Лизиметрический опыт с удобрениями используется для изучения

Лизиметрический метод

Лизиметрический метод так же, как полевой и вегетационный, относится к биологическим и используется в ряде естественных наук. Лизиметрический опыт с удобрениями – опыт с удобрениями с использованием лизиметрической установки для изучения питательного режима почвы и передвижения минеральных и органических веществ по профилю почвы, баланса питательных элементов.

Лизиметр (от греч. lysos – растворение) впервые использовал французский исследователь де Ла Хира в 1688 г. при изучении количества и скорости просачивания атмосферных осадков через почву. В агрохимических исследованиях его первыми использовали англичане Джон Дальтон, выясняя роль атмосферных осадков в питании грунтовых вод (1795), и Уэй, опубликовавший в 1850 г. данные об изменении химического состава растворов, просачивающихся через почву.

Лизиметрическим методом пользуются при изучении потерь питательных элементов при различных дозах, сроках и способах внесения удобрений, на пару и занятых посевами почвах, при наблюдении за скоростью передвижения атмосферных осадков, динамикой влажности почвы, изучения влияния удобрений на свойства почвы и т.д. В опытах с лизиметрами создаются условия, близкие к естественным. Лизиметры устанавливают вблизи лабораторий, чтобы своевременно проводить анализы, рядом с ними располагают дождемер. В лизиметрах должны поддерживаться условия, близкие к моделируемым природным. Для защиты растений от животных и птиц над лизиметрами устанавливают сетки.

Для исследований почву в лизиметры или насыпают с сохранением естественной последовательности генетических горизонтов, или лизиметры заполняют, вдавливая их в почву и сохраняя естественное строение почвенных слоев. Лизиметры могут быть металлическими, бетонными или кирпичными, а также из пластмассовой пленки. Для многолетних исследований их делают из бетона или бетонированного кирпича площадью от 1 до 4 м 2 и глубиной обычно в 1 м. В них используется насыпная почва. Такие лизиметры есть в научно-исследовательских институтах республики (Институт почвоведения и агрохимии, Научно-практический центр по земледелию).

Размещают лизиметры рядами, через каждые два ряда делают подземный коридор, в который выходят трубки каждого лизиметра со сменными приемниками, куда сбегают фильтрующиеся воды (рис. 15.15). Для стока просачивающейся воды дно лизиметра имеет уклон в сторону отверстия с трубкой, ведущей в приемник. Для улучшения стока на дне каждого лизиметра укладывается дренирующий слой из гравия, песка, щебня и т.д.

Почва в лизиметрах должна быть на одном уровне с поверхностью участка.

Современные лизиметрические бетонные устройства имеют автоматическую измерительную систему для учета в динамике количества просочившихся через почву вод. Изучаются также температурный и барометрический режимы, в выводных трубках монтируются специальные устройства, препятствующие заплыванию дренажного слоя. Лизиметрические устройства могут быть оснащены аппаратурой для отбора проб газа и т.д.

Металлические и пластмассовые лизиметры применяются для работы как с насыпными, так и с почвами естественного сложения. Они значительно меньше, чем стационарные бетонные или кирпичные лизиметры, и разнообразнее по форме и конструкции. Для опытов с насыпной почвой обычно используются лизиметры цилиндрической формы и в форме параллелепипеда из листовой оцинкованной стали. На дно насыпают песок или гравий, а через отверстия трубками присоединяют приемники для сбора фильтрата. Наполненные почвой лизиметры либо закапывают прямо в грунт, либо помещают в другой металлический цилиндр или ящик немного большего размера, предварительно вкопанные в грунт на одном уровне с поверхностью участка. Во втором случае лизиметры можно доставать и взвешивать.

Чтобы заполнить металлические лизиметры без нарушения естественного строения почвы, их заостренными нижними концами врезают в почву и, достав наполненный лизиметр, прикрепляют дно – воронку с дренирующим материалом. Затем лизиметр переносят на подготовленное место и системой труб соединяют с приемником. Таким способом заполняют небольшие лизиметры (диаметром 10–20 см и высотой 20–30 см), при больших размерах нарушается естественное сложение почвы. Классическим примером такого лизиметра является лизиметр профессора А. В. Ключарова. Это стальной цилиндр диаметром 11 см и высотой 20 см, к которому герметически прикрепляется дно в виде цинковой воронки (рис. 15.16), заполненное дренирующим материалом. Фильтрат через пробку с трубками поступает в воронку с делениями. Обычно такие лизиметры помещаются в закопанные в грунт тонкостенные железные цилиндры высотой 50 см, назначение которых – закреплять стенки ямы и плотно удерживать на крючках лизиметр. Зазоры между лизиметром и внешним сосудом (если они есть) закрывают специальными щитками из водонепроницаемых материалов.

