Методы исследования физических свойств почвы вадюнина корчагина

«’А Ф. Водюшшо, 3:А Корчагина ЕТОДЫ н ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ И ГРУНТОВ А. Ф. ВАДЮНИНА и 3. А. КОРЧАГИНА МЕТОДЫ . »

‘А Ф. Водюшшо, 3:А Корчагина

ИССЛЕДОВАНИЯ

А. Ф. ВАДЮНИНА и 3. А. КОРЧАГИНА

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ПОЧВ И ГРУНТОВ

(В поле и лаборатории)

Министерством высшего и среднего

специального образования СССР

в качестве учебного пособия

для государственных университетов СССР

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предлагаемое учебное пособие предназначается для студен­ тов университетов при прохождении курса почвоведения, физи­ ки и мелиорации почв и грунтов.

В настоящее время назрела необходимость в учебном пособии по определению физических свойств почв и грунтов, отражаю­ щем последние научные исследования советских и зарубежных ученых, так как отсутствие подобного руководства осложняет учебный процесс, создает разнобой в методике исследования одного и того же свойства почвы, а это весьма затрудняет оцен­ ку и использование научных данных для теоретических обобще­ ний и практических рекомендаций в целях дальнейшего разви­ тия сельскохозяйственного производства. В пособии рассматри­ вается ряд методик, разработанных лабораторией физики почв Московского государственного университета им. М. В. Ломоно­ сова, возглавляемой профессором Н. А. Качинским. Многие ме­ тоды и приборы лаборатории получили всеобщее признание и широко применяются в практике почвенных исследований.

В книге приводятся методические работы физико-агрономи­ ческого Института ВАСХНИЛ, Института почвоведения Акаде­ мии наук СССР и других научных учреждений Советского Сою­ за, а также данные зарубежных учебных пособий по физике почв и материалы, опубликованные в периодических изданиях последних лет.

Учебное пособие состоит из 10 глав и приложения. Главы I, IV, V, VI, VIII, IX и приложение написаны А. Ф. Вадюниной;

II, III, VII и X — 3. А. Корчагиной.

Деление на главы произведено по основным физическим свой­ ствам почвы. В каждой главе дается краткая характеристика изучаемого свойства почвы, описываются методы определения этого свойства в поле и лаборатории, особо подчеркивается практическое значение полученных данных. В случае наличия 1* 3 различных методов определения одного и того же свойства почвы описание методов группируется по принципу, положенному в их основу.

Авторы надеются, что книга принесет пользу студентам, агрономам и почвоведам-практикам.

Авторы ВВЕДЕНИЕ Учение о физических свойствах и режимах почвы как естественноисторического тела называют физикой почвы.

Изучение физики почвы включает в себя:

1) изучение почвенной массы — ее веса, дисперсного и струк­ турного состояния, а также строения почвы; 2) изучение воздуш­ ных свойств и режима почвенного воздуха; 3) изучение водных свойств почвы и водного режима; 4) изучение тепловых свойств и режима почвы; 5) изучение физико-механических свойств поч­ вы; 6) изучение электрических и радиоактивных свойств почвы (описание этих свойств дано в главе V в связи с использованием их для определения влажности почв и грунтов).

Знание физических свойств почвы необходимо для успеш­ ного выращивания сельскохозяйственных растений, а также для изучения генезиса почв.

Наиболее тесный контакт физика поч­ вы как наука имеет с земледелием и мелиорацией, основной за­ дачей которых является временное и коренное улучшение, глав­ ным образом, физических свойств почвы для практических целей сельскохозяйственного производства. Так, при разработке агро­ техники различных культур по зонам основными показателями являются физические свойства почв данной зоны. В зоне недо­ статочного увлажнения положительную оценку получают те приемы, которые будут способствовать накоплению и сохране­ нию влаги в почве, и, наоборот, в условиях избыточного увлаж­ нения мелиоративные и агротехнические мероприятия должны быть направлены в сторону уменьшения влажности почвы, увеличения ее аэрации.

Оптимальными физическими свойствами и режимами (вод­ ным, воздушным и тепловым) следует считать такие, при кото­ рых можно получить максимальный урожай культивируемого растения на данной почве при полной обеспеченности ее элемен­ тами пищи.

В практике сельского хозяйства часто недооценивают важности физических условий почвы и плодородие ее связывают главным образом с наличием элементов пищи. Между тем уже с середины XIX столетия было установлено, что нельзя повы­ сить плодородие почвы, не обеспечив растения соответствующим количеством воды, воздуха и тепла. Русские ученые В. В. Доку­ чаев и П. А Костычев неоднократно отмечали необхо­ димость коренных улучшений водных и физических свойств поч­ вы для борьбы с засухой Рис. 1. Схема почвенного разреза для изучения физических свойств почвы В настоящее время изучению физических свойств почвы уде­ ляется большое внимание; оно производится как в стационар­ ных, так и в экспедиционных условиях. При составлении крупнои мелкомасштабных почвенных карт колхозов и совхозов, терри­ торий опытных станций, при мелкомасштабных региональных почвенных съемках необходимо давать физическую характери­ стику основных почвенных типов. Для изучения физических свойств почвы в полевых условиях применяется метод «ключей»

Сущность этого метода сводится к следующему: по имеющейся почвенной карте выделяют основные генетические почвенные раз­ ности и их варианты по механическому составу, затем на типич­ ных для данного района рельефе и почве выделяют опытную площадку — «ключ» — 10 X 10 м пли 100 X 100 м, закладывают на ней 1—2 почвенных разреза глубиною до 2 м и более, про­ изводят детальное морфологическое описание почвы и затем уступами, являющимися рабочими площадками (размером 1 — 1,5 м2), делают разрез для изучения физических свойств почвы (рис 1). Поверхность площадки соответствует началу ге­ нетического горизонта почвы.

На каждой опытной площадкеключе» определяют:

1) Удельный вес скелета почвы; контроль определения в верх­ нем горизонте пятикратный, в остальных горизонтах тройной.

2) Плотность; определяют прибором Качинского или прибо­ ром другой конструкции; контроль десятикратный.

3) Водопроницаемость; изучают методом трубок — кон­ троль десятикратный при малых трубках и пятикратный — при больших. Водопроницаемость на поверхности почвы опреде­ ляют методом малых заливаемых площадей около основного разреза; контроль определения тройной.

4) Влажность почвы; до глубины 2 м определяют попутно с определением удельного веса скелета почвы. С 2 м пробы на влажность берут в дне разреза буром через каждые 10 см до глу­ бины грунтовых вод или, при глубоком их залегании, до 5 — 10 ж глубины. После взятия буром пробы в образце опреде­ ляют на ощупь влажность и механический состав, отмечают на­ личие новообразований и включений, на основании чего состав­ ляют характеристику материнской и подстилающей породы.

5) Влагоемкость почвы; определяют на площадках после оп­ ределения водопроницаемости. Для предохранения от испаре­ ния влаги площадки закрывают клеенкой, травой, соломой и т. п, и через 24 час на песчаных, через 48 час на суглини­ стых почвах берут пробы на влагоемкость по всему увлажнен­ ному слою почвы и на 20 см ниже видимой границы смоченности.

6) Профиль смоченности почвы; определяют зарисовкой в траншее, заложенной через центр всех рам до глубины промачивания.

7) Испарение влаги из почвы; определяют с помощью испа­ рителей или по режиму влажности почвы, для чего закладывают специальные площадки. Испарение изучается в стационарных или полустационарных условиях.

8) Измерение температуры почвы; до глубины 20 см произ­ водят термометрами Савинова, на поверхности почвы — сроч­ ным, максимальным и минимальным термометрами. Весьма же­ лательно определять температуры при изучении испарения, устанавливая один комплект термометров на площадке искус­ ственно увлажненной, второй — на площадке с естественной влажностью.

Для изучения почвы в лаборатории необходимо правильно взять образцы в поле. Образцы для определения механического состава, водных, тепловых и других физических свойств почвы берут из середины генетического горизонта (весом около 1 кг) Из почвы вырезают прямоугольный параллелепипед высотою и длиною 10 см и шириной 6—8 см, аккуратно и плотно упако­ вывают для доставки в лабораторию.

Образцы для микроскопического изучения структуры и порозности почвы в поле парафинируют: 3 контрольных образца размером 5X5X5 см опускают в чашку с расплавленным па­ рафином, после охлаждения упаковывают и доставляют в лабо­ раторию.

Для определения удельного веса твердой фазы почвы в лаборатории используют образцы, по которым был определен в поле удельный вес скелета, или объемный вес почвы. Все контроль­ ные образцы одной глубины соединяют в одну пробу, которую и доставляют в лабораторию.

Для изучения в лаборатории коэффициента фильтрации и других водных свойств берут монолиты почв размером 15 X 20 X 50 и 15 X 20 X 100 см.

Для изучения динамики липкости и твердости почвы берут монолиты размером 50 X 50 X 50 см.

Все указанные работы проводятся специально оснащенными экспедиционными отрядами в поле.

МЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОЧВЫ

Твердая фаза почвы и грунта состоит из минеральных, органо-минеральных и органических частиц размером от молекуляр­ ных, коллоидальных величин до грубых дисперсий — ила, пыли, песка и камней, поэтому почва считается полидисперсной систе­ мой. Для изучения почвы прежде всего необходимо определение размеров, составляющих почву частиц и содержания частиц раз­ ных размеров в ней. Количественное определение в почве содер­ жания элементарных механических частиц составляет главную задачу механического анализа 1.

Механический состав почв является важной генетической и агрономической характеристикой почвы. При выработке гене­ тической классификации почв выделяются виды и разновидно­ сти изучаемого почвенного типа по механическому составу. Пло­ дородие в значительной степени связано с механическим соста­ вом почв. Известно, например, что песчаные и супесчаные почвы бедны элементами пищи для растений; глинистые и суглинистые почвы содержат их в достаточном количестве.

От механического состава почв зависят почти все физические свойства почв: порозность, влагоемкость, водопроницаемость, во­ доподъемная способность, воздушный и тепловой режимы и др.

Эти свойства в значительной мере определяют рост, развитие и урожай сельскохозяйственных культур.

От механического состава зависят также и технологические Термин «механический» не отвечает понятию «дисперсное состояние ве­ щества» и может иметь скорее отношение только к технике производства дис­ персионного анализа, тогда как гранулометрический означает §гапи!ит — зернышко, т е М а — измерение и, следовательно, в большей мере соответствует указанному понятию. Однако термин «механический анализ» имеет более ши­ рокое распространение свойства почвы: твердость, прилипание к почвообрабатывающим орудиям, крошение пласта при вспашке, а следовательно, каче­ ство вспашки и пашни, удельное сопротивление почвы при об­ работке.

Наличие глинистых частиц в почвах и грунтах придает им пластичность, имеющую большое значение при обработке почв, при использовании грунтов в гончарном производстве, в формо­ вочных цехах и т. д.

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПОЧВЫ

МЕТОДЫ ПОДГОТОВКИ ПОЧВЫ

К МЕХАНИЧЕСКОМУ АНАЛИЗУ

Механические элементы, особенно мелкие, в свободном состо­ янии встречаются только в почвах песчаных; в суглинистых и глинистых они соединены в микроагрегаты и структурные комочки, поэтому для количественного учета частиц разного размера необходима специальная подготовка почвы.

Основная задача подготовки почвы к механическому анализу состоит в том, чтобы расчленить агрегаты почвы на составляю­ щие их первичные механические элементы или частицы.

Разрушение почвенных агрегатов на отдельные механические элементы можно осуществить двумя методами: 1) механическим, или физическим и 2) химическим.

Физические методы подготовки почвы Разрушение почвенных агрегатов можно производить расти­ ранием сухой почвы в фарфоровой ступке пестиком с резиновым наконечником, растиранием влажной почвы, кипячением почвен­ ной суспензии и взбалтыванием.

Растирание влажной почвы предложено в 1902 г. Г. Ф. Нефе­ довым. В последнее время более детально эти вопросы изучены Айдиняном и в лаборатории физики почв МГУ В. Е. Кореневской. Для диспергации навеску почвы помещают в фарфоровую чашку, смачивают до тестообразного состояния, что примерно отвечает влажности нижней границы текучести. Затем в течение 10—15 мин растирают пестиком с резиновым наконечником, по­ сле чего производят анализ. Описанный метод пригоден для под­ готовки дерново-подзолистых, серых лесных почв, в меньшей сте­ пени (по сравнению с методом подготовки почв Н. А. Качинского) для невскипающих черноземов и совсем не применим для почв карбонатных и красноземов, суспензии которых после рас­ тирания быстро коагулируют. Он широко применяется для выде­ ления частиц различного размера при изучении их минералоги­ ческого, химического состава и физических свойств.

Кипячение почвенной суспензии — энергичный способ для диспергирования почв. Вследствие неодинакового расширения минералов в разных направлениях и набухания почвенных аг­ регатов с повышением температуры увеличивается растрескива­ ние и распадение агрегатов на механические элементы, увели­ чивается движение частиц почв и воздуха, что вызывает пере­ тирание почвенного цемента и распадание микроагрегатов. При нагревании увеличивается растворимость почвенных солей, ко­ торые в зависимости от их химического состава вызывают диспергацию или коагуляцию почвенной суспензии (чаще всего на­ блюдается первое).

Кипячение производят обычно при определенных соотноше­ ниях почвы и воды, в колбах с обратным холодильником. Реко­ мендуют различные сроки кипячения почвенной суспензии. Чем длительнее кипячение, тем больше диспергация. Например, Тищенко, применяя кипячение в течение 30 мин при механическом анализе песчаной почвы по методу Сабанина получил частиц 0,01 мм— 9,6%, при кипячении в течение двух часов — 13,8 % А. М. Васильев применял кипячение от 8 мин до двух суток. По мере увеличения времени кипячения выход илистой фракции возрастал. При определении фракций по методу Сабанина сус­ пензию кипятят один час, по методу Земятченского и Охотина — 12 час, при работе по методу Вильямса применяют двойное кипя­ чение — 6 час для отделения песка и крупной пыли и 42 час — для диспергации более мелких частиц. Для проведения механи­ ческого анализа по методу Качинского кипячение производят в ^течение одного часа и т. д.

, Взбалтывание почвенной суспензии вручную или на аппа­ рате. В лабораторной практике для взбалтывания применяют мешалку Вагнера, на ней можно осуществлять взбалтывание с помощью мотора. При наличии реостата регулируют число оборотов и получают необходимую интенсивность встряхивания.

Рис. 2. Мешалка Качинского для горизонтального взбалтывания:

1 — стеклянные бутыли емкостью 0,5 л, 2 — каретка, 3, 4 — стойки, 5 — шатун, 6 — пружинный амортизатор, 7 — автотрансформатор ЛАТР-2 Наиболее совершенным аппаратом в настоящее время счи­ тается мешалка Качинского (рис. 2) для горизонтального взбал­ тывания. В ней суспензия взбалтывается в стеклянных бутылях (/), емкостью 0,5Ь, закрепляемых на каретке (2), качаю­ щейся между двумя стойками (3 и 4). Стойка (4) соединена с шатуном (5) кривошипно-шатунного механизма, приводимого в движение электродвигателем МУН -од- через червячный ре­ дуктор с передаточным числом 16. Для более плавной работы механизма в конструкции прибора предусмотрен пружинный амортизатор (6), Электродвигатель с номинальным числом / оборотов 2 000 питается от сети однофазного переменного тока \ напряжением в 127, 220 в. При 2 000 обIмин каретка делает 125/ двойных ходов, при 1600 об/мин — 100. За один двойной ход’ перемещение каретки составляет 100 мм. Регулирование оборо/ тов электродвигателя, а следовательно, и двойных ходов каретки производится автотрансформатором ЛАТР-2(7) путем изме­ нения напряжения на зажимах электродвигателя. На шка^е ЛАТР’а показано напряжение и соответствующее количество двойных ходов каретки.

Мешалка Качинского в 2—4 раза сильнее дезагрегирует поч­ ву, чем мешалка Вагнера. По данным А. Ф, Макаровой, двухча­ совое взбалтывание на мешалке с горизонтальными толчками заменяет четырехчасовое, а для некоторых почв — восьмичасо­ вое взбалтывание на мешалке Вагнера. Однако по сравнению с кипячением взбалтывание меньше дезагрегирует почву. В чер­ ноземных почвах, после подготовки по методу Качинского, одночасовое кипячение дало ила на 7—11%, глины — на 2—7% больше, чем часовое взбалтывание. В карбонатных почвах при кипячении прирост этих фракций соответственно был не больше 3—4%.

Химические и химико-механические методы Для дезагрегации почвы применяется ряд химических реаген­ тов — кислоты и солевые растворы различных концентраций.

Химические приемы воздействия на почву обычно применяют совместно с механическими и физическими способами в различ­ ных вариантах. К- К. Гедройц предложил диспергировать почву путем замены поглощенного кальция на натрий при обработке почвы нейтральным раствором №С1. А. Н. Соколовский двухва­ лентные ионы в почве заменял на аммоний. Однако обработка почвы нейтральной солью натрия или аммония представляет со­ бой операцию длительную, поэтому соли были заменены более быстродействующим реактивом — соляной кислотой (в различ­ ных концентрациях), которая совместно с другими реактивами нашла широкое применение в подготовке почв.

Метод Качинского. При подготовке карбонатной почвы для механического анализа по методу Качинского навеску почвы в 10 г обрабатывают 0,2 н. НС1 до прекращения кипения, а затем, как и некарбонатную почву, обрабатывают 0,05 н. НС1 до полно­ го вытеснения кальция. Для удаления хлора почву промывают водой, затем переносят в колбу, куда прибавляют 250 мл воды и однонормальный раствор ЫаОН в количестве, эквивалентном емкости поглощения данной почвы— 1 мл на 10 м/экв емкости поглощения. После двухчасового стояния (при взбалтывании со­ держимого через каждые 15 мин) суспензию кипятят в течение одного часа. После кипячения приступают к анализу.

Метод Качинского в настоящее время широко распространен \в Советском Союзе.

\ В 1950—1955 гг. в лаборатории физики почв МГУ метод Ка­ чинского был детально исследован сотрудниками А. Ф. Макаро­ вой и В. Е. Кореневской; результаты механического анализа при этом методе подготовки почвы были сравнены с данными анали­ за почв, подготовленных по международному методу «А», су­ данскому методу и методу Пури.

I При этом было установлено, что в почвах, подготовленных по методу Качинского, наблюдается наибольшая диспергация, и ре­ зультаты механического анализа для безгумусных почв при­ мерно соответствуют данным анализа почв, подготовленных по международному методу «А»; для почв гумусных, подготов­ ленных по методу Качинского, количество ила больше на вели­ чину гумуса.

Международный метод «А». Рекомендован конгрессом поч­ воведов в Вашингтоне для всеобщего употребления.-Сущность процесса подготовки сводится к следующему: навеску почвы в 10 г помещают в стакан емкостью в 500 мл. Сжигают гумус перекисью водорода (в стакан приливают 50 мл 6% Н2Ог).

Смесь перемешивают и выдерживают на кипящей бане до прекращения вспенивания массы. Реакция окисления гумуса длится около 12 час. Затем после охлаждения суспензии для разрушения карбонатов добавляют такое количество НС1, чтобы в объеме 250 мл концентрация ее не превысила 0,2 н.; в течение часа суспензию часто взбалтывают, после чего кислоту отмы­ вают, почву через сито (диаметр отверстий 0,25 мм) просеивают в колбу емкостью 750—1000 мл, для диспергации и стабилиза­ ции прибавляют 50 мл 10% ЫН4ОН. Объем суспензии доводят АО 500 мл, после чего суспензию взбалтывают в течение 24 час.

Затем переносят в цилиндр, где объем суспензии доводят до лит­ ра и анализируют.

Метод «А» — громоздкий и длительный. Существенным не­ достатком его является сжигание гумуса, наиболее важной со­ ставной части почвы. Без гумуса нет почвы. Кроме того, стан­ дартное количество диспергатора ЫГЦОН или МаОН для всех почв создает неодинаковые условия ввиду того, что анализируе­ мые почвы имеют разную емкость поглощения.

Едкий натр лучше диспергирует почву, чем Иг^ОН. По этим соображениям международный метод «А» в почвенной практике Советского Союза не привился. Его можно рекомендовать толь­ ко в тех случаях, когда необходимо иметь данные механического состава безгумусных почв.

При пользовании этим методом в лаборатории физики почв МГУ вместо 50 мл 10% 1ЧН4ОН берут 4 мл 1 н. №ОН (замена МГЦОН на №ОН была рекомендована Международной конфе­ ренцией по физике почв в Версале в 1934 г.), взбалтывание на мешалке Качинского производится в течение двух часов.

Суданский, или содовый, метод. При подготовке для механи-/ ческого анализа навеску почвы, высушенную при 100°С, обраба/ тывают при двухчасовом взбалтывании 2% раствором Ыа2СО/ Затем производят отмучивание глинистой фракции в растворе 0,05% Ма2С03. В лаборатории физики почв МГУ процесс подго­ товки несколько изменен: к воздушно-сухой почве прибавляют 100 мл 2% №гСОз, проба стоит 24 час (периодически суспензию взбалтывают); затем объем суспензии доводят до 250 мл и про­ изводят взбалтывание на мешалке Качинского в течение двух часов; после чего пробу переносят через сито (диаметр отвер-.

стий 0,25 мм) в литровый цилиндр и методом пипетки определяют выход фракций.

По сравнению с методом Качинского содовый метод дает в 3—4 раза меньше иловатой фракции и значительно больше мелкой и средней пыли. При подготовке почвы необходимо уда­ лять карбонаты, так как без удаления карбонатов диспергиро­ вать почву на механические элементы с применением растворов соды не удавалось.

Метод Пури. Подготовку почвы по методу Пури производят следующим образом: навеску почвы в 10—20 г заливают 100—200 мл однонормального раствора ЫаС1 и оставляют на 30 мин, периодически взбалтывая суспензию. Затем почву пере­ носят на фильтр и обрабатывают 500 мл 1 н. ЫаС1, промывают 100 мл 0,1 н. раствором ЫаС1. Для удаления соли из пробы почву промывают 10 мл дистиллированной воды. После промывки почву переносят в бутыль, добавляют 500 мл воды и 5 мл 0,1 н.

1ЧаОН до получения щелочной реакции по бромтимолблау и взбалтывают в течение часа. Затем доводят объем суспензии до литра и анализируют пипетированием.

В лаборатории физики почв МГУ применяют другой вариант этого метода: 10 г почвы заливают 200 мл 1 н. раствора №С1, эту пробу оставляют на 24 час, периодически взбалтывая суспен­ зию вручную; затем почву переносят на фильтр и обрабатывают 0,1 н. ЫаС1 и водой, согласно методу Пури, далее почву перено­ сят в колбу вместимостью 500 мл, куда добавляют 250 мл воды и 25 мл раствора 0,1 н. ЫаОН. В течение часа суспензию взбал­ тывают на мешалке Качинского, потом переносят в литровый цилиндр (через сито с диаметром отверстий 0,25 мм), прибав­ ляют еще 2,5 мл 0,1 н. ЫаОН, добавляют дистиллированной воды до литра и определяют механический состав методом пипетки.

Проведенные анализы почвы, подготовленной по методу Пу­ ри (вариант лаборатории физики почв МГУ), показали зани­ женное содержание ила в черноземах вскипающих и невскипающих, разница в содержании физической глины невысокая При подготовке почвы методом Пури разрушается только незначительная часть карбонатов. Потеря в весе для разных почв после обработки по методу Пури составляла 0,62—5,25%, тогда как по методу Качинского, в этих же почвах, потеря колебалась от 3 до 53%. Следовательно, карбонаты при работе по методу Пури участвуют в механическом анализе и распреде­ ляются по разным фракциям. Метод Пури можно рекомендо­ вать для изучения распределения карбонатов по разным фрак­ циям при обязательном сравнении данных с результатами меха­ нических анализов, в которых подготовка почвы шла по методу Качинского.

/ Таким образом, метод Пури перспективен для обработки карбонатных почв. Неудобство метода заключается в том, что при промывке почвы 0,1 н. №С1 в фильтрат идут органические вещества. Недостаток его — стандартное количество реактивов для всех почв, что создает неодинаковые условия диспергации их.

Подготовка карбонатных почв к механическому анализу Подготовка карбонатных почв к механическому анализу — вопрос очень сложный и до сих пор окончательно не решенный.

С. С. Морозов, сравнивая разные способы подготовки, уста­ новил, что наилучшее диспергирование карбонатных почв дает метод Гедройца. Им составлена таблица распределения карбо­ натов по отдельным гранулометрическим фракциям для наибо­ лее распространенных грунтов СССР. Из приведенных С. С. Мо­ розовым данных следует, что нет никакой закономерности в рас­ пределении карбонатов по фракциям в разных грунтах. Для определения механического состава карбонатных почв он ре­ комендует целый ряд методов.

О к с а л а т н ы й с п о с о б — диспергирование карбонатных почв щавелевокислым натрием № 2 С 2 04. Оксалат натрия концен­ трации 0,5 н. берется в одинарном, двойном или тройном коли­ чествах в зависимости от степени карбонатности, от величины емкости поглощения почвы. В табл. 6 даны нормы добавления 1 н. ЫаОН для разных почв, соответствующие одинарной емко­ сти поглощения. Эти данные можно использовать и для 1 н. раст­ вора Ыа2Сг04. Если концентрация раствора равна 0,5 н., коли­ чество вносимого раствора оксалата надо увеличить в 2 раза.

В лаборатории физики почв МГУ применялся такой вариант подготовки: 10 г почвы помещали в колбу, приливали 250 мл воды и раствора ^гСгО.*, в количестве, равном одинарной ем­ кости поглощения. Колбу с содержимым выдерживали два часа, после чего суспензию кипятили в течение часа. В некарбо­ натных почвах выход ила при такой подготовке был примерно такой же, как и при подготовке почв по методу Качинского без разноски потери от обработки НС1, в карбонатных почвах выход ила был значительно меньше. При применении двойного или тройного количества ИагСгСч от емкости поглощения содержа­ ние ила возрастало, а суспензия на 2—3-й день коагулиро­ вала. При действии на почву оксалата натрия так же, как 2 А Ф. Вадюнина, 3 А. Корчагина гекеометофосфата ШвРбО^, пирофосфата — № 4 Р207, которые1′ сейчас начинают испытываться в почвенной практике, из почвы вытесняется не только поглощенный натрий, но в реакцию всту­ пает и кальций карбонатов почвы. При этом натрий употребляе­ мых солей образует соду, а кальций карбонатов, вступая в реакцию с кислотными остатками, дает нерастворимые соли, в результате чего в почве формируются новые механические эле­ менты. Поэтому при работе с этими реагентами иногда наблю­ дается увеличение пылеватых частиц и мелкого песка.

В Средней Азии на сероземах, содержащих от 5 до 20% кар­ бонатов, широко применяется метод диспергирования почвы с помощью Ка2Сг04.

Описанный метод Качинского (стр. 14) применим и для кар­ бонатных почв для суждения о дисперсности некарбонатной минеральной части почвы. Карбонаты в почве Н. А. Качинский разделяет на осажденные из водных растворов, которые почти всегда входят в состав фракции мелкой пыли и ила, и карбо­ наты органогенные—ракушечник, скелеты водорослей и т. п., которые входят в состав крупной пыли и песка и легко распоз­ наются под микроскопом. Отмывка карбонатов при механиче­ ском анализе дает очень ценную добавочную характеристику почвы — потерю от обработки, которая указывает на количество главным образом карбонатов в почве.

В некоторых случаях обработка карбонатных почв путем декальцинирования соляной кислотой является необходимым приемом для установления изменений в минеральной части почвы процессами почвообразования. Только с помощью этого метода А. Н. Розанову удалось установить, что процесс сероземообразования сопровождается утяжелением (оглинением) механического состава почвенной толщи по сравнению с мате­ ринской породой.

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВ

Определение механического состава визуально и на ощупь.

При описании почвы в полевых условиях необходимо давать ха­ рактеристику гранулометрического состава, которая исполь­ зуется при картировании для выделения почвенных разностей и составления их производственной характеристики.

Обычно в этих условиях определение гранулометрического состава производится на глаз и на ощупь в сухом и влажном со­ стоянии по следующим показателям: ощущение при растирании почвы на ладони, вид в лупу или простым глазом, состояние сухой и влажной почвы, отношение влажной почвы или грунта к скатыванию (см. табл. 2). Последний прием применяется осо­ бенно широко.

Берут 3—4 г почвы и увлажняют до рабочего состояния (гус­ той пасты). Вода при этом из почвы не отжимается. Хорошо размятую и перемешанную в руках почву раскатывают на лаю Т а б л и ъг^Л— Показатели гранулометрического состава почвы для определения его визуально и на ощупь-—’ Показатели гранулометрического состава Группа почв Ощущение при Состояние Отношение и грунтов Вид в лупу Состояние сухой по механи­ растирании почвы влажной почвы к скатыванию ческому почвы и грунта и простым глазом грунта на ладони и грунта в шнур (рис. 3) составу

Механические элементы крупнее 10 мм представляют собою обломки первоначальной массивной горной породы, из которой образовалась почва. Частицы от 30 до 3 мм являются промежу­ точными продуктами распада горной породы. Они состоят обыч­ но из отдельных минералов — полевого шпата, мусковита, био­ тита и т. д. Частицы от 3 до 0,05 мм состоят почти из чистого кварца.

После распределения скелетной части по фракциям почва классифицируется по степени каменистости:

Рис. 5. Прибор Сабашша для механического анализа:

/ — малый стакан, 2 — большой стакан, 3 — штатив, 4 — сифон, 5 — малая фарфоровая чашка, 6 — большая фарфоровая чашка, 7 — мешалка. 8 — песочные часы, Р — сосуд ддя^сливания, 10 — колба для Кипячения суспензии, 11 —сто Метод Вильямса (1894) применяется мало, так как для отмучивания мелких фракций требуется много времени. Он громозд­ кий, требует много дистиллированной воды. Наиболее распрост­ ранен метод д в о й н о г о о т м у ч и в а н и я С а б а н и н а. Для двойного отмучивания применяется прибор Сабанина. Прибор (рис. 5) состоит из малого — 1 и большого стаканов — 2 и си­ фона — 4, которые монтируются на специальном штативе — 3, малой — 5 и большой — 6 фарфоровых чашек, мешалки — 7, 8 — песчаных часов на 30, и 100 сек и приемника — 9. На­ веску почвы* в 4 г помещают в эрленмейеровскую колбу и зали­ вают шестикратным количеством воды; колбу с суспензией при­ соединяют к обратному холодильнику, после чего суспензию ки­ пятят в течение часа. После охлаждения пробу переносят в боль­ шую фарфоровую чашку через сито с диаметром отверстий 0,25 мм. Осадок на сите протирают пальцем для удаления гли­ ны. Промытый песок — фракцию 0,25—1 мм — переносят в су­ шильный стаканчик и высушивают до постоянного веса. Подго­ товив таким образом почву, начинают разделение частиц 0,25 мм — предварительное в фарфоровых чашках и оконча­ тельное в стеклянных стаканах или цилиндрах, отчего метод и получил название двойного отмучивания. Перед отмучиванием необходимо установить прибор в рабочее состояние. Для этого проверяют горизонтальность верхней и нижней площадок шта­ тива (с помощью уровня) и исправность сифона.

На верхнюю площадку ставят малый стакан с делениями от 1 до 4 см. Наливают в него воду, опускают сифон так, чтобы нижний конец его был на глубине 2 см от поверхности воды и сливают слой воды от 4 до 2 см. После проверки приступают к анализу.

Суспензию в большой чашке взмучивают и через 30 сек пере­ носят в малую фарфоровую чашку, из малой фарфоровой чаш­ ки через 60 сек после взмучивания ее переносят в малый стакан, а чашки вновь доливают дистиллированной водой. Из малого стакана через 100 сек после взмучивания сливают слой суспен­ зии от 4 до 2 см. За это время частицы крупнее 0,01 мм, имею­ щие скорость 0,2 мм/сек, пройдут слой в 2 см, частицы менее 0,01 мм, падающие с меньшей скоростью, будут находиться во взвешенном состоянии. Таким образом, при сливании слоя от 4 до 2 еж в стакан удаляются частицы менее 0,01 мм. Отмучивание суспензии через установленные сроки ведется до тех пор, пока жидкость в чашках и в стакане (слой от 4 до 2 см) станет прозрачной. При этом необходимо, после 2—3 сливаний, почву в чашке подвергать растиранию пальцем с резиновым колпаком или каучуковым пестиком..

После отмучивания почву из чашек переносят в стакан, де­ лают 1—2 контрольных сливания и затем почву переносят в большой стакан -прибора Сабанина. Устанавливают сифон в стакане на глубине 6 см от поверхности суспензии и наливают воду до отметки 12 см. При такой установке прибора производят проверку на чистоту отделения частиц 0,01 мм, для чего сус­ пензию взмучивают и наблюдают за просветлением. Если через 300 сек слой жидкости от 12 до 6 см будет прозрачным, то ча­ стицы С0,01 мм отделены полностью. В противном случае произ­ водят отмучивание через 300 сек до просветления указанного слоя воды.

В дальнейшем частицы С 0,(51 мм, собранные в стакане, или разделяются на фракции с помощью метода-пипетки или выбра­ сываются. Оставшаяся после отмучивания частиц ^0,01 мм почва в стакане состоит из фракции мелкого песка 0,25—0,05 мм и крупной пыли 0,05—0,01 мм. Они разделяются отмучиванием слоя от 12 до 6 см через 30 сек. За это время частицы 0, 0 5 мм, падающие со скоростью 2 мм/сек, пройдут слой толщиной 6 см, частицы 0,05 мм, находясь во взвешенном состоянии, будут сливаться в приемник. Отмучивание ведут до просветления слоя 12—6 см. Почву из большого и малого стаканов переносят в су­ шильные стаканчики, высушивают до постоянного веса и вычис­ ляют в процентах к весу абсолютно сухой навески.

В результате анализа выделяют следующие фракции:

1—0,25 мм на сите, 0,25—0,05 мм — в большом стакане прибора Сабанина при отмучивании суспен­ зии через 30 сек;

0,05—0,01 мм — в стакане приемника при этом же отмучивании и 0,01 мм — фракция в стакане приемника при отмучивании через 100 сек определяется обычно по разности, путем вычитания из 100 суммы процентов первых трех фракций.

« Метод Сабанина применяется для почв легкого механиче­ ского состава, где содержание физической глины не превы­ шает 10—15%. В сочетании с ситовым методом он может быть рекомендован для песчано-гравелистых или щебенчатых почв и грунтов.

Мелкозернистые почвы и грунты, как показали исследова­ ния М. М. Филатова (1925), при этом методе утяжеляются за счет засасывания сифоном суспензии с глубин больших, чем те, на которых его устанавливают.

В настоящее время метод двойного отмучивания Сабанина применяется со многими дополнениями. М. М. Филатов усовер­ шенствовал прибор Сабанина: при отмучивании через опреде­ ленный срок на заданную глубину опускают не сифон, а полый цилиндр с диафрагмой, которая закрывается по прошествии времени. Цилиндр извлекают из стакана, и суспензию сливают из него в банку.

На кафедре почвоведения Ташкентского университета проф- А- М. Орлов приспособил прибор Сабанина для массовых анализов. Изменения здесь сводятся к следующему: стаканы для отмучивания и стаканы-приемники устанавливают на полках деревянной рамы один против другого. На раме смонтировано приспособление для взбалтывания суспензии, одновременного опускания сифонов во все стаканы и сливания суспензии в при­ емники, автоматизирована подача воды в стаканы. На конце сифона, погружаемого в стакан, впаяна сетка. Когда сифон поднимают из воды, то в силу поверхностного натяжения вод­ ных пленок на сетке вода из сифона не выливается. Все это упрощает и ускоряет работу. Поэтому при массовых анализах целесообразно пользоваться этими приспособлениями. После анализа по методу Сабанина группу механического состава почвы устанавливают по классификации Н. М. Сибирцева (см.

табл. 10) или Н. А. Качинского (см. табл. 11), если применя­ лась подготовка почвы по его методу и использовались скорости падения частиц в воде по Стоксу.

Выделение из почв и грунтов фракций различного размера отмучиванием. При изучении физических и химических свойств частиц различного размера, слагающих почву, а также при определении минералогического состава, необходимо из почвы выделить в большом количестве фракции различного размера.

Дезагрегацию почвы производят методом мокрого растирания или химическим путем по методу Качинского. Метод мокрого растирания применим к дерново-подзолистым, серым лесным почвам и некарбонатным черноземам. Для расчленения и вы­ деления фракцией менее 0,25 мм применяют отмучивание, как в методе Сабанина. Скорости падения частиц в воде рас­ считывают по формуле Стокса (приложение, табл. 1).

Для выделения частиц различного размера берут навеску почвы от 50 до 500 г в зависимости от того, какое количество (по весу) частиц необходимо получить. Для минералогического анализа достаточно 50 г, для изучения физических свойств и хи­ мического состава почвенных частиц берут большие навески.

При этом нужно иметь в виду, что концентрация суспензии в со­ суде для отмучивания должна быть не более 3%. В случае сильно засоленных почв (солончаки) в отдельной навеске путем промывки водой пробы в 20 г — до прекращения реакции на С1 и 504 — определяют количество легко растворимых солей. По раз­ ности веса сухой почвы до и после промывки определяют потерю веса за счет легко растворимых солей. По методу растирания навеску почвы, увлажненную до состояния густой пасты, расти­ рают в течение 30 мин в фарфоровой ступке пестиком с резино­ вым наконечником. Затем добавляют дистиллированную воду (до жидкого состояния) и переносят почву на сито с отверстием 0,25 мм. Собранную на сите фракцию 1—0,25 мм отмывают при легком растирании от глинистых частиц до тех пор, пока с сита будет идти совершенно прозрачная вода. Затем частицы с сита помещают в стаканчик и высушивают. Так собирают и опреде­ ляют средний и крупный песок 1—0,25 мм.

Установка для отмучивания дана на рис. 6.

О т м у ч и в а н и е ч а с т и ц 0,00 1 мм. После растирания влажной почвы в чашке в нее добавляют дистиллированную воду, суспензию для отмучивания переносят в цилиндр путем сливания. Перед каждым сливанием почву в чашке растирают с небольшим количеством воды пестиком с резиновым наконеч­ ником и оставляют на 10 мин.

После этого срока крупные частицы осядут на дно, не осевшие за этот срок частицы нужно перенести в цилиндр. Для отмучи­ вания берут сосуд высотою 35 см, в диаметре около 10 см.

с общей емкостью в 3,5 л; на сосуд наносят черту, до которой впоследствии наливают воду; другую черту проводят на 7 см ниже первой отметки, до которой сливают суспензию при отмучивании частиц 0,001 мм. Сифон для сливания суспензии дол­ жен иметь боковые отверстия для всасывания, как в пипетке для механического анализа, ИЛИ же его конец должен быть загнут кверху под углом 45° с тем, чтобы не происходило заса­ сывание суспензии с глубины более 7 см. На расстоянии 7 см от нижнего конца на сифон надевают резиновое колечко для погружения его на заданную глубину.

Отстаивание суспензии при отмучивании частиц 0,001 мм длится около суток. В начале, середине и в конце срока отме­ чают температуру суспензии, дли чего рядом ставится цилиндр с термометром. Из трех отсчетов выводят среднюю температу­ ру и затем по табл. 8 устанавливают точно срок сливания суспензии. При одном сливании фракции 0,001 мм получают около 500 мл суспензии. Для полного удаления частиц ила тре­ буется 10—20, а то и более сливаний. После каждого сливания цилиндр вновь доливают суспензией из фарфоровой чаш­ ки. И так продолжают до тех пор, пока в чашке слой воды над осадком не станет прозрачным. После этого содержимое чашки переносят в цилиндр, где отмучивание продолжают до тех пор, пока не наступит просветление слоя от поверхности до 7 см. Для выделения частиц 0,001 мм из воды собранную суспензию фильтруют через воронки Бюхнера под вакуумом.

На дно воронки помещают подкладку из сатина, на нее кладут плотный фильтр (синяя обмотка или бумага для хроматографического анализа); воронку вставляют в толстостенную колбу конической формы (колба Бунзена), к отростку которой при­ соединяют водоструйный насос, создающий разряжение внутри колбы. При хорошей герметичности вакуум держится несколько часов без работы насоса. Первые мутные порции фильтрата воз­ вращают снова на фильтр. Когда фильтрация сильно замед­ ляется вследствие накопления осадка, последний снимают с во­ ронки. Для этого колбу отъединяют от насоса, фильтрат сли­ вают, с воронки снимают фильтр с осадком. Осадок переносят в фарфоровую чашку. В воронку вставляют новый фильтр в случае разрушения старого, и фильтрация продолжается. На­ копившийся осадок можно соскрести ложечкой в фарфоровую чашку, чтобы избежать затраты времени на заиление нового фильтра, что происходит довольно медленно. Осадок ча­ стиц 0,001 мм доводят до воздушно-сухого состояния, ра­ стирают в фарфоровой ступке, просеивают через сито 0,1 мм и хранят в стеклянной банке, откуда и берут навески ила для анализа.

О с а ж д е н и е и л а к о а г у л я ц и е й. Выделение из сус­ пензии ила путем фильтрации — операция длительная. Для неко­ торых определений минералогического состава, теплоемкости и др. ил из суспензии можно выделить электролитами. Для этого после каждого сливания в суспензию добавляют 2 — 3 кап­ ли крепкой НСЗ. Частицы почвы коагулируют. Просветленную жидкость сливают; следующее сливание делают в этот же сосуд.

После отмучивания ила осадок промывают дистиллированной водой путем декантации до тех пор, пока гель осадка не перейдет в золь. