Лабораторная определение влажности почв

Перед выполнением лабораторной работы студент должен получить допуск к выполнению работы у

Знание студентом методики лабораторной работы и ответов на контрольные вопросы

Лабораторный практикум (почва)

Лабораторная работа № 3
ТЕМА: Определение влажности почвы.
Цель работы: ознакомиться с формами почвенной влаги и научиться определять влажность почвы.

Сущность метода заключается в определении потери влаги при высушивании почвы.

Аппаратура, материалы и реактивы.

1. Весы лабораторные 4 класса точности.
2. Шкаф сушильный.
3. Стаканы весовые алюминиевые с крышками.
4. Эксикатор.
5. Щипцы тигельные.
6. Кальций хлористый или силикагель

Краткие теоретические сведения
Вода является одним из главных компонентов почв. Нормальное развитие растений, животных и почвенных микроорганизмов невозможно без воды. Ей принадлежит важнейшая роль при выветривании горных пород и, одновременно, она является необходимым условием для почвообразовательных процессов. В водной среде протекают все химические реакции, в результате перемещения водой минеральных, органических и органо-минеральных соединений формируется почвенный профиль.

Вода, содержащаяся в почве, может находиться в твердом, жидком и парообразном состоянии. По характеру состояния почвенную воду можно подразделить на: химически связанную, сорбционно-связанную, свободную.

На воду, находящуюся в почве, действуют силы различной природы: сорбционные, осмотические, капиллярные и гравитационные, поэтому почвенная влага может удерживаться с различной силой, она характеризуется неодинаковой подвижностью и может передвигаться в разных направлениях.

Выделяют следующие основные категории почвенной влаги, которые различаются между собой прочностью связи с твердой фазой почвы и степенью подвижности.

1. ^ Химически связанная (кристаллизационная) вода входит в состав почвенных минералов, она занимает определенное место в их кристаллической решетке, поэтому эта категория воды называется еще кристаллизационной. Кристаллизационная влага отличается исключительно высокой прочностью связи и неподвижностью. Эта форма воды может быть удалена из ми­нералов только при нагревании почвы до достаточно высоких температур, что приводит к полному или частичному разрушению минералов. Например, гипс, имеющий формулу СаЅО₄ ·2Н₂О, т. е. содержащий 20,9% (по массе) химически связанной (кристаллизационной) воды, при постепенном нагревании претерпевает следующие превращения. При +140°С из кристаллической решетки гипса удаляется 1,5 молекулы воды и гипс переходит в форму так называемого “полугидрата”. При дальнейшем нагревании остаток воды удаляется лишь при температуре + 220°С. Химически связанная вода, входя в структуру кристаллической решетки минералов, естественно, не принимает непосредственного участия в процессах почвообразования.

2. Сорбционно-связанная (прочносвязанная) почвенная влага весьма прочно удерживается адсорбционными силами и образует на поверхности почвенных частиц тонкую пленку толщиной в 2-3 молекулы. Может передвигаться лишь в парообразном состоянии.

а) Гигроскопическая вода. Парообразная вода, поглощенная почвой из воздуха и прочно удерживаемая на поверхности твердых частиц называется гигроскопической. Она находится в равновесии с парообразной влагой атмосферы и характеризует влажность воздушно-сухой почвы. удаляется гигроскопическая вода при длительном высушивании почвы при температуре 100–105 0 С. Именно таким образом и определяется количественное содержание гигроскопи­ческой воды в почве.

Почва, лишенная нагреванием гигроскопической воды, в обычных условиях вновь приобретает эту воду вследствие сорбции молекул водяного пара, находящихся в атмосфере.

Количество гигроскопической воды в почве зависит в основном от ее механического и минералогического состава, а также от содержания гумуса. Чем выше степень дисперсности (раздробленности) почвы и, следовательно, больше суммарная поверхность частиц, тем больше влаги она может удержать.

При определении количества тех или иных составных почвы (гумуса, механического состава почвы, удельной плотности и т.д.) необходимо всегда учитывать количество гигроскопической воды и все вычисления производить на сухую почву, т.е. почву не содержащую гигроскопической воды. Только при этом условии будут получены сравнимые результаты.

