Каким методом определяют строение пахотного слоя почвы

Определение строения пахотного слоя почвы методом насыщения в цилиндрах

Принцип метода определения строения пахотного слоя состоит в капиллярном насыщении водой образца почвы с ненарушенным строением. Для отбора проб почвы используют металлические цилиндры («патроны») различных размеров (табл. 16). Чтобы при отборе проб почва оставалась в ненарушенном состоянии, диаметр режущей части цилиндра должен быть несколько меньше диаметра самого цилиндра.

Цилиндры нумеруют и устанавливают массу каждого с крышкой, измеряется диаметр режущей части и высота. Объём образца почвы в цилиндре рассчитывают по формуле (4).

Таблица 16. – Размеры цилиндров

1. Порядок расчёта строения пахотного слоя почвы можно представить следующим образом (табл. 17). Объём образца почвы в цилиндре (V):

(4)

2. Капиллярная влагоёмкость почвы (влажность почвы после капиллярного насыщения) ( ):

(5)

3. Масса абсолютно сухой почвы в цилиндре ( ):

(6)

4. Объём капиллярных пор (V₃) равен массе воды в почве после её капиллярного насыщения (V₃ = В₄), так как масса 1 см 3 воды при 4 0 С равна 1 г:

или в процентах к объёму почвы:

(8)

Таблица 17. – Результаты определения строения пахотного слоя почвы

5. Объём твёрдой фазы V₁:

(9)

или в процентах к объёму почвы:

(10)

(11)

или в процентах к объёму почвы:

(12)

(13)

7. Пористость некапиллярная V₄:

(14)

(15)

(16)

9. Влажность почвы W:

(17)

10. Степень аэрации почвы V_а:

(18)

11. Степень насыщения почвы водой V_в:

(19)

(20)

12. Общий запас воды в изучаемом слое почвы W_о:

или 52 м 3 /га (21)

Определение влажности почвы

Пробы почвы для определения влажности берут в полевых условиях, для этого чаще всего используют игольчатый бур, погружая его в почву на заданную глубину. Глубину погружения бура в почву определяют по рискам, нанесенным на внешнюю часть бура. Повернув 1 – 2 раза по часовой стрелке, бур извлекают и почву, находящуюся в его полости, помещают в предварительно взвешенный стаканчик, который быстро закрывают крышкой и взвешивают. Если нет возможности взвесить стаканчики с почвой в поле, то их в закрытом состоянии быстро доставляют в лабораторию, взвешивают на весах с точностью до 0,01 г, затем крышки открывают, стаканчики с почвой помещают в сушильный шкаф и высушивают до постоянной массы при температуре 105°С. Песчаную и супесчаную почвы можно сушить при температуре 150 – 160°С.

Продолжительность сушки зависит от влажности почвы и температуры в сушильном шкафу. Первый раз почву взвешивают после 6-часовой сушки, для чего стаканчики с почвой щипцами извлекают из сушильного шкафа, закрывают крышками и помещают в эксикатор с СаС1₂ для охлаждения. Когда стаканчики охладятся до комнатной температуры, их взвешивают, затем открывают крышки и помещают в сушильный шкаф для контрольной сушки. Через 1 – 2 ч их вновь извлекают из шкафа, охлаждают и взвешивают. Расхождения в массе после повторной сушки не должны превышать 0,05 г.

После установления постоянной массы взвешивания прекращают, стаканчики освобождают от почвы; при необходимости их моют и сушат.

Влажность почвы определяют по формуле:

*100 (22)

В – масса алюминиевого стаканчика, г;

В₁ – масса стаканчика с почвой до сушки, г;

В₂ – масса стаканчика с сухой почвой, г.

Таблица 18. – Результаты расчётов влажности почвы

Если при отборе почвы вместо почвенного игольчатого бура использовать цилиндры определенного объема, то можно наряду с влажностью почвы определить и плотность сложения. Для этого необходимо массу почвы в бюксе после сушки разделить на объем образца почвы.

Задание № 11

1. Ознакомьтесь с методикой определения строения пахотного слоя методом насыщения в цилиндрах.

2. Ознакомьтесь с методикой определения влажности почвы.

3. Получите инвентарь для отбора почвенных образцов: лопата, почвенный бур, цилиндры, предметные стекла, бюксы.

4. Начертите таблицу 17 в тетради. Заполните известные вам строки в таблице: объем цилиндра, вес цилиндра, глубина взятия образца, номер и вес бюкса.

5. Сделайте отборы почвенных проб в цилиндрах и отберите почву в бюксы с соответствующей глубины. Запишите все данные в таблицу. Взвесьте цилиндр, стекло и бюкс. Данные запишите в таблицу.

6. В лаборатории поставьте цилиндры на насыщение водой по указанию преподавателя. Бюксы откройте и на крышки поставьте в термостат для сушки.

