Определение капиллярной влагоемкости почвы
Капиллярная влагоемкость выражается наибольшим количеством воды, которое способна поглотить почва при капиллярном ее насыщении снизу.
Следует учитывать, что величина капиллярной влагоемкости зависит не только от объема капилляров почвы, но и от высоты почвенного столба при насыщении. Определение капиллярной влагоемкости производят главным образом при вегетационных опытах.
Определение можно производить в образцах с нарушенным и ненарушенным строением. Образцы почвы с ненарушенным строением берут специальным буром Некрасова непосредственно с полевых участков. Для капиллярного насыщения обычно употребляют металлические цилиндры емкостью 200 мл с сетчатым дном.
Определение в образцах с нарушенным строением применяется в некоторых лабораторных исследованиях и при закладке вегетационных опытов. Почву с нарушенным строением, воздушно-сухую, пропущенную через сито, насыпают в металлический цилиндр или в стеклянную трубку той же емкости. Легким постукиванием по стенке патрона достигается требуемое уплотнение почвы.
Цилиндры ставят на одни сутки в сосуд с водой так, чтобы почва через сетку соприкасалась с поверхностью воды. За это время вся почва капиллярно насыщается водой, о чем можно судить по ее увлажненной поверхности.
Для определения влажности почвы берут пробу маленьким буром через весь цилиндр сверху донизу или же переносят всю почву из цилиндра в чашку, перемешивают и отбирают пробу в сушильный стаканчик.
Влажность насыщенной водой почвы, выраженная в процентах к весу сухой почвы, выражает величину капиллярной влагоемкости.
Источник
6.3. Определение капиллярной влагоёмкости почвы
Основные сведения по теме работы
Влагоемкость почвы – величина, которая количественно характеризует водоудерживающую способность почвы. Как и влажность, влагоемкость определяется в % к весу сухой почвы. В зависимости от сил, удерживающих влагу в почвах, различают три основные категории влагоемкости: полная, наименьшая и капиллярная.
Полная влагоемкость – это максимальное количество воды, которое может удерживать почва с использованием всех влагоудерживающих сил.
Наименьшая влагоемкость – это максимальное количество воды, которое почва может удерживать в химических связях и коллоидных системах.
Капиллярная влагоемкость – это максимальное количество воды, которое почва может удеживать в своих капиллярах.
Материалы и оборудование
1) стеклянные цилиндры без дна; 2) марля; 3) ванночки; 4) фильтровальная бумага; 5) технические весы; 6) образцы почвы.
Стеклянный цилиндр без дна обвязывают марлей с нижнего конца. В предварительно взвешенный на технических весах цилиндр насыпают, слегка уплотняя постукиванием, почву на высоту 10 см. Определяют массу цилиндра с почвой. Далее цилиндр с почвой помещают в специальную ванночку с водой – так, чтобы дно цилиндра стояло на фильтровальной бумаге, концы которой опущены в воду.
Вода по порам бумаги передается почве, производя ее капиллярное насыщение. Через каждые сутки цилиндр взвешивают на технических весах до тех пор, пока его масса не перестанет возрастать. Это укажет на то, что почва достигла полного капиллярного насыщения. Капиллярную влагоёмкость рассчитывают по формуле:
где КВ– капиллярная влагоёмкость, %;В– масса почвы в цилиндре после насыщения, г;
М– масса абсолютно сухой почвы, г.
Поскольку в цилиндр помещается воздушно-сухая навеска, а расчеты производятся на массу абсолютно сухой почвы, поэтому массу абсолютно сухой почвы предварительно надо вычислить, используя значение коэффициента пересчёта, полученное в предыдущей работе (все лабораторные работы выполняются с тем же почвенным образцом) по формуле:
где М– масса абсолютно сухой почвы,b – вес воздушно-сухой почвы,
Полученные результаты занести в таблицу.
Вес цилиндра с почвой после насыщения, г
Масса почвы в цилиндре после насыщения (В), г
Коэффициент пересчета на абсолютно сухую массу (kH2O)
Масса абсолютно сухой почвы (M), г
Капиллярная влагоёмкость почвы (КВ), %
Лабораторная работа № 7
Определение кислотности почвы
Основные сведения по теме работы
Кислотность почв – это их способность обуславливать кислую реакцию почвенного раствора за счет наличия в ней катионов водорода. Наиболее распространенным источником кислотности почв являются фульвокислоты, которые образуются при разложении растительных остатков. Кроме них в почве присутствуют многие низкомолекулярные кислоты – органические (масляная, уксусная) и неорганические (угольная, серная, соляная).
