Гранулометрический (механический) состав грунтов и почв
Твердая фаза почвы состоит из частиц различных размеров, которые называются механическими элементами или гранулами. Относительное содержание в почве или грунте механических элементов называется механическим или гранулометрическим составом, а количественное определение их гранулометрическим или механическим анализом.
В соответствии с ГОСТ 27593-88 «Почвы. Термины и определения», гранулометрический состав – это содержание в почве механических элементов, объединенных по фракции.
Проведение гранулометрического анализа очень важно при определении физико-механических свойств почв/грунтов, таких как порозность, влагоемкость, водопроницаемость, плотность, пластичность, липкость, набухание и др., то есть тех свойств, которые напрямую влияют на плодородие почв или знание которых необходимо при проведении строительных работ.
Механические элементы в зависимости от размера подразделяют на фракции: больше 3мм-камни, 3-1мм — гравий, песок 1-0,05мм (крупный, средний, мелкий), пыль – 0,05-0,001 (крупная, средняя, мелкая), ил – 0,001-0,0001 (грубый, тонкий) и коллоиды меньше 0,0001. Сумму всех механических элементов почвы размером меньше 0,01мм называют физической глиной, а больше 0,01мм – физическим песком. Кроме того, выделяют мелкозем, в который входят частицы меньше 1мм, и почвенный скелет – частицы больше 1мм.
Соотношение физической глины и физического песка лежит в основе классификации почв по механическому составу. Все почвы и грунты по механическому составу объединяют в несколько групп с характерными для них физическими и химическими свойствами: песок, супесь, суглинок, глина. Каждая группа подразделяется на подгруппы в зависимости от крупности механических элементов и преобладающих фракций.
Методы гранулометрического анализа
Гранулометрический состав можно определить приближенно в полевых условиях по внешним признакам и на ощупь «сухим» или «мокрым» методом. Этими методами могут воспользоваться садоводы-огородники при определении доз внесения удобрений, количества песка, торфа, опилок для улучшения структуры почвы и создания более благоприятных условий для роста сельскохозяйственных культур.
«Сухой» метод
Сухой комочек или щепотку почвы/грунта кладут на ладонь и тщательно растирают пальцами. Механический состав определяется по ощущению при растирании. Глинистые почвы в сухом состоянии с большим трудом растираются между пальцами, но в растертом состоянии ощущается однородный тонкий порошок. Суглинистые почвы при растирании в сухом состоянии дают тонкий порошок, в котором прощупывается некоторое количество песчаных частиц. Песчаные почвы состоят только из песчаных зерен с небольшой примесью пылеватых и глинистых частиц.
Пылеватые почвы и породы при растирании дают ощущение мягкости или «бархатистости»; песчанистые — жесткости, шероховатости; пылевато-песчанистые — мягкости, но и явного присутствия песчинок.
«Мокрый» метод
Образец растертой почвы или грунта увлажняют до тестообразного состояния, при котором почвы обладают наибольшей пластичностью. Затем пробуют на ладони скатать шарик и из него шнур толщиной около 3мм. Получившийся шнур пробуют свернуть в кольцо диаметром 2-3см. В зависимости от механического состава почвы/грунта показатели «мокрого» анализа будут различны. У рыхлых песков шарик не образуется; у связных песков — легко крошится; у супесей — имеет шероховатую поверхность; у суглинков — гладкую поверхность; у глинистых — гладкую, блестящую поверхность. Пески не образуют шнура; супеси дают зачатки шнура; у легких суглинков шнур образуется, но распадается на дольки; средние суглинки дают сплошной шнур, но при свертывании в кольцо он разламывается на дольки; тяжелый суглинок — шнур образуется сплошной, но при свертывании в кольцо трескается ; глины дают сплошной шнур, который свертывается в кольцо, не трескаясь.
Для точного установления гранулометрического состава применяют лабораторные методы, позволяющие находить количество всех групп механических элементов, слагающих почву или грунт.