7. После насыщения почвы водой и сушки почвы в термостате, снова взвесьте цилиндры с почвой и бюксы с сухой почвой. Результаты запишите в таблицу 17 и таблицу 18.

8. Сделайте рассчеты по предложенной методике. В процессе расчетов заполнить таблицы 17 и 18.

Источник

Определение строения пахотного слоя почвы

1. Освоить методику определения строения пахотного слоя почвы.

2. Охарактеризовать соотношение объемов твердой фазы, капиллярной и некапиллярной скважностей с учетом требований зерновых и пропашных культур, многолетних трав.

3. Рекомендовать агротехнические приемы создания оптимального строения пахотного слоя почвы.

Соотношение объемов твердой фазы почвы и различных видов пор называется строением пахотного слоя почвы. Однако в практике при характеристике строения пахотного слоя почвы объем твердой фазы не используется, так как он слабо отражает условия жизни растений. Поэтому обычно под строением пахотного слоя почвы понимают величину общей скважности и соотношение капиллярной и некапиллярной скважностей.

Строение пахотного слоя почвы является важнейшим условием плодородия почвы. Еще в 1924 году А.Г.Дояренко писал: «. наличие в почве капиллярной и некапиллярной скважностей и их соотношение определяют все интересующие нас свойства пашни». Оно характеризует водный, воздушный, тепловой и пищевой режимы почвы, микробиологическую деятельность, которые, в конечном счете, определяют эффективное плодородие почвы.

В 1864 году Шумахер предложил делить почвенную скважность на общую, капиллярную и некапиллярную. Относительно крупные промежутки между почвенными агрегатами, не обладающие водоудерживающей способностью, то есть капиллярностью, называют некапиллярными порами, а их объем, выраженный в процентах по отношению к общему объему почвы — некапиллярной скважностью. Некапиллярные поры обычно заняты воздухом. Вода в таких порах передвигается под действием силы тяжести и долго не удерживается.

Другая категория пор представлена тонкими промежутками между почвенными частицами. В этих порах, получивших название капиллярных, чаще размещается вода, удерживаемая менисковыми силами. Вместе с тем деление почвенной скважности на общую, капиллярную и некапиллярную не позволяет характеризовать истинное соотношение воды и воздуха в почве, так как к капиллярным порам относятся и поры мельче 0,01 мм, в которые не могут проникнуть корневые волоски, и поры размером 0,003-0,001 мм и мельче, которые недоступны для микроорганизмов, а также некоторые поры, занимаемые связанной водой (гигроскопической и пленочной), которая удерживается молекулярными силами и недоступна растениям. Это так называемые неактивные поры. А поры, внутри которых возможно передвижение свободной воды под действием менисковых и гравитационных сил, а также поры, в которых содержится воздух, микроорганизмы и корни растений, называются активными порами. Обычно это поры с диаметром крупнее 3 микрон.

А.Г. Дояренко (1963) пришел к необходимости разделения капиллярных почвенных пор по их размерам на внутриагрегатные и межагрегатные. По его мнению, внутрипочвенная или элементарная скважность обусловлена механическим составом почвы, а межагрегатная — ее структурой.

Н.А. Качинский (1965) использует более детальную дифференциацию почвенных пор. Он различает общую, межагрегатную, агрегатную, агрегатную суммарную скважность, пор, занимаемых прочно связанной водой, рыхлосвязанной, капиллярной водой, а также пор, заполненных воздухом.

Наибольшую агрономическую значимость имеют капиллярные поры и поры аэрации.

Часть порового пространства, заполненного воздухом, при влажности почвы, соответствующей наименьшей влагоемкости, называется скважностью (пористостью) устойчивой аэрации. Оптимальное содержание воздуха в пахотном слое почвы для зерновых культур составляет 15-20% от общей скважности, пропашных — 20-30%, многолетних трав — 17-21%.

Почва, состоящая только из капиллярных пор, обладает теми же положительными и отрицательными свойствами, что и чрезмерно плотная почва, а для почв только с некапиллярными порами характерны свойства излишне рыхлой почвы.

Для определения строения пахотного слоя почвы кроме общей скважности необходимо знать одну из ее составляющих; капиллярную или некапиллярную скважность, чтобы по разнице определить другую. Технически легче определить капиллярную скважность. Правда, при массовых анализах достаточно определение только общей скважности, так как капиллярная скважность изменяется в пределах одной и той же почвы весьма незначительно и может быть, по свидетельству В.В.Квасникова, с известными приближениями принята как постоянная величина. Поэтому регулирование строения пахотного слоя почвы означает, прежде всего, изменение некапиллярной скважности.

Существуют методы определения строений пахотного слоя почвы с помощью приборов и путем расчетов. Наиболее распространенным из них является метод капиллярного насыщения почвенных проб с ненарушенным сложением. При этом насыщение почвенных образцов может производиться как сверху, так и снизу. К недостаткам этого метода следует отнести способность почвенных частиц увеличивать свой объем при насыщении их водой. Это несколько уменьшает скважность в исследуемой почве.

Для определения строения пахотного слоя почвы методом насыщения в патронах (цилиндрах) отбирают почвенные образцы с ненарушенным сложением при помощи бура со съемными патронами (цилиндрами) различной конструкции; чаще всего высотой 5 и 10 см и объемом 100; 200; 500 и 1000 см 3 . Имеются также буры с навинчивающейся к цилиндру штангой (рис. 7).

Рис. 7. Патрон с навинчивающейся ручкой для взятия почвенного образца

с ненарушенным строением

Перед взятием почвенной пробы записывают номер патрона (цилиндра) в соответствии с глубиной взятия образца и наименование участка, измеряют диаметр режущей части патрона (цилиндра) с внутренней стороны (Д), его высоту (Н) и определяют массу (Р₀) путем взвешивания вместе с крышкой на весах. Все данные, полученные в ходе анализа по определению строения пахотного слоя почвы, удобно записывать в виде формы 3.

Установив бур вертикально поверхности почвы, надавливанием на ручку вводят его в почву на заданную глубину. Достигнув нужной глубины, бур поворачивают несколько раз по часовой стрелке, чтобы оторвать почвенную пробу в патроне (цилиндре) от остальной массы, после чего бур вынимают из почвы. Лишнюю почву на нижнем конце патрона (цилиндра) срезают ножом вровень с краями и закрывают крышкой, патрон (цилиндр) отсоединяют от штанги, очищают от прилипшей почвы, закрывают второй крышкой, складывают в ящик и переносят в лабораторию.

Определение строения пахотного слоя почвы методом

В лаборатории патрон (цилиндр) с почвой взвешивают вместе с крышками (Р₁) и ставят в открытом виде в ванну для капиллярного насыщения образца водой. Для этого держат патрон (цилиндр) в перевернутом положении и снимают нижнюю крышку, а вместо нее накладывают кусок фильтровальной бумаги. Если почва сухая и сильно сыпучая, то сверху фильтровальной бумаги обвязывают марлей или надевают специальную крышку-сетку. Диаметр фильтровальной бумаги должен быть несколько больше, чем диаметр патрона (цилиндра). Затем патрон (цилиндр) переворачивают и ставят на подставку в ванночку и снимают верхнюю крышку (рис.8).

Рис.8. Капиллярное насыщение образца почвы в патроне

Чтобы не перепутать крышки, их помещают обратной стороной сверху патрона (цилиндра). После этого ванночку заливают водой так, чтобы она не соприкасалась непосредственно с почвой в патроне (цилиндре). Через фильтровальную бумагу, концы которой опущены в воду, почвенные капилляры постепенно начинают поглощать влагу. Насыщение продолжают до установления постоянной массы, для чего патрон (цилиндр) с почвой периодически взвешивают на весах. Затем патрон (цилиндр) снимают с подставки, закрывают верхней крышкой и, придерживая снизу фильтровальную бумагу, вынимают его из ванны, переворачивают и ставят на стол закрытым концом вниз. Затем снимают фильтровальную бумагу, а приставшую к ней почву очищают в патрон (цилиндр) и закрывают нижней крышкой, после чего патрон (цилиндр) с влажной почвой взвешивают (Р₂) с точностью до 0,1 г для больших патронов (>500 см 3 ) и до 0,01 г — для малых.

Для определения влажности отбирают две средние по всей высоте патрона (цилиндра) пробы в предварительно взвешенные алюминиевые стаканчики (m₀). Номера их записывают по принадлежности к номерам патронов (цилиндров). После этого патроны (цилиндры) освобождают от почвы, моют и сушат.

Алюминиевые стаканчики вместе с крышкой и почвой взвешивают с точностью до 0,01 г (m₁) и помещают в сушильный шкаф для высушивания до постоянной массы при температуре 105 градусов.

Результаты определения строения пахотного слоя почвы методом

насыщения в патронах

Место взятия образца____________________

После высушивания стаканчики с почвой извлекают из сушильного шкафа, охлаждают в эксикаторе и взвешивают (m₂).

Следует отметить, что влажность почвы после насыщения будет характеризовать капиллярную влагоемкость.

Расчеты по определению строения пахотного слоя почвы производятся в следующей последовательности.

Пример расчета строения для слоя почвы 0-10 см.

Исходные данные: диаметр патрона Д = 5,5 см;

высота патрона Н — 10 см;

масса пустого патрона Ро — 162,8 г;

масса патрона с почвой до насыщения Р₁ — 521,4 г;

масса патрона с почвой после насыщения Р₂ — 561,5 г;

масса пустого бюкса m₀ — 24,0 г;

масса бюкса с влажной почвой m₁ — 40,5 г;

масса бюкса с почвой после сушки m₂ — 36,8 г.

1. Объем почвенного образца с ненарушенным сложением (соответствует внутреннему объему патрона — V):

nД 2 3,14 х 5,5 2

2. Влажность почвы после насыщения (W):

(m₁ — m₂) 100 (40,5 — 36,8) х 100 3,7 х 100

3. Масса абсолютно сухой почвы в патроне (М):

100 + W 100 + 28,9

4. Объем твердой фазы почвы (Vт):

5. Объем твердой фазы почвы в процентах к общему объему почвы (V 1 _т):

V_т 100 118,0 х 100

6. Суммарный объем капиллярных и некапиллярных пор (V_с):

V_с = V — V_т = 237,4 — 118,0 = 119,4 см 3

7. Общая скважность (О):

V_c 100 119,4 х 100

8. Объем капиллярных пор (V_к):

V_к = (Р₂ — Р₀) — М = (561,5 — 162,8) — 309,3 = 89,4 см 3

9. Капиллярная скважность (О_к):

W х 100 89,4 х 100

10. Объем некапиллярных пор (Vн):

Vн = Vс — Vк = 119,4 — 89,4 = 30,0 см 3

11. Некапиллярная скважность (Он):

V_н х 100 30,0 х 100

12. Отношение некапиллярной скважности к капиллярной (С):

13. Объемная масса почвы (d):

14. Влажность почвы при взятии образца (W):

(Р₁ — Р₀) — М (521,4 — 162,8) — 309,3 4900

15. Степень аэрации почвы до насыщения (V_А) — доля пор, занятых воздухом при отборе образца):

Vc — (P₁ — P₀ — M) 119,4 — (521,4-162,8-309,3) х 100

16. Степень насыщения почвы водой (V_в — доля пор, занятых водой при отборе образца в процентах от общего объема пор):

17. Общий запас воды в изучаемом слое почвы при взятии образца (W₂):

W₁ d H 15,8 х 1,3 х 10

18. Степень аэрации после насыщения (при капиллярной влажности — V_A):

Vc — (Р₂-Р₀ — М) 119,4 — (561,5 — 162,8 — 309,3)

Численное значение удельной массы (g ) выдается преподавателем или определяется с помощью пикнометра.

Определение строения пахотного слоя почвы насыщением

В условиях глубокого залегания грунтовых вод (более 3-4 м), когда пахотный и корнеобитаемый слои почвы не соприкасаются с ее зеркалом, капиллярное насыщение — явление не типичное для зоны Северного Казахстана. Здесь для характеристики строения пахотного слоя почвы по дифференциальной скважности целесообразно пользоваться не капиллярной влагоемкостью, а более устойчивым показателем — наименьшей влагоемкостью (НВ). Поэтому в этих условиях наиболее приемлемо определение строения пахотного слоя почвы методом насыщения образца сверху. Он аналогичен определению наименьшей влагоемкости почвы с нарушенным сложением.

Отобранные с помощью бура почвенные образцы с ненарушенным сложением и доставленные в лабораторию взвешивают вместе с патроном и крышками (Р₁), переворачивают и снимают нижнюю крышку. Затем на поверхность почвы накладывают кружок фильтровальной бумаги и обвязывают марлей, используя для этого резиновый жгут. После этого патрон снова ставят в первоначальное положение, открывают верхнюю крышку и наращивают металлическим кольцом высотой 3-4 см того же диаметра, что и патрон, используя для этого липкую ленту.

Для насыщения патрон с почвенной пробой ставят в ванночку (кювет, кристаллизатор) на невысокую подставку. Затем на поверхность почвы сверху патрона кладут кружок фильтровальной бумаги и наливают воду слоем 2-3 см. Такой слой воды поддерживают путем постоянного доливания до тех пор, пока вода не выступит в нижней части патрона. После этого невпитывающуюся воду с верхней части патрона осторожно сливают, патрон с почвой ставят на воздушно-сухую почву, просеянную через сито с диаметром отверстия 0,25 или 0,5 мм, для отсасывания гравитационной воды. По истечении одного часа отсасывание прекращают (на лабораторных занятиях с целью экономии времени продолжительность отсасывания сокращают до 15-20 минут), патроны закрывают крышками и взвешивают (Р₂), после чего из образца берут почвенные пробы в алюминиевые стаканчики и определяют влажность почвы методом сушки. Она будет соответствовать наименьшей влагоемкости. Дальнейший ход работы аналогичен определению строения пахотного слоя почвы методом капиллярного насыщения почвенного образца снизу. Расчеты можно вести и по упрощенной схеме:

1. Объем патрона (V):

2. Влажность почвы (W) после насыщения:

3. Масса абсолютно сухой почвы в патроне (М):

Источник