б) Максимальная гигроскопичность – наибольшее количество влаги, которое почва может сорбировать из воздуха при относительной влажности воздуха более 94%.

Гигроскопическая вода образует чрезвычайно тонкий слой толщиной всего в несколько диаметров молекул воды. Поскольку поверхностные силы велики, сорбированная вода сильно уплотнена, ее плотность достигает 1,7. Будучи столь прочно связанной, гигроскопическая вода не может перемещаться в почве.

в) Пленочная вода (рыхлосвязанная вода). Почва, насыщенная влагой до состояния максимальной гигроскопичности, при соприкосновении с жидкой водой (при наличии последней) сохраняет способность притягивать еще какое-то количество ее молекул. Эта вода, образующая внешнюю пленку сорбционно-связанной воды, получила название пленочной или рыхло связанной. Она имеет толщину в несколько десятков молекулярных диаметров и удерживается вокруг почвенной частицы силами последовательной ориентации диполей воды. Пленочная вода связана значи­тельно менее прочно, чем гигроскопическая, она может переме­щаться (хотя и очень медленно) под влиянием сорбционных сил от почвенных частиц с относи­тельно толстой пленкой к частицам с более тонкой пленкой. Эго перемещение может осуществляться в любом направлении.

3. ^ Свободная вода почвы подчиняется действию физико-механических законов. Она не связана силами притяжения с почвенными частицами, передвигается под действием капиллярных и гравитационных сил.

а) ^ Капиллярная вода. Вода, передвигающаяся в тонких порах почвы под действием капиллярных (менисковых) сил, называется капиллярной.

Капиллярные силы обусловливаются поверхностным натяжением воды. Молекулы ее поверхностного слоя находятся под влиянием односторонне направленного притяжения, которое оказывает давление на всю массу жидкости. Для воды он достигает 11·10 8 Па (А.А. Роде, 1965). Поэтому поверхность воды обладает некоторым количеством свободной поверхностной энергии, величина которой пропорциональна поверхности жидкости. Так как свободная энергия стремиться к наименьшему значению, то это выражается в стремлении к максимальному уменьшению поверхности жидкости.

Различают несколько разновидностей капиллярной воды — капиллярно-подвешенная, капиллярно-подпертая, капиллярно-внутриагрегатная.

^ Капиллярно-внутриагрегатная вода это капиллярно-подвешенная влага, которая находится в капиллярах, пронизывающих структурные агрегаты, и удерживается капиллярными силами. Она не может передвигаться к поверхности испарения.

^ Капиллярно-подвешенная вода образуется при поверхностном увлажнении почвы. Капиллярно-подвешенная вода может передвигаться в направлении к испаряющей поверхности. Это движение прекращается, когда капилляры в силу недостатка воды разрываются. Влажность, при которой это происходит, называется влажностью разрыва капилляров.

^ Капиллярно-подпертая вода образуется при подъеме ее снизу вверх по капиллярам от зеркала грунтовых вод или верховодки.

Капиллярная вода играет важную роль в процессе перераспределения в почве легко растворимых соединений.

б) Свободная (гравитационная) почвенная вода это вода, которая не удер­живается почвенными капиллярами и перемещается вниз под действием силы тяжести. Выделяют гравита­ционную воду, просачивающуюся (фильтрующуюся) сверху вниз через почвенно-грунтовую толщу, и гравитационную воду, накапливающуюся над водонепроницаемым горизонтом в виде грун­товой воды.

^ Водные свойства почвы

Важнейшими водными свойствами почв являются водоудерживающая способность (влагоемкость), водопроницаемость и водоподъемная способность.

^ Влагоемкость почв. Свойство почвы удерживать влагу от стекания сорбционными и капиллярными силами называется водоудерживающей способностью почвы.

Количество влаги, которое способна удержать почва, называется влагоемкостью.

В зависимости от сил, удерживающих влагу в почвах, различают максимальную адсорбционную (МАВ), влажность устойчивого завядания растений (ВЗ), капиллярную (КВ), предельно полевую влагоемкость (ППВ)и полную влагоемкость, или водовместимость (ПВ).

