Методы исследования физических свойств почв
Лекция №9
Цель лекции: Определение физических, физико-механических, водных, воздушных тепловых свойств почв
Ключевые слова:плотность, пористость,влажность, набухание пластичность,липкость, связность
Вопросы:
1. Определение общих физических свойств почвы
2. Физико-механические свойства
3. Водные свойства и водный режим почвы
4. Воздушные свойства почвы
5. Тепловые свойства почвы
1. Определение общих физических свойств почвы
Физические свойства почвы связаны с ее дисперсностью (раздробленностью на отдельные частицы) и пористостью (степенью примыкания частиц почвы друг к другу). Благодаря дисперсности и пористости в почвах можно выделить три фазы — твердую, жидкую, газообразную, находящиеся во взаимодействии друг с другом. Наименее подвижная часть твердая фаза почвы и особенно минеральные частицы; более подвижные — органические вещества и еще более динамичные — жидкая и газообразная фазы. Поэтому физические свойства могут быть разделены на общие физические, физико-механические, водные, воздушные и тепловые.
К числу общих физических свойств почвы относят плотность, плотность твердой фазы почвы и пористость.
Плотность почвы — это отношение массы ее твердой фазы к массе воды в том же объеме при температуре +4° С. Величина относительной плотности почв зависит от плотности входящих в нее частиц минералов и их соотношения, а также от количества органического вещества. Обычно плотность минеральных горизонтов почв колеблется в пределах 2,4—2,8, а органогенных от 1,4 до 1,8 (торф). Плотность верхних гумусированных горизонтов почв в среднем равна 2,5-2,6, нижних — 2,6-2,7.
Плотность твердой фазы почвы — масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении, выраженная в г/см 3 . Это одно из важнейших свойств, определяющих способность почвы пропускать и удерживать влагу, воздух, сопротивляться орудиям обработки почвы и т. д. Зависит от типа растительности, механического и минералогического составов почвы (дисперсности), сложения, оструктуренности и степени обработки почв.
Наименьшая объемная плотность обычно наблюдается в верхних горизонтах почв, наибольшая — в иллювиальных и глеевых горизонтах. Величина объемной плотности почв зависит от типа растительности.
Каждый вид растений способен поддерживать объемную плотность почв на том или ином уровне, т. е. в определенном интервале величин. Наиболее благоприятная для растительности величина объемной плотности верхних горизонтов почв колеблется в пределах 0,95—1,15 г/см . Предельной величиной характеризуются глеевые горизонты почв с максимальной объемной плотностью 2,0 г/см 3 . Если объемная плотность почв равна 1,6-1,7 г/см 3 , корни древесных пород практически в почву не проникают (при плотности почвы 2,66—2,70 г/см3), а сельскохозяйственные культуры снижают урожай в 3-4 раза.
Почву считают рыхлой, если объемная плотность гумусовых горизонтов равна 0,90-0,95, нормальной — 0,95-1,15, уплотненной — 1,15-1,25 и сильноуплотненной — более 1,25 г/см 3 .
Пористость (порозность или скважность) — суммарный объем всех пор и промежутков между частицами твердой фазы почвы. Ее вычисляют по плотности и объемной плотности почвы и выражают в % объема почвы по формуле. Различают несколько форм пористости, главнейшими из них являются капиллярная и некапиллярная. Капиллярная пористость обычно измеряется в лабораторных условиях и равна количеству воды, удерживаемому тонкими капиллярными промежутками между частицами твердой фазы почвы. Обычно чем больше глинистых частиц, тем больше капиллярная пористость. В оструктуренных почвах вода между комочками вытекает из-за большого размера пор, а в самих комочках удерживается в капиллярах. Разница между общей и капиллярной пористостью составляет некапиллярную пористость.
Наибольшая пористость (80-90%) наблюдается в лесных подстилках, травяном войлоке, торфах, т. е. органогенных горизонтах. В минеральных гумусированных горизонтах она равна 55-65%, в верхних безгумусных 45-55%, в нижних горизонтах почвы может быть ниже 45%. Минимальная пористость наблюдается в глеевых горизонтах почв и равна около 30%.
Для развития корневых систем древесных пород наилучшие условия создаются при пористости почв, равной 55-65%; при пористости 35-40% корни проникают в почву с трудом, а при пористости глеевых горизонтов она практически становится корне непроницаемой. Большое значение имеет некапиллярная пористость. Для наиболее освоенных корнями горизонтов она, как правило, более 10%; при снижении ее до 3% нижние горизонты почв становятся малодоступными для корней. Некапиллярная пористость обеспечивает проникновение воздуха в почву — аэрацию. Для нормального развития растений важно, чтобы почвы имели высокую капиллярную пористость и пористость аэрации не менее 20% объема почвы.
Источник
Методика определения физических свойств почв
Раздел II ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЧВЫ. Занятие 1 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТАВА И ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВЫ
Цель занятия. Ознакомиться с методами исследования почвы при изучении ее механического состава и физических свойств.
Материалы и оборудование. Пробы почвы; набор сит; почвенные термометры; стеклянные трубки; мерный цилиндр; цилиндр с сетчатым дном.
Содержание занятия. В з я т и е пробы почвы для исследования. Пробы почвы должны отражать средние показатели определенного земельного участка. Берут их специальным буром или чистой лопатой. Предварительно с поверхности почвы убирают (удаляют) растительность и другие посторонние предметы. Образцы почвы отбирают в хорошую сухую погоду на различной глубине в зависимости от поставленной задачи. Например, послойный (через каждые 20 см) способ отбора проб на глубине до I м важен для выяснения давности загрязнения почвы (определяют по перемещению хлоридов и других продуктов минерализации органических веществ из верхних слоев в нижние).
Каждую пробу массой 2—3 кг помещают в стеклянные банки с притертой пробкой или в чистый полиэтиленовый пакет, прикладывают записку с указанием даты, места и глубины взятия образца. В лаборатории отобранные пробы почвы рассыпают тонким слоем на листы бумаги, раздавливают слежавшиеся комки и высушивают на воздухе. Для анализа отбирают0,5—1 кг, остальную часть хранят. Перед началом лабораторных исследований из образца почвы удаляют корни и другие нехарактерные примеси, взвешивают их для установления процентного содержания.
Определение структуры и типа почвы. После высушивания пробы почву рассматривают на бумаге или тарелке и предварительно определяют ее тип и структуру. Если в почве содержится до 99 % песка и до 10 % глины, ее называют песчаной; от 10 до 30 % глины — супесчаной; от 30 до 50 % глины — суглинистой; более 50 % глины — глинистой. В черноземной почве гумус (растительный перегной) составляет более 20 %. В торфе содержится большое количество органического перегноя (50—80 %).
Определение механического состава почвы. От размера частиц, составляющих почву, и их соотношения зависит обмен почвенного воздуха с атмосферным. Насыщение почвы кислородом необходимо для процессов окисления органических веществ.
Для определения соотношения частиц почвы по их размеру применяют набор сит с разным диаметром отверстий. Чаще всего такие наборы состоят из 5—7 сит с отверстиями диаметром 10,7,5,3,2, 1, 0,25 мм. Складывают сита так, чтобы они плотно входили одно в другое. В верхнее сито, с самыми крупными отверстиями, насыпают 100 г разрыхленной воздушно-сухой почвы, закрывают его крышкой и, осторожно сотрясая весь набор, просеивают пробу. Частицы почвы диаметром 10 мм и более остаются на сите № 1, их называют крупным хрящем; частицы диаметром от 7 до 10 мм и от 5 до 7 мм остаются на ситах №2,3- средний хрящ; частицы диаметром от 2 до 5 мм остаются на ситах № 4, 5 — мелкий хрящ; частицы диаметром от 1 до 2 мм остаются на сите № 6 — крупный песок; частицы диаметром от 0,25 до 1 мм остаются на сите № 7 — мелкозем; на дне набора сит собираются частицы диаметром менее 0,25 мм — мелкий песок.
После просеивания почвы взвешивают содержимое всех сит и определяют соотношение частиц разного размера, ее механический состав.
Определение основных физических свойств почвы. Температуру почвы в гигиенических целях измеряют при выборе мест для устройства летних лагерей, тырл или стойбищ животных ранней весной или поздней осенью, на пастбищах и в загонах с помощью специальных термометров. Кроме этого органолептически определяют цвет и запах почвы, ее водные свойства: водоподъемную способность (капиллярность), фильтрационную способность (водопроницаемость), объем пор почвы, способность впитывать и удерживать влагу (влагоемкость).
Цвет почвы может быть темным (черным), светло-серым, светло-желтым и других оттенков в зависимости от количества находящихся в ней органических веществ и примесей.
Темная (черная) окраска указывает на содержание в почве большого количества органических веществ. При санитарной оценке такой почвы следует учитывать, что окраску почве придает гумус (перегной) в результате внесения больших доз навоза. В таких почвах патогенные микроорганизмы встречаются чаще.
Почвы, бедные гумусом, органическими веществами, имеют светло-серую (подзолистые) или светло-желтую (песчаные, глинистые) окраску, содержат малые количества биологически активных минеральных соединений.