При исследованиях гранулометрического состава почв/грунтов песчаного и крупнообломочного состава, реже в супесчаных, применяется ситовой метод (метод просеивания на ситах). Пробы грунта просеивают через набор сит с отверстиями разного диаметра: 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1. Каждую фракцию грунта, задержавшуюся на ситах, взвешивают и рассчитывают процентное содержание по отношению к общей массе грунта. При проведении гранулометрического анализа песков с размером частиц от 10 до 0,5 мм просеивание проводится без промывки, а от 10 до 0,1 мм с промывкой водой
Для исследования гранулометрического состава глинистых и суглинистых грунтов для частиц менее 0,1мм применяют ареометрический и пипеточный методы гранулометрического анализа. Эти методы основаны на зависимости, существующей между скоростями падения частиц и их размером. Если взмутить суспензию почвы/грунта и оставить ее в спокойном состоянии, то постепенно взмученные частицы осядут. Быстрее будут осаждаться более крупные по размеру и более тяжелые механические элементы, то есть плотность и механический состав суспензии будут изменяться с течением времени.
При ареометрическом методе производят измерения плотности отстаиваемой в цилиндре суспензии ареометром через определенные промежутки времени. Плотность, измеренная ареометром, зависит от содержания в суспензии взвешенных твердых частиц. Получив значения убывающей плотности через определенные промежутки времени, с помощью расчетных формул или по номограммам определяют процентное содержание частиц определенного размера.
Пипеточный метод предполагает отбор проб суспензии из цилиндра с определенных глубин через разные промежутки времени. Для производства анализа взмучивают грунтовую суспензию и оставляют ее в покое на определенное время, после чего специальной пипеткой с нужной глубины отбирают пробу суспензии. Такая проба содержит только те частицы, которые не успели осесть за указанное время отстаивания. При следующих пробах, взятых пипеткой через большие промежутки времени от начала отстаивания суспензии, получают более мелкие частицы. Определяя массу высушенных проб и зная размер отобранных частиц (вычисляемый по длительности отстаивания суспензии и глубине взятия проб), вычисляют процентное содержание этих частиц в образце почвы/грунта.
Источник
Механический анализ почвы
Механический состав почвы определяет многие агрономически важные ее свойства: водный, воздушный и тепловой режим, и влияет на запас питательных веществ в почве, подвижность и эффективность действия вносимых удобрений. От механического состава зависят сложение, порозность, влагоемкость, влажность завядания и другие физические свойства.
Задача механического анализа — определить содержание элементарных механических частиц в почве после искусственного расчленения микроагрегатов, ранее сцементированных карбонатами, склеенных органическими и минеральными соединениями. Результаты механического анализа зависят от метода подготовки почвы, так как разные методы разрушают цементирующие вещества различной степени устойчивости.
Выделение скелетной части почвы на ситах. При проведении механического анализа прежде всего выделяют камни, хрящ, крупный песок и пр. Для этого среднюю пробу почвы в 200- 300 г частями просеивают через сито с отверстиями в 1 мм. Почвенные комки раздавливают в ступке пестиком с резиновым наконечником. Просеивание продолжают до тех пор, пока на сите не останутся не поддающиеся раздавливанию частицы почвы (скелет) с приставшими к ним глинистыми частицами.
Для отделения глинистых частиц от скелета почвы его переносят в фарфоровую чашку, приливают воды и кипятят около 1 часа, помешивая стеклянной палочкой. После кипячения мутную жидкость сливают и повторяют кипячение, пока вода не будет оставаться прозрачной. Воду сливают, оставшиеся в чашке частицы минералов (скелет) высушивают и рассеивают на отдельные фракции через серию сит с диаметром отверстий в 10, 5, 3 и 1 мм. После взвешивания каждой фракции отдельно вычисляют процентное содержание их на абсолютно сухую почву.
Данные о содержании скелетных фракций обычно приводят рядом с таблицей механического состава мелкозема почвы. Из мелкозема, после соответствующей подготовки, выделяют фракции 1-0,5 и 0,5-0,25 мм на ситах, а более мелкие частицы разделяют методом, основанным на зависимости скорости падения частиц в спокойной воде от их размера.
Почвы, не содержащие карбонатов и с малым содержанием гумуса, не требуют длительной подготовки к механическому анализу, но для карбонатных почв она обязательна. В СССР наибольшее распространение получили метод подготовки почв Н.А. Качинского и некоторые более быстрые методы, в которых в качестве диспергатора применяют пирофосфат натрия, щавелевокислый натрий или другие соединения.
Источник
Особенности механического анализа почвы
АНО «Центр экологических экспертиз» предлагает широкий спектр услуг по анализу состояния почвы. Высококвалифицированные специалисты центры готовы проверить качество земли одним из известных методов: механический анализ почвы, фотоэлектрометрический, физико-химический, радиологический и др.
Типы исследования
Тем самым, в зависимости от задач и целей, поставленных перед экспертами, выбираются один из целесообразных типов исследования:
- Определение уровня кислотности в почве.
- Изучение загрязнителей в почве.
- Определение основных металлов, содержащихся в почве.
- Уточнение плодородности почвы.
- Изучение уровня электропроводности почвы.
- Механический анализ почвы.
- Микробиологический анализ почвы.
- Выявление в почве пестицидов, гербицидов и др. компонентов.
Нередко специалисты прибегают к комплексной проверке почвы для более эффективного результата. В этом случае они используют сразу несколько методов следования.
Механический тип исследования
Как известно, механический анализ почвы направлен на выявление таких свойств, как воздушный показатель, водный компонент и тепловой режим почвы. Именно эти показатели имеют сильное воздействие на питательные вещества.
Механические свойства почвы также отражаются на такие показатели, как влажность, пророзность и влажность земли. Тем самым, механические свойства неразрывно связаны с физическими показателями.
Основной задачей механического анализа почвы является определение в составе почвы элементарных частиц, которые образовались вследствие расчленения микроагренатов.
При этом специалисты знают, что различие в результатах исследования обусловлено в большинстве случаев особенностью подготовки почвы. Ведь этот метод может повлиять на показатель устойчивости почвы.
В ходе механического исследования эксперты выделяют различные компоненты почвы, в первую очередь, камни, песок и хрящ. Для этой процедуры профессионалы пропускают образец почвы через сито.
За долгие годы своей работы специалисты уже выяснили, что механический анализ почвы, не имеющий в своем составе карбонатов и с малым количеством гумуса, не требует специальной подготовки.
Однако для карбонатной почвы необходима специальная подготовка. Поэтому можно сделать вывод, что и стоимость услуги по анализу почвы будет варьироваться.
Источник
Опыт 1 Механический анализ почвы
Механический анализ почвы
Сравним состав почвы нашего поселка с почвой с. Кужное Мордовского района.
В пробирку поместите почву нашего района (столбик почвы должен быть 2—3 см). Прилейте дистиллированную воду, объем которой должен быть в 3 раза больше объема почвы.
Закройте пробирку пробкой и тщательно встряхивайте 1—2 мин, а затем вооружитесь лупой и наблюдайте за осаждением частиц почвы и структурой осадков. Опишите и объясните свои наблюдения.
Сначала будут оседать более крупные и тяжелые частички песка и глины, затем более мелкие, но раствор еще очень долго будет мутным — самые мелкие частички находятся во взвешенном состоянии.
Проделайте то же самое с образцом почвы с. Кужное.
Сделайте вывод о составе почв разных мест. Сделайте прогноз о плодородности данных почв.
В почве нашего поселка больше чернозема, а в почве с. Кужное чуть больше песка. Наша почва плодороднее, но она тяжелая. Например, чтобы выращивать комнатные растения, нужно добавить торф, песок, мелкие камешки, а то вода может застаиваться, почва станет «клеклой», а не рыхлой.
Как можно улучшить плодородность почв. Что для этого вы используете на своих огородах?
В почву можно добавлять удобрения, навоз, сажать растения, например бобовые. Они питают почву азотом. Он нужен, чтобы росли листья. Но нужно добавлять правильно, в меру.
Какие культуры можно выращивать на этих почвах?
Получение почвенного раствора и опыты с ним
Приготовьте бумажный фильтр, вставьте его в воронку, закрепленную в кольце штатива. Подставьте под воронку чистую сухую пробирку и профильтруйте полученную в первом опыте смесь почвы и воды. Перед фильтрованием смесь не следует встряхивать. Почва останется на фильтре, а собранный в пробирке фильтрат представляет собой почвенную вытяжку (почвенный раствор).
Несколько капель этого раствора поместите на стеклянную пластинку и с помощью пинцета подержите ее над горелкой до выпаривания воды. Что наблюдаете? Объясните.
Возьмите две лакмусовые бумажки (желтые), нанесите на них стеклянной палочкой почвенный раствор. Сделайте вывод по результатам своих наблюдений.
1. После испарения воды на стекле останется белый налет, это смесь веществ, растворившихся в воде во время перемешивания. В состав почвы входят соли. Растворами этих вществ питаются растения.
2. Универсальная лакмусовая бумажка не изменит свой цвет если раствор нейтральный, станет красной, если он кислый, и синей если он щелочной.
Мы исследовали почву, взятую с пришкольного участка. Определили, что она имеет кислую среду(бумажка стала розовой). Это для растений вредно. Как помочь почве?
Можно добавить осенью в землю пушонку и перекопать, чтобы почва стала нейтральной. А также поливать в меру.
Опыт 3
Определение прозрачности воды
Для опыта нужен прозрачный плоскодонный стеклянный цилиндр диаметром 2—2,5 см, высотой 30—35 см Можно использовать мерный цилиндр на 250 мл без пластмассовой подставки.
Проведем опыт по определению прозрачности сначала с дистиллированной водой, потом с водой из крана в школе, а затем с водой из водоема и сравним результаты.
Установите цилиндр на печатный текст и вливайте исследуемую воду, следя за тем, чтобы можно было читать через воду текст. Отметьте, на какой высоте вы не будете видеть шрифт.
Измерьте высоты столбов воды линейкой.
При сравнении прозрачности воды в качестве эталона использовать высоту столба читабельности печатного текста у дистиллированной воды (например 20 см). Тогда доля или степень прозрачности водопроводной воды (высота столбика читабельности которой, например, 17 см) составит:
W (прозрачности воды) = 17 см : 20 см = 0,85, или 85%. Вода в открытых водоёмах сильно загрязнена и уровень прозрачности в них очень низок.
Измеренная высота называется уровнем видимости.
Если уровень видимости мал, значит водоем сильно загрязнён.
Сравните, какая вода чище, где больше примесей, через которые не виден текст.
Отметьте, какова роль человека в сохранении чистоты водоемов или его загрязнении.
Опыт 4
Определение интенсивности запаха воды
Выданные колбы наполните на 2/3 объема исследуемой водой ( из образцов №1 –водопроводная, №2- из пруда Утиного; № 3—из Заливного пруда), плотно закройте пробкой и сильно встряхните. Затем поочередно откройте колбы и отметьте характер и интенсивность запаха. Дайте оценку интенсивности запаха воды в баллах, пользуясь таблицей 8.
Сделайте вывод о пригодности каждого образца воды для питья. Предложите несколько способов очистки воды.
Воспользуйся таблицей 8 (стр. 183).
Интенсивность запаха (балл)
Отсутствие ощутимого запаха
Очень слабый запах – не замечается потребителями, но обнаруживается специалистами
Слабый запах – обнаруживается потребителями, если обратить на это внимание
Запах легко обнаруживается
Отчетливый запах – неприятный и может быть причиной отказа от питья
Очень сильный запах – делает воду непригодной для питья
Определение жесткости воды.
ВЫЯСНИТЬ, как влияет кипячение на жесткость воды.
Для этого – приготовленный мыльный раствор разлить на 2 пробирки по 10 мг.
В две колбы налить по 30 мл водопроводной и кипячёной воды. В каждую колбу к испытуемой воде прилить по 1 мл мыльного раствора.
В течении 5 сек хорошо встряхнуть сосуды.
Затем дать 10 сек отстояться.
Повторять эту процедуру до тех пор, пока после отстаивания в одной из колб не будет образовываться мыльная пена по краю сосуда.
Отметьте количество затраченного мыльного раствора.
С другой колбой продолжать эксперимент до аналогичного результата. По количеству мыльного раствора, затраченного на разные колбы, сделать вывод о влиянии кипячения на общую жесткость воды.
Заполнить лаб. журнал.
Сделать вывод. Как влияет жесткая вода на организм человека. Как воду можно смягчить?.
Повышенная жёсткость воды является одной из причин заболеваемости населения мочекаменной, почечнокаменной, желчнокаменной болезнью и т. д. Повышенную жесткость можно определить «на глаз» по следующим признакам:
— накипь при кипячении;
— плохое намыливание при стирке;
— плохое заваривание чая.
При кипячении воды соли оседают в виде накипи, осадка, вода становится мягче.
Можно использовать фильтры для жесткой воды, в которых эта соль также оседает.
Определение содержания ионов железа и серебра в питьевой воде.
1. Определение ионов железа.
К 10 мл пробы воды прибавить 1 каплю азотной кислоты, затем 2-3 капли пероксида водорода и ввести 0,5 мл тиоционата аммония.
При концентрации ионов железа более 2,0 мг|л появляется розовое окрашивание, при концентрации более 10 мг|л окрашивание становится красным:
Заполнить лаб. журнал.
2. Определение ионов серебра.
К 10 мл пробы воды из источника с. Павловка прибавить 5-6 капель раствора нитрата серебра. Встряхнуть пробирку. Наблюдать появление белого осадка. Если он образуется, значит в воде есть ионы серебра.
Сделать выводы о составе воды в образцах. Как влияют ионы на организм человека?
1.Ионы железа в воде вредны для здоровья
Высокое содержание ионов железа в питьевой воде может вызвать заболевания крови, аллергию, ишемическую болезнь сердца. Государственный стандарт допускает содержание железа в питьевой воде 1мг|л.
В воде, взятой из водопровода поселка, есть ионы железа. Их концентрация больше 2миллиграм на литр( окрасилась в розовый цвет).
Но воду, которую пьем мы, не исследуют уже 20 лет, как нам рассказали в сельсовете.
2. Ионы серебра убивают болезнетворные микробы в воде. В Воде из «святого колодца» есть такие ионы. Поэтому такая вода может храниться очень долго и не портиться. Люди хранят и оберегают источник, как святыню.
Определение наличия воды в почве.
Работа с ЦОР (виртуальные опыты)
Взвесить пустую чашку для почвы записать ее вес.
Высыпать в нее почву.
Взвесить чашку с почвой. Записать вес.
Поставить почву в шкаф, включить температуру 500 градусов.
После выпаривания, поставить чашку в эксикатор.
После охлаждения взвесить чашку с почвой, записать вес.
Повторить это еще 2 раза.
Записать последний вес чашки с почвой.
От веса чашки с почвой при 1 взвешивании, отнять вес чашки. Полученное число — вес почвы до выпаривания.
Отнять от веса последнего образца вес пустой чашки.
Полученное число — вес почвы после прокаливания.
От веса почвы до прокаливания отнять вес почвы после прокаливания. Полученное число — вес воды, которая содержалась в почве.
Определим ее долю в процентах.
Разделим вес воды на вес почвы до прокаливания, полученное число умножим на 100%. Это – массовая доля воды в почве.
Источник