Кислотность – это диагностический параметр, оказывающий значительное влияние на жизнь обитателей почвы и произрастающих на ней растений. Для большинства сельскохозяйственных культур оптимальные диапазоны кислотности близки к нейтральным, однако многие естественные почвы являются щелочными или кислыми, поэтому возникает необходимость оценки и, при необходимости, коррекции их кислотности.
Избыточная кислотность прямо или косвенно оказывает негативное влияние на растения. Подкисление почв приводит к нарушению их структуры, что в свою очередь вызывает резкое ухудшение аэрации и капиллярных свойств почвы. Избыточная кислотность подавляет жизнедеятельность полезных микроорганизмов (особенно нитрификаторов и азотфиксаторов), усиливает связывание фосфора алюминием, что нарушает ионообменные процессы в корнях растений. В конечном счете, эти процессы приводят к закупорке корневых сосудов и отмиранию корневой системы.
Различают две формы кислотности — актуальную и потенциальную.
Актуальная кислотность обусловлена наличием в почвенном растворе свободных ионов водорода, образовавшихся в результате диссоциации водорастворимых органических и слабых минеральных кислот, а также гидролитически кислых солей. Она непосредственно влияет на развитие растений и микроорганизмов.
Потенциальная кислотность характеризуется наличием в почвенно-поглотительном комплексе ионов Н + и Al 3+ , которые при взаимодействии твердой фазы с катионами солей вытесняются в почвенный раствор и подкисляют его.
Определение кислотности почвы как правило проводится потенциометрическим методом. Он основан на измерении электродвижущей силы в цепи, состоящей из двух полуэлементов: электрода измерения, погруженного в испытуемый раствор, и вспомогательного электрода с постоянным значением потенциала. Прибор для измерения рН называется потенциометром или рН-метром.
Результаты потенциометрического измерения рН почвы оцениваются по стандартным шкалам. В практическом почвоведении используется классификация почв по уровню рН водной вытяжки (актуальная кислотность) или солевой вытяжки (потенциальная кислотность) (табл. 6).
Табл. 6. Классификация почв по уровню кислотности
Материалы и оборудование
1) химические стаканчики на 100-150 мл, 2) 1 N раствор КСl, 3) потенциометр (рН-метр), 4) технические весы; 5) образцы почвы.
Для определения актуальной кислотности следует на технических весах взвесить 20 г воздушно-сухой почвы. Навеску поместить в химический стакан на 100-150 мл и прилить 50 мл дистиллированной воды. Содержимое перемешивать 1-2 мин и оставить стоять 5 мин. Перед определением суспензию еще раз перемешать, после чего полностью погрузить в нее электрод измерения и электрод сравнения. Через 30-60 сек. отсчитать по шкале потенциометра значение рН, соответствующее измеряемой кислотности почвенной суспензии.
Для определения потенциальной кислотности к навеске почвы 20 г приливают 50 мл 1N р-ра КСl. Дальнейший ход анализа тот же, что и при определении актуальной кислотности.
Источник
Водные свойства почвы
Министерство образования и науки российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Саратовский государственный технический университет
ВОДНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ
Методические указания
к выполнению практических работ
по дисциплине «Науки о Земле»
для студентов специальности 280201.65 «Охрана окружающей среды
и рациональное использование природных ресурсов»
Одобрено
1. ВОДНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ
Цель работы: ознакомиться с формами воды в почве и способами ее определения, понятиями водных свойств почвы: влагоемкостью, водопроницаемостью, водоподъемной способностью.
Вода является одним из факторов почвообразования, играя важнейшую роль в процессах гипергенеза. В результате растворения и передвижения с водой органических и минеральных соединений формируется почвенный профиль. Вода является необходимым условием развития растений и почвенных микроорганизмов. Передвижение влаги в почве обеспечивает как ее плодородие, так и деградационные процессы (например, водная эрозия).
Под действием сорбционных, осмотических, менисковых и гравитационных сил вода передвигается по профилю почвы и в материнской породе.
1. 1.Формы воды в почве
Влага в почве находится в связанной и свободной форме (рис. 1).
1.Связанная влага представлена химически и физически связанной, к ней же относится лед.
Химически связанная влага входит в состав молекул химических веществ.
Физически связанная влага за счет адсорбционных сил образует полимолекулярные пленки вокруг почвенных частиц и подразделяется на гигроскопическую (прочносвязанную) и пленочную (рыхлосвязанную).
Величина прочносвязанной влаги, т. е. максимальная гигровлага (МГ) является константой для каждого типа почвы.
Суммарное количество гигроскопической и пленочной влаги называется максимальной адсорбционной (молекулярной) влагоемкостью (ММВ) и тоже является константой.