Лизиметрические воронки не имеют боковых стенок и позволяют проводить исследования с почвой естественного сложения в условиях, максимально приближенных к естественным. Изготовляются из оцинкованного железа, винипласта, плексигласа и других материалов.

Впервые лизиметрические воронки применил Эбермайер в 1879 г. Воронки Эбермайера изготовляются из оцинкованного железа диаметром 25 см или 50 см, края загнуты и заострены, выходное отверстие покрыто цинковым кружком с отверстиями 2 мм, вся воронка заполнена дренирующим материалом (рис. 15.17). Для опыта роют траншею глубиной на 50 см больше, чем высота воронки, в одной стенке траншеи делают ниши и острым краем врезают в потолок ниши воронки. Расстояние между воронками – 30–100 см. Трубками воронки соединяются с приемниками, помещенными на дне траншеи. Пустоты в нишах засыпают почвой, стенки траншеи закрепляют досками. Траншею накрывают досками, затем изолирующим материалом и засыпают землей. Чтобы спускаться к приемникам, делают люк с крышкой и лестницей.

Е. И. Шилова предложила упрощенную конструкцию лизиметрических воронок-щитков, позволяющую отсасывать из приемников собранную воду через трубки. Благодаря удобству эта конструкция лизиметров широко распространена.

Водный режим почвы в лизиметрах несколько иной, чем в естественных условиях, несмотря на все усилия их приблизить. Корпуса лизиметров любой конструкции нарушают естественный водный, термический и воздушный режимы почвы – исключается поверхностный и боковой сток, возможна пристеночная фильтрация. В силу этих причин в лизиметры со стенками осадков попадает на 20–25% больше, чем в тот же объем почвы без лизиметра. К тому же в лизиметрах с дном и дренажной системой создается воздушная прослойка, мешающая свободному движению гравитационной воды и тем самым увеличивающая влажность почвы. Лизиметрические воронки-щитки имеют здесь некоторое преимущество, так как в них сохраняется естественное сложение почвы. Однако после сильных дождей в воронки может попасть вода с соседних участков или, наоборот, уйти на соседние участки почвы.

Рис. 15.17. Лизиметрические воронки Эбермайера:

а – план; б – разрез одного лизиметра воронки; в – схема

расположения воронок на разной глубине.

Количество просачивающейся сквозь почву в лизиметрах влаги зависит от гранулометрического состава почвы, способа наполнения лизиметра (в насыпных почва уплотняется и скорость фильтрации уменьшается по сравнению с лизиметрами, где почва сохраняет естественное сложение), времени года (весной и осенью больше, чем зимой и летом), от наличия растений и фазы развития, температурного режима. Кроме того, есть еще одно обстоятельство, делающее лизиметрический метод условным, – из большого почвенного массива испытывается небольшая площадка и полученные данные экстраполируются на большую территорию.

Тем не менее лизиметрические опыты позволяют фактически определять величину одной из расходных статей баланса питательных элементов, а это очень важно. Представления о потерях питательных элементов из почвы из-за вымывания базируются пока в основном на результатах лизиметрических исследований. По количеству просочившейся воды и ее химическому составу можно определить возможные потери питательных элементов из разных горизонтов почвы.

Уровень потерь питательных элементов зависит от степени насыщенности ими почвы, ее гранулометрического состава, количества просачивающихся за год осадков, доз удобрений. По данным М. А. Бобрицкой, азот от вымывания теряет больше всего пар. На разных почвах потери нитратов варьируют от 3 до 160 кг/га, особенно велики они на легких почвах при внесении азотных удобрений в дозах, значительно превышающих биологическую потребность в них сельскохозяйственных культур. На суглинистых почвах при внесении умеренных доз потери азота от вымывания невелики – 5–10 кг/га. Потери фосфора, как уже отмечалось, незначительны на всех почвах, обычно не более 0,5–1,2 кг/га. Вымывание калия из суглинистых и глинистых почв невелико даже при внесении высоких доз удобрений, тогда как на легких почвах они существенны.

По данным Института почвоведения и агрохимии, на дерново-подзолистой супесчаной почве потери калия на неизвесткованном фоне при применении N₆₀P₄₀K₁₀₀ составляли 13,3 кг, a N₁₂₀P₈₀K₂₀₀ – 24,8 кг. На известкованном фоне потери соответственно были 8,3 и 16,5 кг К₂О. В этом опыте больше всего вымывалось кальция. При известковании из почвы потери кальция составили в зависимости от доз удобрений 167–253 кг СаО.

Таким образом, лизиметрические исследования дают возможность изучать передвижение питательных элементов и влаги в максимально приближенных к природным условиям, не косвенно, а прямо определять потери питательных элементов из почвы.

Источник

Лизиметрический опыт с удобрениями используется для изучения

Лабораторный эксперимент — исследование, осуществляемое в лабораторной обстановке с целью установления действия и взаимодействия факторов на изучаемые объекты (химические, физико-химические). Проводят лабораторные опыты как в обычных (комнатных), так и в искусственных строго контролируемых условиях – термостатах, боксах и климатических камерах, позволяющих строго контролировать свет, температуру, влажность воздуха и другие факторы.

Лабораторные методы находят широкое применение в агрономии. Как метод для самостоятельных исследований применяют для различных целей:

— в агрохимии для определения потребности почв в удобрениях;
— в физиологии для изучения физиологических процессов – ассимиляции углерода, дыхания растений, испарения и всасывания воды;
— в биохимии для определения биохимических процессов и содержания различных веществ – белков, жиров, углеводов, алкалоидов, витаминов, минеральных веществ;
— в селекции для исследования свойств и качеств растений – зимостойкости, засухоустойчивости, устойчивости против болезней, различных технологических качеств растений.

Широкое распространение получили и такие методы, как фотометрия, хромотография, спектроскопия, атомно-абсорбционная спектрофотометрия, рентгенофлуоресцентный, масс-спектроскопия.

Физические и химические методы анализа сами по себе точны и дают верное представление о содержании тех или иных веществ в почве и растениях, о структуре почв. Большим достоинством лабораторных методов является быстрота и высокая точность их определения; недостаток – в оценке значения отдельных элементов и результатов анализа не участвует главный объект агрономии – само растение, его урожай. В зависимости от целей и задач исследований экспериментатор может смоделировать и изучить в лабораторных условиях течение почвенных процессов, различные режимы и балансы, изменение количественного и видового состава живой фазы почвы.

Для научного обоснования эффективности изучаемых агротехнических приемов надо знать свойства почв, на которых проводят опыт. Плодородие почвы в значительной степени определяют физические ее свойства, но поскольку они постоянно изменяются от воздействия природных факторов и агротехнических приемов (обработка удобрения, известь, возделываемые сельскохозяйственные культуры и т. д.), необходимы детальные наблюдения за их изменением. В условиях производственного опыта наиболее важны исследования влажности почвы и плотности почвы, качества ее разделки и биологические свойства. Они дают ключ к разгадке многих явлений, причин снижения или увеличения урожайности, а также позволяют наметить мероприятия по устранению неблагоприятных факторов.

Определение водно-физических свойств почв

Влажность устойчивого завядания. В период роста и развития растений часто наблюдается их завядание из-за острого дефицита воды в почве, запасы которой равны влажности устойчивого завядания, когда потребление влаги из почвы для растений становится практически невозможным. Следовательно, запасы доступной для растений воды не могут быть определены, если неизвестна влажность устойчивого завядания.

«В производственных опытах для расчета можно использовать метод определения влажности устойчивого завядания по максимальной гигроскопичности, при котором влажность завядания, или коэффициент завядания, принимается равным приблизительно 1,34 максимальной гигроскопичности. Так, если ее показатель для средних суглинков составляет 5-6% массы сухой почвы, ориентировочную влажность устойчивого завядания для данной почвы можно найти умножением показателя на коэффициент 1,34; она составит 6,7-8%, что служит границей (пределом) запаса доступной растениям влаги.