Запах почвы можно определить непосредственно на месте, при взятии пробы. Для этого пробу почвы помещают в колбу, заливают горячей водой, закрывают пробкой и встряхивают, затем открывают пробку и определяют запах.
Чистая, незагрязненная почва не имеет запаха. Гнилостный, аммиачный, сероводородный и другие запахи свидетельствуют о загрязнении почвы навозом, мочой, неочищенными сточными водами, трупными остатками животных.
Водоподъемная способность (капиллярность) почвы зависит от ее механического состава, т. е. чем меньше размер частиц почвы, тем выше подъем влаги по капиллярам. Высокая капиллярность нередко служит основной причиной сырости почвы, помещений, если не приняты соответствующие меры (гидроизоляция).
Водоподъемную способность почвы определяют в лабораторных условиях. Для этого в штатив устанавливают стеклянные трубки диаметром 2,5—3 см (с сантиметровыми делениями и длиной 1 м). Нижние концы трубок обвязывают полотном. Каждую трубку заполняют исследуемой почвой, нижние концы трубок погружают в стаканы или ванночки с водой на глубину 0,5 см. В зависимости от размера частиц, а отсюда и размера капилляров в почве вода с неодинаковой скоростью будет подниматься вверх. По изменению окраски увлажненной почвы в трубках следят за скоростью и высотой поднявшейся по капиллярам воды, отмечая ее уровень через 5, 10, 30 и 60 мин и далее через каждый час до прекращения подъема уровня. По 3—5 про-бам почвы получают результаты ее водоподъемной способности.
Фильтрационная способность (водопроницаемость) почвы — скорость просачивания воды через почвы различных типов — зависит от их структуры. Водопроницаемость имеет большое санитарно-гигиеническое значение, поскольку определяет водно-воздушный режим почвы.
Для определения водопроницаемости сухой измельченной почвы берут стеклянную трубку диаметром 3—4 см и длиной 25—30 см. Отмерив от нижнего конца трубки 20 и 24 см, отмечают эти уровни на стекле. Нижний конец трубки обвязывают тонким полотном и при встряхивании наполняют исследуемой почвой до нижней черты (на 20 см). Укрепив трубку в штативе вертикально, подставляют под ее нижний конец мерный цилиндр с воронкой. Мерный цилиндр должен быть одинакового диаметра с трубкой. На цилиндре делают отметку снизу на уровне 4 см. Зафиксировав время, осторожно наливают в трубку на почву слой воды высотой 4 см, все время поддерживая этот уровень над почвой. Водопроницаемость выражают двумя показателями: временем, в течение которого вода пройдет через слой почвы толщиной 20 см, и временем, которое потребуется для накопления в цилиндре слоя воды высотой 4 см.
От объема пор почвы зависит ее аэрация. Для определения объема пор почвы берут мерный цилиндр, наливают в него 50 мл воды и высыпают 50 мл исследуемой почвы. Смешав почву с водой, отмечают на цилиндре общий объем. В результате заполнения пространства водой (пор между частицами почвы) общий объем смеси будет меньше 100 мл. Разница между заданным объемом и фактическим составит объем пор почвы.
Пример расчета. После смешивания 50 мл воды и 50 мл почвы объем составил 85 мл. Следовательно, поры почвы занимают объем 15 мл (100 — 85), или 30 %:
Влагоемкость — способность почвы впитывать и удерживать в себе определенное количество воды. При большой влагоемкости уменьшается ее возможность воздухо- и водопроницаемости. На таких участках почвы нередко наблюдается отсыревание полов, стен, ограждающих конструкций помещений, замедляется разложение органических веществ.
Для определения влагоемкости почвы берут стеклянный цилиндр с сетчатым дном и насыпают в него 100 г воздушно-сухой пробы. Цилиндр с почвой взвешивают. После этого погружают его в воду и наблюдают до появления воды в верхнем слое почвы. Это говорит о том, что часть воды впиталась почвой, находящейся в цилиндре. Вынув цилиндр из воды, ждут, пока полностью стечет невпитавшаяся вода. После этого цилиндр снова взвешивают. Разница между первым и вторым взвешиванием укажет массу влаги, удерживаемой исследуемой почвой.
Пример расчета. Масса цилиндра с сухой почвой (первое взвешивание) 150 г, масса цилиндра 50 г. Масса того же цилиндра с почвой после поглощения воды (вто-рое взвешивание) 170 г. Разница между первым и вторым взвешиванием составит 20 г (170 — 150). Следовательно, влагоемкость исследуемого образца равна 20 %.