• МАВ – наибольшее количество прочносвязанной воды, которое удерживается сорбционными силам;
• ВЗ – количество влаги, при котором растения начинают обнаруживать признаки завядания, нижний предел доступности растениям влаги;
• ППВ — наибольшее количество капиллярно-подвешенной воды, которое может удерживать почва капиллярными силами после стекания всей гравитационной воды;
• КВ – максимальное количество капиллярно-подпертой воды, которое может содержаться в почве;
• ПВ – наибольшее количество воды, которое может вместить и удержать почва при заполнении всех пор водой.

Влагоемкость выражают в % к массе сухой почвы, в % к объему почвы, в миллиметрах, в м 2 /га.

Пробу тщательно перемешивают. Методом квартования из нее отбирают две аналитические пробы массой 15 – 50 г. каждая. (чем ниже влажность, тем больше масса пробы).

Ход выполнения работы:

Чистые пронумерованные стаканчики сушат в сушильном шкафу при t = 105 0 С в течение 1 ч, вынимают их шкафа, охлаждают в эксикаторе и взвешивают, высушивают до постоянного веса. Затем анализируемые почвенные пробы 15 г помещают в ранее подготовленные стаканчики, взвешивают. Затем открывают и вместе с крышками помещают в нагретый сушильный шкаф при t = 105 0 С.

Время высушивания до первого взвешивания: песчаных почв – 3 ч., других – 5 ч, загипсованных почв – 8 ч.

Время последующего высушивания песчаных почв – 1 ч, других почв, в том числе загипсованных – 2 ч.

После каждого высушивания стаканчики с почвой, охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Высушивание и взвешивание прекращают, если разность между повторным взвешиванием не превышает 0,2 г.

Почвы с высоким содержанием органического вещества могут при повторных взвешиваниях иметь большую массу, чем при предыдущих, из-за окисления органического вещества при высушивании.

В таких случаях для расчетов следует брать наименьшую массу.
^ Оформление результатов работы

Массовое отношение влаги в почве (W) в процентах вычисляется по формуле

W =

Где, m₁ – масса влажной почвы со стаканчиком и крышкой, г;

m₀ – масса высушенной почвы со стаканчиком и крышкой, г;

m – масса пустого стаканчика с крышкой, г;

За результат анализа принимают среднее арифметическое значение результатов двух параллельных определений.

Результаты работы заносятся в таблицу

Источник

«Определение влажности и влагоемкости почв»

Методическая разработка практического занятия по дисциплине «Основы мелиорации и ландшафтоведения» предназначена для преподавателей. В разработке приведены план проведения занятия «Определение влажности и влагоемкости почв», вопросы и задания для самостоятельной работы, методика проведения лабораторных опытов.

Содержимое разработки

«Темниковский сельскохозяйственный колледж»

проведения практического занятия

Основы мелиорации и ландшафтоведения

Тема: «Определение влажности и влагоемкости почв»

на заседании предметной заместитель директора по

(цикловой) комиссии учебной работе

профессионального цикла ______________ Л.В.Щербакова

по специальностям «Землеустройство»,

Протокол № ___ от ______ 20___г.

Методическая разработка практического занятия «Определение влажности и влагоемкости почв» для студентов средних специальных учебных заведений. /Сост. Сергеева Л.Ю.– Темников, 2018. – 12 с. (0,8 п. л.)

Методическая разработка практического занятия по дисциплине «Основы мелиорации и ландшафтоведения» предназначена для преподавателей. В разработке приведены план проведения занятия «Определение влажности и влагоемкости почв», вопросы и задания для самостоятельной работы, методика проведения лабораторных опытов.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА занятия

Преподаватель: Сергеева Любовь Юрьевна

Дисциплина: Основы мелиорации и ландшафтоведения

Группа: 221 специальность «Землеустройство»

Тема: Определение влажности и влагоемкости почв.

Цель: C формировать представление о влажности и влагоемкости почв.

— обобщение, систематизация, углубление, закрепление полученных теоретических знаний по определению и анализу элементов водного баланса почвы и способам его регулирования;

— формирование умений применять полученные знания по определению влаги в почве на практике;

— развитие интеллектуальных умений;

— выработка самостоятельности, ответственности, точности, творческой инициативы.

Основные понятия: доступность влаги для растений; механизм передвижения воды и солей в почве; роль воды в почвообразовании; константы почвенной влажности; абсолютная и относительная влажность; полная и наименьшая влагоемкость; водопроницаемость; водный баланс активного слоя почвы;

Межпредметные связи: биология, химия, почвоведение, геология, гидрология.