Влагоемкость почвы &#150 способность почвы впитывать и удерживать воду. Практический интерес в опытной работе представляют три вида ее: наименьшая (полевая), капиллярная и полная, или водовместимость.

Полевая влагоемкость &#150 наибольшее количество капиллярно-подвижной воды, которое может удержать почва менисковыми или капиллярными силами сцепления после стекания всей гравитационной воды. Для ее определения на опытном поле подбирают выровненную площадку размером 1&#215 1 м 2 . На ней проводят рыхление вручную, имитируя обработку почвы под испытываемую культуру. Площадку огораживают насып¬ными валиками высотой 30-40 см и шириной 40-50 см. Для установления количества воды, потребного для заливки площадки на заданную глубину до полевой влагоемкости, проводят предварительный расчет объемной и удельной массы, влажности и скважности почвы. Эти показатели определяют по общепринятым методам, используя образцы почвы, взятые вблизи заливаемой площадки.

Рассчитанное количество воды постепенно подают на площадку, поддерживая при этом уровень напора воды высотой 5-6 см. После впитывания влаги в почву площадку закрывают полиэтиленовой пленкой и соломой для предохранения испарения влаги. Для установления равновесного состояния влажности по профилю почву в таком виде выдерживают: песчаную и супесчаную &#150 сутки, суглинистую &#150 двое-трое суток и глинистую &#150 трое-четверо суток. Затем проводят послойное определение влажности, величина которой характеризует полевую влагоемкость. Оценивают ее по соотношению со скважностью почвы. Так, полевую влагоемкость 70-80% показателя скважности принято считать благоприятной для роста и развития растений, 80-90% &#150 менее благоприятной и свыше 90% &#150 неудовлетворительной.

Капиллярная влагоемкость &#150 максимальное количество капиллярно-подпертой снизу воды, содержащейся в капиллярных промежутках почвы, выражают в процентах от массы или объема почвы. Величина ее за¬висит от крупности пор, механического и агрегатного состава, плотности, а также уровня стояния грунтовых вод, капиллярно поднимающихся к верхним слоям почвы.

Для получения данных о капиллярной влагоемкости берут шесть — восемь образцов почвы с ненарушенным строением. Послойный отбор их проводят буром с вставными стальными патронами (цилиндры 200-500 см 3 ) с плотно закрывающимися крышками. Перед насыщением их водой нижнее дно закрывают металлической крышкой с сеткой и вложенным кружком фильтровальной бумаги (можно использовать фильтровальную бумагу, марлю, вату и т. д.). После взвешивания патроны ставят в ванночку с водой, при этом концы марли или фильтровальной бумаги должны быть опущены в воду, что обеспечивает непрерывный подток воды снизу. Обычно через четыре-пять дней происходит капиллярное насыщение почвы. После того как масса патронов станет постоянной, их взвешивают.

Скважность (порозность) почвы, суммарный объем всех почвенных пор, заполненных водой и воздухом, характеризует величину по л ной полевой влагоемко с т и и величину воздухоемкости. Воздухоемкость вычисляют по разности между общей скважностью и влажностью почвы, выраженной в объемных процентах.

Водопроницаемость &#150 способность почвы впитывать и пропускать через себя воду (под влиянием силы тяжести), поступающую с поверхности. Величина этого показателя зависит от химического и механического состава почвы, структуры, плотности, влажности и ряда других факторов, она имеет значение для агрономической оценки почв и мелиоративных работ.

При поступлении воды с поверхности вглубь почвы водопроницаемость характеризуют двумя фазами: впитыванием (насыщение влагой почвы) и фильтрацией (просачивание влаги в нижние горизонты почвы).

Высота столба воды, которая поступает сверху вниз по толщине почвы за единицу времени, указывает на скорость впитывания и фильтрации.

Чаще всего лабораторные исследования являются сопутствующими при широких агрономических исследованиях.

Особенности техники проведения лизиметрического опыта

Изучение выщелачивания органических и минеральных соединений из почвы и внесенных в нее удобрений, контроль за динамикой влажности, просачиванием атмосферных осадков и поливных вод и вымыванием с ними питательных элементов с помощью специальных приборов – лизиметров называют лизиметрическими исследованиями, или лизиметрическими опытами.