2. Свободная влага подразделяется на капиллярную и гравитационную. К ней же относится парообразная влага, занимающая поровое пространство почвы, свободное от капельно-жидкой воды.
Капиллярная влага удерживается в почве под действием капиллярных сил и перемещается по всем направлениям. Различают капиллярно-подпертую влагу (капиллярная кайма), которая формируется над зеркалом грунтовых вод и капиллярно-подвешенную – формируется в почвенном профиле после увлажнения и стекания гравитационной влаги при глубоких грунтовых водах. Максимальное количество капиллярно-подвешенной влаги называется наименьшей влагоемкостью (НВ) и является константой.
Капиллярная влага является основным источником воды для растений.
Гравитационная влага передвигается под действием силы тяжести сверху вниз; над водоупором она заполняет все поровое пространство, формируя горизонт грунтовых вод. Величина ее называется полной влагоемкостью (ПВ).
Гравитационная вода передвигается в почве под действием силы тяжести. Она легко усваивается растениями в момент ее прохождения через корнеобитаемый слой почвы, но слишком быстротечна.
Грунтовая вода находится в водоносных горизонтах почвы и подстилающих грунтах. В случае слабой минерализации (меньше 1 г/л) она может служить источником питания растений.
К основным водным свойствам почвы относятся влажность, влагоемкость, водопроницаемость, водоподъемная способность.
Влажность – общее содержание воды в почве в любой момент, выраженное в % к массе или единице объема абсолютно-сухой почвы.
Влажность почвы, отражая содержание ее в данное время, может колебаться от избыточной влаги до минимальной – гигроскопической.
Задание 1. Определить гигроскопическую влагу в почве.
Порядок проведения работы
Гигроскопической влагой (ГВ) называют адсорбированную поверхностью почвенных частиц парообразную влагу. Она удерживается почвой с огромной силой и может быть удалена только при нагревании до 100– 105 ºС в течение 5–6 ч, в глинистых почвах – до 8 ч.
При различных исследованиях почвы результаты анализов принято рассчитывать на абсолютно сухую почву, т. е. с учетом находящейся в ней гигровлаги.
Определяют гигровлагу в воздушно-сухой почве, предварительно растертой и просеянной через сито с отверстиями диаметром 1 мм (т. е. в мелкоземе).
Взвесить пустой сушильный стаканчик с точностью до 0,01 г.
Во взвешенный стаканчик насыпать около 15 г почвы и взвесить на тех же весах.
Почву в стаканчике с открытой крышкой просушить в термостате при t 100–105 ºС в течение 5–6 ч.
Стаканчик с закрытой крышкой охладить в эксикаторе и взвесить.
Содержание гигроскопической влаги рассчитать по формуле:
,
где ГВ – гигровлага, % от массы абсолютно сухой почвы;
РВ – масса воды в почве, г;
РП – масса абсолютно-сухой почвы, г.
Результаты определения гигровлаги оформить в виде таблицы.
Различные почвы содержат неодинаковое количество гигроскопической влаги: песчаные – 0,5–1,5%; суглинистые – 2,5–3,5; глинистые – 6–8; торфяные – 18–22 %. Чем больше содержание гумуса в почве, тем больше ее гигроскопичность.
Наибольшее количество воды, которое может почва поглотить из атмосферы, насыщенной парами воды, называется максимальной гигроскопической влажностью или максимальной гигроскопичностью (МГ). Величина МГ зависит от механического состава почвы, количества коллоидов, содержания в ней гумуса и является постоянной (константой) для каждой почвы.
Максимальная гигроскопичность составляет «мертвый запас» влаги в почве для растений.
Для определения МГ используют эксикатор с раствором сернокислого калия, что обеспечивает почти 100 %-ю относительную влажность воздуха. Насыщение почвы парами воды достигается через 3–4 дня. Максимальная гигроскопичность примерно в два раза больше содержания гигровлаги в воздушно-сухой почве. Поэтому в практике допускается определять МГ путем умножения показателя ГВ на коэффициент 2.
По величине максимальной гигроскопичности почвы вычисляется влажность устойчивого завядания растений (ВЗ).
При ВЗ вода недоступна для растений. Величина влажности завядания (ВЗ) для большинства почв равняется МГ, умноженной на коэффициент 1,5.
Влажность завядания растений или «мертвый запас» воды является важной константной характеристикой почвы, которая используется для расчета запаса продуктивной влаги в почве. В суглинистых почвах величина ВЗ составляет 10–12%.
1.2. Виды влагоемкости почвы
Влагоемкость почвы – свойство вмещать и удерживать определенное количество воды.