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ И ВЛАЖНОСТИ И ВЛАГОЕМКОСТИ ПОЧВ

Вода является важнейшей составной частью почвы. Её роль в образовании, развитии почвы, плодородия — огромно.

Исключительно большое участие принимает вода в процессах выветривания горных пород.

Важную роль играет вода в почвообразовании: в синтезе и разложении органических веществ, в передвижении различных элементов в почвенной толще, в формировании почвенных горизонтов, и т.д.

В почве может содержаться вода в капельно-жидком, твердом (в виде льда), а также в парообразном состояниях. Некоторое количество воды всегда адсорбировано почвенным материалом в силу физико-химических взаимодействий, а также находится в химически связанной (кристаллизационной) форме. Относительное содержание воды в том или ином её состоянии обусловлено многими факторами, среди которых, — время года и температура, глубина почвенного горизонта, защищенность почвы от воздействий климатических факторов, строение почвы, присутствие в почве водоносных горизонтов и др. Поэтому применительно к почве говорят о наличии и количестве в ней влаги, имея в виду содержание воды во всех агрегатных состояниях. Количество влаги в почве очень изменчиво во времени и зависит от поступления воды в почву и её расходования.

Поступление влаги в почву происходит с атмосферными осадками, паводковыми, грунтовыми и поливными водами, а расходование- при испарении, транспарации, стоке и др. Соотношение этих процессов определяется климатическими явлениями, временем года, положением почвы в рельефе местности, наличием и характером растительного покрова, хозяйственной деятельностью человека. Помимо перечисленных факторов, внешних по отношению к почве, её влажность зависит и от свойств самой почвы — водных свойств, к которым относятся влагоемкость и водопроницаемость, а также от состояния поверхности почвы.

Почвенная влага является практически единственным источником влагообеспечения наземных растений, Поэтому влажность почвы определяет продуктивность культурных и природных фитоценозов, регулирует состав последних, а также состав связанных с ними зоо- и микробиоценозов. Почвенная влага оказывает огромное влияние на перемещение веществ в ее профиле.

Особенности водного режима почв обуславливают; в одних случаях, элювиальные процессы (за счет выноса растворенных или взвешенных веществ с нисходящим гравитационным током влаги), а других процессы накопления солей и засоления (за счет восходящих потоков влаги, содержащей растворенные вещества, в силу транспирации и капиллярных явлений). С колебаниями влажности связаны процессы превращения веществ в почве (их растворение и кристаллизация, окисление и восстановление), а также набухание и усадка почвенной массы.

Степень увлажнения оказывает большое влияние и на морфологические свойства почвы — на усиление или ослабление интенсивности окраски, плотность, сложение и связность почвенной массы, степень выраженности структуры и др.

Таким образом, изучение влажности почвы в ее сезонной и многолетней динамике — необходимая часть экологических, агропочвенных, почвенно-генетических исследований. Это изучение включает, во-первых, собственно наблюдения за динамикой влажности, которые складываются из суммы единичных измерений влажности за некоторый отрезок времени, и, во-вторых, обработку и интерпретацию полученного материала.

Влажность почвы характеризуется отношением массы содержащейся в почвенном образце влаги к массе подготовленного (измельченного, не содержащего посторонних включений) и высушенного образца и выражается обычно в процентах. Для измерения влажности используют как прямые, так и косвенные методы.

Основным, наиболее распространенным и надежным, прямым методом определения влажности почвы в лабораторных условиях является термостатно-весовой метод, широко описанный в литературе. Термостатно-весовой метод определения влажности заключается в измерении веса влаги, содержащейся в образце. При этом подготовленный почвенный образец высушивают в термостате при температуре 105 0 С в течение 3-4 часов, а определенный взвешиванием вес влаги относят к единице массы почвы.

Краткие теоретические сведения.

Влажность почвы характеризуется количеством воды, содержащейся в почве в момент определения. Различают влажность абсолютную и относительную.