С помощью лизиметров изучают потери питательных веществ в зависимости от норм, форм, сроков и способов внесения удобрений под посевами и без растений с целью обоснованного определения необходимого баланса питательных веществ в почве. В лабораторных условиях в лизиметрах изучают закономерности и скорости передвижения воды и содержащихся в ней питательных веществ через определенные слои почвы для обоснования и разработки рациональных приемов и способов внесения и заделки удобрений.

Вода в почве, в зависимости от количества осадков, рельефа, физического сложения и гранулометрического состава почвы, вида и состояния возделываемых растений может просачиваться на любую глубину, но наиболее распространенные типы лизиметров рассчитаны в большинстве случаев на глубину в 1 м от поверхности почвы.

Рис. 1. Примерная схема расположения лизиметров на участке

Отбирать пробы просачивающихся вод в зависимости от конструкции прибора можно из слоев разной мощности. Существует несколько конструкций лизиметров, отличающихся приспособлениями для сбора просачивающихся вод и растворенных в ней веществ.

Лизиметры изготавливают различных размеров в виде цилиндров, кубов, параллелепипедов или воронок. Причем, стенки и дно лизиметров должны быть из влагонепроницаемых материалов: бетона, металла, кирпича, пластмассы.

Рис. 2. Внешний вид территории участка с лизиметрами

Для стока просачивающийся через почву лизиметра воды дно его должно иметь уклон в определенную сторону, где имеется отверстие, через которое просочившаяся вода через трубки соединяется с приемником (емкостью) для сбора фильтрата. Для улучшения стока просочившийся воды на дне каждого цилиндра укладывают дренирующий слой из гравия, песка или щебня. Различают лизиметра по состоянию наполненной в них почвы:

— с почвой естественного сложения;
— с насыпной почвой.

При использовании лизиметров с насыпной почвой, ее предварительно просеивают и набивают послойно с сохранением природной последовательности размещения генетических горизонтов, причем при набивке каждый слой уплотняют до естественного объема.

Для сравнительных исследований лизиметры размещают группами по 10 шт. и более в два или более ряда с определенными расстояниями между ними и отдельными приборами, вкапывая их в грунт так, чтобы уровень почвы в них совпадал с поверхностью окружающей среды. Для учета количеств выпадающих осадков рядом с лизиметрами располагают дождемеры.

Приемники сбора просачивающихся через почву лизиметров вод помещают в подземных сооружениях (коридорах, траншеях, ямах), хорошо изолированных от атмосферных осадков, а в осенне-зимне-весенний период от резких перепадов температур. Устанавливают лизиметры вблизи лабораторий для удобства проведения наблюдений в любое время года и суток, а пространственно размещают так, чтобы обеспечить нормальное освещение посевов и защиту их от птиц и животных.

Для длительных многолетних исследований лизиметры делают из бетона или бетонированного кирпича с площадью поверхности каждого от 1 до 4 м 2 , иногда и более, с глубиной обычно 1 м. Располагают лизиметры парами рядов, между каждой парой рядов делают подземный коридор, в который выходят трубки из каждого лизиметра со сменными приемниками для сбора фильтрующихся растворов. Бетонные и кирпичные лизиметры после строительства заполняют насыпной почвой.

Рис. 3. Схема строения лизиметра (вид сбоку)

Металлические и пластмассовые лизиметры применяют для работы с насыпными почвами и с почвами естественного сложения, причем площадь поверхности и объем почвы в них, обычно, всегда значительно меньше, чем в стационарных бетонных или кирпичных лизиметрах. В опытах с насыпной почвой на дно лизиметров укладывают дренаж из гравия и песка, а через отверстие в дне трубками подсоединяют приемники для сбора фильтрата.

Далее наполненные почвой лизиметры закапывают непосредственно в грунт или в другой сосуд большого объема, предварительно вкопанный в грунт. На одном уровне с поверхностью окружающей почвы. Внешний сосуд служит для укрепления стенок ямы и удержания с помощью разных приспособлений лизиметров в нем, причем зазоры между лизиметром и внешним сосудом следует закрывать водонепроницаемыми материалами.