Задание 2. Определить максимальную молекулярную (адсорбционную) влагоемкость методом .
Максимальной молекулярной влагоемкостью (ММВ) называется наибольшее количество гигроскопической пленочной воды, удерживаемой частицами почвы за счет сил молекулярного притяжения.
Метод ее определения основан на удалении влаги сверх ММВ с помощью пресса.
Порядок проведения работы
1. Взять 10–15 г почвы, просеянной через сито d= 1мм (мелкозем), в фарфоровую чашку, смочить водой до полного насыщения и тщательно перемешать шпателем.
2. На лист фильтровальной бумаги, покрытой куском марли, положить металлическое кольцо с внутренним отверстием диаметром 4–5 см и равномерно намазать шпателем переувлажненную почву, заполнив отверстие кольца.
3. После снятия кольца на фильтровальной бумаге остается кружок почвы, равный толщине кольца. Этот кружок покрыть кусочком марли и переслоить сверху и снизу фильтровальной бумагой (в 20 листов).
4. Приготовленные таким образом кружочки почвы (5–6 штук) поместить между деревянными прокладками под пресс на 30 мин под давлением около 100 кг/см2. В результате в почве останется лишь молекулярная вода.
5. По окончании прессования кружок почвы быстро очистить от приставших волокон бумаги или марли и перенести во взвешенный стаканчик.
6. Стаканчик с почвой взвесить и просушить в термостате при температуре 100–105 ºС до постоянного веса.
7. Охлажденный после сушки стаканчик с почвой взвесить с точностью до 0,01 г.
8. ММВ вычислить по формуле:
ММВ = 
,
где А – масса стакана с сырой почвой, г;
В – масса стакана с абсолютно сухой почвой, г;
С – масса пустого стакана.
Величина ММВ имеет те же зависимости от свойств почвы, что и максимальная гигроскопическая влажность. Она является постоянной для каждой почвы и содержит в себе весьма труднодоступную влагу для растений. ММВ составляет ориентировочно 7–9 % от массы почвы.
Задание 3. Определить капиллярную влагоемкость почвы (КВ).
Капиллярная влагоемкость – максимально возможное содержание капиллярной воды в почве (без перехода ее в гравитационную). Она фактически определяет запасы так называемой продуктивной влаги и водные условия жизни растений. Ее величина зависит от механического и структурного составов почвы, содержания гумуса и состава солей.
Порядок проведения работы
1. Взвесить пустой цилиндр с сетчатым дном и вложенным в него кружочком фильтровальной бумаги с точностью до 0,1 г.
2. Наполнить цилиндр до половины объема воздушносухой почвой, уплотняя постукиванием о ладонь, и взвесить цилиндр с почвой.
3. Поставить цилиндр с почвой в ванночку с водой на фильтровальную бумагу так, чтобы вода была выше уровня дна цилиндра на 0,5 см.
4. После насыщения, когда поверхность почвы в цилиндре увлажнится, вынуть цилиндр из ванночки, промокнуть дно и взвесить.
5. Рассчитать капиллярную влагоемкость почвы по формуле:
КВ = 
,
где КВ – капиллярную влагоемкость, %;
С – масса цилиндра с почвой после насыщения, г;
В – масса цилиндра с воздушно-сухой почвой, г;
А – масса пустого цилиндра, г.
Капиллярная влагоемкость, определенная в полевых условиях для конкретной разновидности почв при глубоких грунтовых водах, называется наименьшей влагоемкостью (НВ). Наименьшая влагоемкость характеризует максимальную водоудерживающую способность почвы при промачивании ее сверху. Величина наименьшей влагоемкости зависит от целого ряда характеристик почвы, главным из которых является механический и структурный составы и содержание гумуса.
Наименьшая влагоемкость имеет важное значение в орошаемом земледелии. По ее величине рассчитывают сроки поливов, поливные и промывные нормы, определяют водоотдачу, продуктивную влагу и т. д.
При увлажнении до наименьшей влагоемкости в почве содержится максимальное количество доступной для растений влаги, т. к. 55–75 % пор почвы заполнены водой.
Содержание воды в почве не рекомендуется опускать ниже влажности разрыва капилляров (ВРК), когда воздушные прослойки начинают затруднять водоснабжение растений. В суглинистых почвах эта величина составляет примерно 70–75 % НВ. При этой величине влажности обычно назначают поливы.
Полная влагоемкость (ПВ) – это максимальное содержание воды в почве, равное объему всех пор, трещин и пустот. Она характеризует водовместимость почвы. Полную влагоемкость можно рассчитать по общей пористости почвы: ПВ = S, % от объема почвы и ПВ =
, % от массы абсолютно сухой почвы, где S – общая пористость, % объема; d – объемная масса почвы, г/см3.