Абсолютной влажностью называется содержание воды в процентах к массе (весу) или объему сухой почвы. Для определения абсолютной влажности навеску почвы высушивают до постоянной массы и рассчитывают по формуле:

Wm- абсолютная массовая влажность в процентах;

Мв- масса воды в образце;

Мп- масса сухой почвы;

100- коэффициент для расчета в процентах.

Относительная влажность— это отношение содержания влаги в данный момент к количеству воды, насыщающей почву до её наименьшей влагоемкости. Относительная влажность рассчитывается по формуле:

W отн =Wабс ⋅100%/ НВ , где

Wотн — относительная влажность;

Wабс- абсолютная влажность;

НВ- наименьшая влагоемкость;

100- коэффициент для расчета в процентах.

Относительная влажность характеризует степень насыщенности почвы водой по сравнению с пористостью или наименьшей влагоемкостью.

Влагоемкостью называется способность почвы вмещать и удерживать в своих порах то или иное количество влаги. Влагоемкость обычно выражают в процентах к массе сухой почвы. Величина ее зависит от свойств почвы, а также от количества влаги в ней. Влагоемкость тем больше, чем выше порозность почвы, особенно капиллярная, чем выше содержание в почве глинистых минералов и органических веществ. Влагоемкость тесно связана с видами воды в почве. В зависимости от количества удерживаемой воды и ее подвижности выделяют несколько видов влагоемкости: максимальную, молекулярную наименьшую, капиллярную и полную.

Максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ) — наибольшее количество рыхло связанной воды, удерживаемое сорбционными силами или силами молекулярного притяжения.

Наименьшая влагоемкость или предельно-полевая (НВ или ППВ) — характеризуется наибольшим количеством подвешенной влаги (т.е. влаги, не связанной капиллярно с грунтовой водой), которое может удерживать почва. Влага, поступившая в почву сверх величины наименьшей влагоемкости, стекает в нижележащие слои почвы.

Капиллярная влагоемкость (КВ) — это максимальное количество воды, которое удерживает почва в капиллярных порах при близком залегании зеркала грунтовых вод. Иными словами, капиллярная влагоемкость соответствует содержанию в почве капиллярно-подпертой воды.

Полная влагоемкость (ПВ) — наибольшее количество воды, которое может вместить почва при полном заполнении всех пор водой.

Влажность можно выразить и в процентах от содержания влаги, отвечающего тому или иному виду влагоемкости, что позволяет сравнивать по влажности почвы с различными водно-физическими свойствами. Например, влажность может быть выражена в процентах от полной влагоемкости, от влажности завядания и др. Такая форма выражения влагоемкости называется относительной.

Запас влаги в почве — абсолютное количество воды, содержащееся в определенном слое почвы. Запас влаги может выражаться в тоннах (кубометрах) на 1 га или в миллиметрах водного столба.

В зависимости от запасов влаги в почве различают также следующие типы увлажнения почвы.

Обильный тип увлажнения характеризуется полной (максимальный) капиллярной влагоемкостью. Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы: от 400-200 мм (весной) до 235-110 мм (летом). Местообитания — мокрые или сырые (встречаются условия плохой и удовлетворительной аэрации) в растительном покрове господствуют гигрофиты. Характерны для высокотравянистых низинных болот, а также сфагновых верховых болот.

Устойчивый тип увлажнения характеризуется средней капиллярной влагоемкостью. Запасы продуктивной влаги составляют от 230-140 мм до 115-70 мм. Местообитания — влажные или свежие, в растительном покрове. Имеются затруднения в водоснабжении, но напряженность засух невелика. Характерна для таежной зоны — почв лесов-черничников, кисличников, крупнозлаковых настоящих лугов.

Переменный тип увлажнения характеризуется наименьшей влагоемкостью. Запасы продуктивной влаги составляют от 150-110 мм до 60-10 мм. Место обитания — сухие и крайне сухие, в растительном покрове господствуют ксерофиты и психрофиты; мезофиты, если представлены, то сильно угнетены. Для данного типа увлажнения можно, в свою очередь, выделить несколько подтипов, охватывающие от таежных лесов-брусничников, пустошных (психрофильных) лугов, лишайниковых лесов, до скалистых мест с преобладанием накипных лишайников, где растения вегетируют, пока идет дождь и некоторое время позже.

Взятие почвенных образцов и подготовка к их анализу.

Наиболее распространенным методом отбора смешанных почвенных образцов является метод «конверта». Данный метод применяется для исследования почвы гумусового горизонта. При этом из точек контролируемого участка берут пять образцов почвы. точки должны быть расположены так, чтобы, мысленно соединенные прямыми линиями, давали рисунок запечатанного конверта ( длина стороны квадрата может составлять от 2 до 5-10м). Обычно при изучении почвы отбирают пробы гумусового горизонта с глубины около 20 см, что соответствует штыку лопаты. Из каждой точки отбирают около 1 кг ( по объему около 0,5 л), но не менее 0,5 кг.

Почвенные образцы упаковывают в полиэтиленовые или полотняные мешочки, и прилагают к нему этикетку (сопроводительный талон), в которой указывают:

• место взятия образца (адрес, номер пробной площадки);

• номер образца и дату (час) отбора, горизонт или слой, глубину взятия пробы;

• характер метеорологических условий в день отбора пробы;

• особенности, обнаруженные во время отбора пробы (освещение солнцем, применение удобрений, наличие близлежащих свалок и мусора, сточных канав и др.) Образцы помещают в эмалированную кювету (поддон, кастрюлю) слоем высотой около 2 см, смешивают, отбирают и отбрасывают камни, корни и части растений, почвенных насекомых и червей, инородные включения. Масса одного объединенного образца составляет около 1 кг. При необходимости почву измельчают в агатовой либо яшмовой ступке до отдельностей размером не более 1-2 мм. Далее в лабораторных условиях смешанный образец доводят до воздушно-сухого состояния, выдерживая его при температуре 100-105 ◦ С в течение не менее 3 час. в сушильном шкафу (духовке) в эмалированной кювете. В случае приближенной оценки, например, при работе в полевых условиях, и невозможности провести взвешивание образцов, допускается, с точностью до нескольких процентов, считать сухой почву, находящуюся в воздушно-сухом состоянии, т. е. сухую наощупь и легко рассыпающуюся.

Высушенный и охлажденный до комнатной температуры почвенный образец просеивают через сито с размером ячеек 1-2 мм. Образец почвы, просеянный через сито, используется в дальнейшем для химического и элементного (но не биологического) анализа. Хранят подготовленные таким образом почвенные образцы в полотняных мешочках в сухом месте. Срок хранения образцов не ограничен.

Требования (меры безопасности):

1. Перед началом работы одеть рабочий халат, для предотвращения попадания кислот, почвы на одежду.

2. При работе с почвой не размахивать руками, чтобы избежать попадания почвы в глаза.

3. Включая сушильный шкаф не браться за вилку или оголенный шнур мокрыми руками.

4.Проводить работу не превышая температурных рамок.

5.После окончания работы выключить сушильный шкаф (вытащив вилку из розетки).

6.После окончания работы убрать за собой рабочее место.

Цель работы: исследовать влажность и влагоемкость почвы, а также определить структуру и состав почвы.

Оборудование и реактивы: весы аналитические, разновесы, бюкс, эксикатор с СаСl₂, сушильный шкаф, шпатель, цилиндр с сетчатым дном, линейка, фильтровальная бумага, ванночки с водой и подставками, стеклянные палочки.

Опыт 1. Определение влажности Алюминиевый или стеклянный стаканчик (бюкс) просушивают до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 100…105 0 С, охлаждают в эксикаторе и взвешивают на аналитических весах. В этот стаканчик насыпают около 5 г воздушно-сухой почвы. Слой почвы в бюксе не должен превышать 5мм. Стаканчик с почвой взвешивают на тех же весах и с такой же точностью. Почву в стаканчике сушат в сушильном шкафу 5 часов, после чего стаканчик закрывают крышкой, охлаждают в эксикаторе с СаСl₂ и взвешивают. Затем просушивают снова около 2-х часов. Если разница во взвешивании после первой и второй сушке не превышает 0,003г, то просушивание заканчивают. Результат взвешивания записывают в таблицу 1, а влажность W вычисляют по формуле:

W = b−c/ c−a ⋅ 100%, где

а— масса пустого стаканчика, г;

b— масса стаканчика с почвой до высушивания, г;

с— масса стаканчика с почвой после высушивания, г.

Источник