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
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
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВЫ
Изучение механического состава почвы
Определение механического состава почвы проводится с использованием набора сит Кнопа с отверстиями соответственно 0,3; 1,0; 2,0; 4,0 и 7,0 мм. Пробу сухой почвы в количестве 200–300 г просеивают через каждое сито, полученные при этом порции взвешивают и рассчитывают их процентные соотношения относительно общей массы почвы, взятой для просеивания.
Изучение объема пор (пористости) почвы
В цилиндр на 50 мл наливают 25 мл воды. В другой сухой цилиндр насыпают 25 см 3 сухой почвы, которую затем пересыпают в цилиндр с водой. Разница между суммой взятых объемов воды и почвы и полученным объемом смеси и составляет, выражающийся в процентах, объем пор почвы.
Определение водопроницаемости почвы
В стеклянную 35 сантиметровую трубку, имеющую две метки (на высоте 20 и 24 см), насыпают грунт до метки 20 см. Сверху в трубку наливают 4 см воды и поддерживают ее уровень до появления первой капли, прошедшей через слой почвы. Водопроницаемость определяется временем прохождения воды сквозь слой почвы.
Определение капиллярности почвы
Стеклянную трубку высотой 40 см и диаметром 2 см, дно которой закрыто полотном, наполняют сухой почвой, погружают нижний край в воду на 0,5 см. Фиксируют время и отмечают уровень поднятия воды (в см) в трубке через каждые 30 минут. Скорость, с которой вода поднимается в слое почвы, характеризует ее капиллярность.
ТЕМА №8. Методика изучения влияния денатурированной окружающей среды на состояние здоровья населения
МЕТОДОЛОГИЧЕСКАЯ И МЕТОДИЧЕСКАЯ ОСНОВА ИЗУЧЕНИЯ ФАКТОРОВ
Источник
41 . Методы определения физических и механических свойств почв
Цвет почвы. Определяется органолептически. Темная окраска свидетельствует о содержании в почве большого количества органических веществ и микроорганизмов. Светлые почвы содержат мало органических и минеральных веществ.
Запах почвы. Чистая не загрязненная почва не имеет ярко выраженного запаха. Гнилостный, аммиачный запахи имеет почва, загрязненная навозом, сточными водами, трупами животных.
Определение запаха. Пробу почвы помещают в стеклянный стакан и обдают горячей водой закрывают и настаивают несколько минут. Затем определяют запах.
Влажность почвы – это отношение массы воды, содержащейся в известном объеме почвы, к массе сухой почвы в том же объеме выраженное в процентах. Методика определения: пробу почвы массой 10 гр. вносят в стеклянный стакан с известной массой, стакан с пробой помещают в сушильный шкаф на 5 ч при температуре 105°С. После высушивания и охлаждения в условиях эксикатора стакан с пробой взвешивается повторно. Потеря в массе, выраженная в процентах, отражает содержание воды в почве.
Плотность почвы: это масса единицы объема абсолютно сухой почвы. Выражают в граммах на 1 см3. Плотность минеральных почв составляет 0,9-1,8 г/см3, болотных торфяных – 0,15-0,40 г/см3.
Плотность твердой фазы почвы: это отношение массы ее твердой фазы к массе воды в том же объеме при температуре 4 °С. Она зависит от соотношения в почве компонентов органических и минеральных частей почвы. Для минеральных горизонтов плотность твердой фазы 2,4-2,6 г/см3 и торфяных 1,4-1,8 г/см3. Эти показатели учитывают при проведении агротехнических мероприятий.
Воздухопроницаемость — способность почвы пропускать через себя воздух. Количество воздуха в почве может колебаться от 10 до 40 %. В почвенном воздухе наиболее динамичны кислород и углекислый газ. По мере углубления в почву снижается количество кислорода, который расходуется на окисление органических веществ почвы, и возрастает концентрация углекислого газа.
В загрязненных почвах могут присутствовать газообразные примеси (СН4, H2S, NH3), а также индол, скатол, жирные кислоты и др.
На газообмен влияют диффузия, изменение температуры почвы, барометрического давления, количества влаги в почве, направление и скорость ветра, изменение грунтовых вод.
Гигроскопичность почвы. Это способность почвы поглощать из воздуха парообразную воду. Такую поглощенную влагу называют гигроскопической. Эта способность зависит от строения и состава почвы, а также влажности воздуха. Мелкозернистые глинистые и гумусовые почвы имеют большую гигроскопичность. Если относительная влажность воздуха повышается до 100 %, то почва, насыщаемая водой, характеризуется максимальной гигроскопичностью. Это важно учитывать при выборе места под строительство животноводческих объектов и устройстве пастбищ.
Испаряющая способность почвы. Если капилляры достигают поверхности почвы, то поднимаемая по ним вода испаряется в воздух. Это происходит на полях с плохо или совсем не разрыхленной поверхностью.
Определение капиллярности или водоподъемной способности. Она зависит от размера структурных частиц почвы. Чем меньше размер частиц нем больше капиллярный подъем. Методика определения: пробу почвы помещают в тонкую (диметр 3 см) стеклянную трубку высотой 1м нижний конец которой закрыт полотном и погружен в стакан с водой. По скорости (5,10,15 мин до 60 мин) изменения окраски почвы (увлажненности) судят о капиллярности почвы.
Наибольшая капиллярность у мелкозернистых почв. В торфе вода поднимается на высоту 4-6 м, глине 1,2, песке на 0,3-0,5 м. Капиллярность каменистых почв практически равна нулю.
Водопроницаемость почвы. Это скорость просачивания воды через стандартный объем почвы. Определяется механическим составом и структурой почвы. Методика определения: берут стеклянную трубку длинной 30 см, диаметром 4 см нижний конец которой, обвязан тонким полотном и укрепляют на штативе, от нижнего конца трубки отмеряют 20 см. Пробу воздушно-сухой измельченной почвы помещают в трубку до метки 20 см, под нижний конец трубки подставляют стеклянный стакан. На верхний слой почвы наливают слой воды высотой 4 см, после начала просачивания постоянно поддерживают уровень воды над почвой в 4 см. Фиксируют время с момента наслоения воды на верхний слой почвы до момента падения первой капли в стеклянный стакан и время, которое потребуется для накопления в стакане слоя воды высотой 4 см.
Водопроницаемость значительно изменяется на почвах разного механического состава. Песчаная почва обладает высокой водопроницаемостью (первая капля упадет через 1 мин). Тяжелые мелкозернистые почвы обладают низкой водопроницаемостью (глинистые, торфяные) из-за значительной задержки воды бывают заболоченными.
Определение объема пор. Объем пор характеризует интенсивность аэрации почвы. Определение: в стеклянный цилиндр емкостью 1 л наливают 400-500 мл воды (а) и вносят такой же объем воздушно сухой почвы (б), после того как воздух будет вытеснен водой и выйдет в виде пузырьков наружу устанавливают какой объем занимает получившаяся смесь (к) разность между суммарным объемом почвы и воды (а+б) и объемом смеси (к) и является объемом пор в пробе.
Источник