Задание 4. Рассчитать влажность завядания (ВЗ) растений, продуктивную влагу в почве и полную влагоемкость (ПВ).
Данные водных свойств почв записать в табл. 1.
А пах. Дерново-подзолистая легкосуглинистая
А пах. Чернозем обыкновенный тяжелосуглинистый
1.3. Способы определения и выражения влажности почвы
Простым и наиболее точным способом определения влажности почвы является термостатно-весовой, которым пользовались при определении гигроскопической влаги. Для отбора почвенных образцов используют буры различной конструкции. Отбор образцов производят из слоя 0–5 и 5–10 см, далее до глубины 0,6 м через каждые 10 см, а глубже допускается через 20 см. Исходные данные и результаты взвешиваний и расчетов записывают в специальный журнал (табл. 2).
Влажная почва с тарой, г
Сухая почва с тарой, г
Масса сухой почвы, г
Термостатно-весовой метод определения влажности почвы сравнительно трудоемкий и занимает по времени примерно сутки. Это обусловило поиск и разработку других альтернативных методов.
Спиртовой метод определения влажности почвы отличается от термостатно-весового тем, что сушка образцов производится путем смачивания в спирте и выжигания.
По карбидно-гипсовому методу в свежепробуренные скважины опускают предварительно взвешенные карбидные или гипсовые блоки, которые быстро адсорбируют почвенную влагу. Чем влажнее почва, тем больше насыщаются блоки. Взвесив водонасыщенные блоки и произведя расчеты, определяют влажность почвы.
Тензиометрический способ заключается в том, что в почву помещают тонкопористый керамический датчик, способный в смоченном состоянии пропускать воду в том или ином направлении в зависимости от содержания воды в почве. Величина всасывающего давления регистрируется прибором и пересчитывается на влагозапасы в анализируемом слое почвы.
Электрический способ основан на зависимости электрического сопротивления почвы от ее влажности.
Нейтронный способ определения влажности почвы основан на взаимодействии излучения с ионами водорода воды. Чем влажнее почва, тем больше концентрация ионов водорода и тем сильнее взаимодействие, измеряемое прибором. Специальный щуп постепенно опускается в однажды пробуренную, армированную и многократно используемую скважину.
СВЧ-радиометрический метод предусматривает установку прибора на самолет, облет-зондирование полей и расшифровку данных. Усредненные результаты даются для слоя 0–50 см, но возможна тарировка для более глубоких горизонтов. Метод отличается высокой производительностью.
Расчетный метод позволяет на основании метеорологических данных и биоклиматических коэффициентов рассчитывать суммарное испарение с поля. Зная весенние влагозапасы и эвакотранспирацию, рассчитывают влажность почвы, влагозапасы, сроки и нормы поливов посевов.
Количество влаги в почве характеризуется двумя понятиями: влажностью почвы и запасом влаги в почве. Влажность почвы – это отношение массы влаги в некотором объеме почвы к массе абсолютно сухой почвы в процентах (массовая влажность). Под абсолютно сухой почвой понимается почва, высушенная до постоянного веса при температуре 105–100 ºС.
Влажность почвы также выражают в виде отношения объема влаги к объему почвы в долях объема или процентах (объемная влажность).
Запасы влаги обычно определяют в некотором слое почвы и выражают их в м3 влаги на 1 га или в мм слоя воды (1мм =10 м3/га).
Задание 5. Ознакомиться со следующими способами выражения величин влажности почвы.
1. Влажность в процентах по массе почвы (W – массовая влажность) определяется по формуле:
, или 
,
где а – масса влажной почвы;
b – масса абсолютно сухой почвы;
с – масса воды, удаленной высушиванием.
2. Влажность в процентах по объему почвы (е – объемная влажность) находится по формуле:
где d – объемная масса почвы.
3. Относительная влажность от влагоемкости почвы (ПВ, НВ, КВ и др.), выраженная в процентах:
,
где Z – влагоемкость почвы в массовых или объемных процентах.
В сельскохозяйственной практике необходимо знать не только общий запас влаги, но и запас продуктивной влаги в почве. Это можно сделать, если определить полевую влажность, наименьшую влагоемкость (НВ), влажность завядания и объемную массу почвы. По влажности на данный момент и НВ можно определить дефицит влаги в почве, рациональные нормы полива и промывные нормы.
Задание 6. Ознакомиться с определением запаса продуктивной влаги и дефицита влаги в почве и рассчитать их по горизонтам почвы, используя данные табл. 3.
Источник