы воды, питательных веществ в пахотном или любом другом горизонте почвы. Таким образом, определение плотности почвы имеет важное агрономическое значение.
От плотности почвы зависят водно-воздушные, тепловые и биологические свойства. С уплотнением суглинистых и глинистых почв уменьшается общая пористость и объем пор аэрации, увеличивается объем неактивных пор, в которых вода практически недоступна растениям, снижается скорость фильтрации, затрудняется распространение корней.
Чрезмерно рыхлое состояние почвы также неблагоприятно, так как почва при этом быстро иссушается, нарушается контакт семян, корней растений с почвой. Отрицательное влияние повышенной плотности на легких почвах (пески и супеси) сказывается слабее или вовсе не сказывается для ряда культур.
В лабораторных условиях плотность сложения почвы определяют из рассыпного образца с нарушенным сложением почвы. Но такой метод не дает действительного представления о плотности сложения почвы в ее естественном залегании.
Ход анализа
1. Берут цилиндр (бюкс). Взвешивают его.
Насыпают в цилиндр почву из нерастертого образца, уплотняя ее по мере наполнения (постукивают дном цилиндра о ладонь руки). Измеряют высоту насыпного слоя почвы, диаметр цилиндра и определяют объем почвы.
Взвешивают цилиндр с почвой.
2. Вычисляют плотность сложения почвы (dV) по формуле
где d v – плотность сложения почвы, г/см 3, P – масса сухой почвы, г; V – объем почвы, см3.
Объем цилиндра вычисляем по формуле
где π= 3,14; r – радиус цилиндра, см; h – высота цилиндра, см.
Форма записи результатов
Таблица 6 – Оценка плотности сложения суглинистых и глинистых почв (по Н.А. Качинскому)
2.5.3 Расчет общей пористости
Между механическими элементами и агрегатами в почве имеются промежутки – поры. В них размещаются вода, воздух, микроорганизмы, корни растений. Объем пор в почве, их размер зависят от гранулометрического состава, структуры и плотности почвы. Количество пор и соотношение их по размерам определяют важнейшие свойства почв, и прежде всего водно-воздушные.
Суммарный объем пор в почве в единице объема называется общей пористостью. Общая пористость подразделяется на капиллярную и некапиллярную (поры аэрации). Некапиллярные поры обычно заняты почвенным воздухом. Вода в них находится под действием гравитационных сил и не удерживается. В капиллярных порах размещается вода, удерживаемая менисковыми силами.
Поры, в которых находятся капиллярная вода, почвенный воздух, микроорганизмы и корни растений, называются активными. К неактивным относят поры, занимаемые связанной водой (прочносвязанная и рыхлосвязанная вода).
В агрономическом отношении важно, чтобы почвы располагали большим объемом капиллярных пор и при этом имели некапиллярную пористость не менее 20–25 % от общей пористости. Если при влажности почвы, соответствующей предельной полевой влагоемкости, в почве находится наибольшее количество капиллярноподвешенной влаги, а объем пор аэрации составляет величину меньше указанной, необходимы агротехнические или мелиоративные мероприятия по улучшению аэрации почв.
Общую пористость можно рассчитать на основании плотности твердой фазы и плотности сложения почвы по формуле
где Ск – общая пористость, проц.; d – плотность твердой фазы почвы, г/см3; dV – плотность сложения почвы, г/см3.
Для оценки общей пористости (в %) суглинистых и глинистых почв Н.А. Качинский предлагает нижеследующую шкалу:
>70 Избыточно пористая. Почва вспушена.
55–65 Отличная. Культурный пахотный слой.
50–55 Удовлетворительная для пахотного слоя.
<50 Неудовлетворительная для пахотного слоя.
40–25 Чрезмерно низкая. Характерна для уплотненных иллювиальных горизонтов.
2.5.4 Расчет пористости аэрации
Пористость аэрации – это часть общей пористости почвы, заполненная воздухом. Она равна разности между объемом общей пористости и объемом воды, которая содержится в почве в момент определения пористости.
Пористость аэрации вычисляют на основании данных общей пористости, влажности и плотности сложения почвы и выражают в процентах по отношению к объему почвы.
Расчет скважности аэрации (АЭ) производят по формуле
где АW – содержание воды в объемных процентах. Эту величину вычисляют по формуле
где W – влажность почвы, проц.; dV – плотность сложения почвы, г/см3.
Оборудование и материалы. 1. Пикнометры емкостью 100 мл. 2. Воронки. 3. Аналитические весы. 4. Электроплитка. 5. Кипяченая остуженная вода. 6. Почва, просеянная через сито 1 мм. 7. Нерастертый образец почвы. 8. Аллюминиевые цилиндры. 9. Технохимические весы. 10. Линейка.
1. Дайте понятия плотности сложения, плотности твердой фазы, пористости почвы и их агрономическую оценку. 2. Какова оптимальная плотность почвы для сельскохозяйственных культур? 3. Что такое равновесная плотность почвы? 4. От каких свойств почвы зависит плотность сложение почвы, плотность твердой фазы, пористость? 5. Укажите приемы регулирования общих физических свойств почв.
2.6 Определение водно-физических свойств почвы
Почва как многофазная, полидисперсная система способна поглощать и удерживать воду. В ней всегда находится определенное количество влаги. Содержание влаги в процентах к массе сухой почвы (высушенной при 105 ºС) характеризует влажность почвы. Последнюю можно выражать также в процентах от объема почвы, м3/га, в мм.
Основными водными свойствами почв являются водоудерживающая способность, водопроницаемость и водоподъемная способность.
2.6.1 Определение капиллярной влагоемкости и скорости капиллярного поднятия воды
Свойство почвы удерживать влагу от стекания сорбционными и капиллярными силами называется водоудерживающей способностью. Количество влаги, которое способна удержать почва, называется влагоемкостью. В зависимости от того, в какой форме находится удерживаемая вода, различают максимальную адсорбционную влагоемкость (МАВ), предельную полевую (наименьшую полевую) влагоемкость (ППВ), капиллярную влагоемкость (KB) и полную влагоемкость (ПВ), или водовместимость. Максимальная адсорбционная влагоемкость – наибольшее количество прочносвязанной воды, удерживаемое сорбционными силами. Предельная полевая влагоемкость – наибольшее количество капиллярноподвешенной воды, которое может удерживать почва менисковыми или капиллярными силами после стекания всей гравитационной воды. Капиллярная влагоемкость – максимальное количество капиллярноподпертой воды, которое может содержаться в почве. Полная влагоемкость – наибольшее количество воды, которое может вместить почва при заполнении всех пор водой.
Влагоемкость выражают в процентах массы сухой почвы, в процентах объема почвы, миллиметрах, в кубических метрах на 1 га.
Ход анализа
Берут металлический цилиндр с сетчатым дном. Внутрь его кладут фильтровальную бумагу. Определяют массу пустого цилиндра. Затем в цилиндр насыпают почву из нерастертого образца, уплотняя ее при этом, путем постукивания цилиндром о ладонь. После этого снова взвешивают цилиндр с почвой, для того, чтобы определить массу воздушно-сухой почвы в объеме цилиндра. Для определения скорости капиллярного подъема воды измеряют высоту почвы в цилиндре. Металлический цилиндр с почвой помещают в специальную ванночку с водой так, чтобы сетчатое дно цилиндра стояло на фильтровальной бумаге, концы которой опущены в воду, и засекают время начала насыщения. Вода по порам бумаги передается почве, и происходит ее капиллярное насыщение. После того, как произойдет насыщение (поверхность почвы увлажнится), снова засекают время. После полного насыщения цилиндр взвешивают на технохимических весах.
Расчеты капиллярной влагоемкости (КВ) в процентах производят по формуле
где В – масса почвы в объеме цилиндра после насыщения, г; Е – масса абсолютно сухой почвы в объеме цилиндра, г.
Скорость капиллярного подъема воды находят по формуле
где h – высота столба почвы, помещенного в цилиндр, мм; t – продолжительность насыщения, мин.
Форма записи результатов
2.6.2 Определение наименьшей влагоемкости в рассыпном образце почвы
Предельная полевая влагоемкость (ППВ) или наименьшая влагоемкость (НВ) – наибольшее количество капиллярноподвешенной воды, которое может удерживать почва менисковыми или капиллярными силами после стекания всей гравитационной воды.
Предельная полевая влагоемкость – важнейшая характеристика водных свойств почв. В природной обстановке она наблюдается после обильного увлажнения почв и стекания всей гравитационной влаги. При предельной полевой влагоемкости в почве имеется максимальное количество влаги, доступной растениям. Разница между ППВ и влажностью завядания (ВЗ) характеризует, по Н.А. Качинскому, диапазон активной или продуктивной влаги.
В почвах с глубоким залеганием грунтовых вод, в профиле, лежащем выше капиллярного увлажнения, высший предел влажности – наименьшая влагоемкость (НВ). Общепринятым методом определения НВ считается метод делительных площадок, заливаемых водой в полевых условиях. Но этот метод длительный и трудоёмкий, особенно в условиях, когда нет близко пресной воды, и когда требуется определить НВ на большую глубину. Этим и объясняется ограниченность широкого использования этого метода.
Ход анализа
Лабораторный метод С.Н. Пустовойта и А. Ражабова основан на определении водоудерживающей способности почв и заключается в нижеследующем.
Из образца воздушно-сухой почвы берут среднюю пробу около 40 г, растирают каучуковым или деревянным пестиком и просеивают через сито с отверстиями 3 мм. Просеянную почву тщательно взвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г. Навеску помещают в специально приготовленный цилиндр с сетчатым дном. Цилиндры могут быть приготовлены из стекла, пластмассы или цветных нержавеющих металлов. Высота цилиндра около 10 мм. На нижний скошенный конец цилиндра прикрепляется туго натянутая шелковая или бронзовая сеточка с отверстиями около 0,1 мм.
Перед анализом цилиндр с сеткой и фильтром и стакан для сбора фильтрата предварительно смачивают водой. Смоченный цилиндр в подвешенном состоянии помещают в смоченный химический стакан ёмкостью 50–100 мл.
Конец ознакомительного фрагмента.