Для заполнения почвой без существенного нарушения ее естественного сложения применяют лизиметры с отделяющимся дном, нижние стенки которых заострены. Такой полый цилиндр или параллелепипед врезают в почву полностью, затем осторожно выкапывают его вместе с содержащейся в нем почвой. Дно воронкообразной формы, заполненной дренажным материалом, с отверстием для сбора фильтрата плотно прикрепляют к выкопанному лизиметру с почвой. Переносят лизиметр на заранее подготовленное место, соединяют с приемником и помещают на одинаковом уровне с окружающей почвой. Следует подчеркнуть, что при взятии почвы в естественном сложении применяют лизиметры небольших размеров: диаметром 10-20 см и длиной (глубиной) – 20-30 см, так как при больших объемах сосудов вдавить и вырыть сосуды, не нарушая естественного сложения почв чрезвычайно трудно. Наиболее удобно при работе с почвой естественного сложения использовать лизиметрические воронки, так как они не имеют боковых стенок. Цинковые воронки диаметром 25-50 см имеют глубину 5 см, края их загнуты вверх на 0,5 см и заострены, выходное отверстие прикрыто цинковым кружком с отверстиями 2 мм, вся воронка заполнена дренирующими материалами.

Для установки воронок роют траншею глубиной на 50 см больше желаемого размещения каждой воронки. На вертикальной стене траншеи делают ниши на той глубине, на которой запланировано помещать каждую воронку. В ниши вводят воронки, врезают острыми краями их в потолки ниш. Трубками соединяют воронки с приемниками, размещенными в наиболее глубокой части траншеи. Пустоты в нишах, а также мелкую часть траншеи засыпают почвой, стенки траншеи закрепляют досками. Накрывают траншею досками, затем изолирующим материалом и засыпают землей, не забывая оставить люк с крышкой и лестницей для удобства проникновения к приемникам. Размещают воронки обычно на расстоянии 30-100 см друг от друга вдоль траншеи.

При постановке опытов в лизиметрах следует иметь в виду, что все осадки, попавшие на площадь лизиметра со стенками, проходят через содержащуюся в нем почву, так как стенки лизиметра обычно немного выше уровня почвы в нем. В естественных условиях, как правило, 20-25% воды сбегает с поверхности по уклонам рельефа. Следовательно, в лизиметры со стенками осадков попадает больше, чем в естественных условиях и в лизиметрических воронках. Наличие дна у лизиметров прерывает слои почвы и приводит к появлению воздушной прослойки, мешающей свободному движению гравитационной воды вниз. Поэтому в лизиметрах влажность несколько больше, чем в таком же слое естественной почвы. Просачивание воды в лизиметрах зависит от глубины их; в более глубоких оно относительно выше, чем в мелких. Поэтому при равных площадях и малом количестве осадков испарение влаги более интенсивно происходит с поверхности мелких, а не глубоких лизиметров.

Количество фильтрующейся влаги в лизиметрах при равных количествах осадков зависит от гранулометрического состава почвы, температурного режима и времени года, от наличия растений и фазы их развития, от способов наполнения лизиметров: в насыпных лизиметрах почва уплотняется, и скорость фильтрации уменьшается в сравнении с лизиметрами, в которых сохранено естественное сложение почвы.

Таким образом, абсолютное значение динамики влажности почвы в лизиметрических опытах отличаются от аналогичных данных, полученных в естественных условиях. Вместе с этим проведение в лизиметрах одной конструкции по конкретной схеме обеспечивает получение сравнимых, относительных результатов в пределах заданной схемы. Так как вымывание питательных веществ из почвы непосредственно связано с просачиванием влаги сквозь нее, результаты исследований в лизиметрах в значительной степени зависят от конструкции лизиметров, глубины их, времени наблюдений, наличия растений и других факторов, влияющих на интенсивность просачивания влаги.

Контрольные вопросы

1. В чем сущность лабораторного метода исследования в агрономии?
2. Для чего необходимы лабораторные исследования в агрономии?
3. Перечислите какие лабораторные методы используются при анализе сельскохозяйственных объектов?
4. В чем суть лизиметрического метода?
5. Для каких целей используют лизиметрический метод?
6. Расскажите о принципиальной схеме лизиметра?

Назад Наверх Далее

© ФГОУ ВПО Красноярский государственный аграрный университет Источник ➤ Adblock detector