Источник
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВЫ
1) Порозность (пористость)
7) Испаряющая способность
Порозность (пористость, скважность) почвы определяется общим объемом пор внутри почвенных частиц и между ними.
3 градуированный цилиндр вместимостью 100 мл наливают 50 мл воды. В сухой цилиндр объемом 50 мл насыпают почву (до метки), а затем пересыпают в первый цилиндр. После смешения воды с почвой общий объем будет не 100 мл, а меньше, например, 85 мл. Следовательно, разница 100 — 85 = 15 мл будет показывать объем пор во взятом объеме почвы (50 мл), что в процентном отношении составит (15 * 100)/50=30%
Порозность почвы имеет большое гигиеническое значение: она обусловливает воздухо- и водопроницаемость почвы. Установлено, что порозность бывает выше в почвах мелкозернистых (торфяных и. др.) — до 85 %, в глинистых – до 50%,в суглинистых почвах 40%, а в крупнозернистых (гравелистых, песчаных, черноземных и др.) — ниже — около 30%,
Водопроницаемость почвы — способность ее. пропускать воду сверху вниз. Скорость просачивания воды через различные почвы зависит, главным образом от их механического состава и структуры. Для определения водопроницаемости сухой измельченной почвы берут стеклянную трубку диаметром 3-4 см и длиной 25-30 см. Отмерив от нижнего конца ее 20 и 24 см, отмечают эти уровни на стекле. Затем обвязывают нижний конец трубы тонким полотном и при встряхивании наполняют ее исследуемой почвой до нижней черты (до высоты 20 см). Укрепив после этого трубку вертикально в штативе, подставляют под ее нижний конец воронку, а под последнюю помещают мерный цилиндр. Заметив время, осторожно налипают на поверхность почвы в трубке воды на 4 см, поддерживая все время этот уровень над почвой. Следят за появлением первой капли воды, прошедшей через слой почвы. Водопроницаемость при этом выражается двумя показателями: временем, в течение которого вода пройдет через слой почвы 20 см, и временем, которое потребуется, чтобы в мерном цилиндре одинаковой площади сечения с трубкой накопился слой воды в 1 см.
‘Более водопроницаемые почвы с крупными почвенными частицами и большими порами. Водопроницаемость почвы имеет большое санитарно
-гигиеническое значение, так как она определяет водно-воздушный режим ее и характер происходящих в ней биологических процессов.
Капиллярностью (водоподъемной силой) почвы называется способность ее за счет капиллярных сил поднимать воду из глубоких слоев в поверхностные — от более влажной части к более сухой.
Капиллярность почвы определяется специальным прибором (в штативе установлен ряд высоких, в I м и более, стеклянных трубок диаметром 2,5-3 см с сантиметровыми делениями). Низшие концы их обвязаны полотном. Каждая трубка доверху заполняется исследуемой почвой в воздушно- сухом состоянии. Нижние концы трубок опускают в воду на 0,5 см. По изменению окраски почвы в трубках следят за быстротой и высотой капиллярного подъема воды, отмечая уровень ее через каждый час до прекращения подъема. Высота последнего зависит от механического состава. Чем меньше почвенные частицы, тем выше капиллярный подъем. Например, в песчаных почвах он достигает нескольких дециметров, а в суглинистых и глинистых — 5-6 м. Высокая капиллярность может служить причиной сырости помещения.
Влагоемкость почвы — способность ее удерживать в себе определенное количество воды — определяют так: берут стеклянный цилиндр с сетчатым дном и заполняют его 100 г воздушно-сухой почвы; затем взвешивают цилиндр с почвой, опускают его в воду и держат до появления ее в верхнем слое почвы. Вынимают цилиндр с почвой из воды, дают стечь влаге до последней капли, а затем вторично взвешивают. Разница в массе между первым и вторым взвешиванием покажет влагоемкость почвы.
Пример. 1-е взвешивание — 100 г, 2-е взвешивание — 120 г.
X = 120 — 100 = 20, г, т.е 20 %. Таким образом, влагоемкость равна 20 %.
Почвы мелкозернистые (мелкопористые) обладают большей влагоемкостыо, чем крупнозернистые. Так, песчаная почва удерживает только 15-20 %, суглинистая — 30-40 %, глинистая — более 70 %, а торфяная -200-300 % воды.
Из-за большой влагоемкости почвы уменьшаются ее воздухо — и водопроницаемость, в помещениях быстро сыреют стены, потолки, повышается теплопроводность почвы, и медленно разлагаются органические вещества.
Самостоятельная работа: определить физические свойства полученных образцов почвы. Результаты расчетов оформить в виде табл.:
Источник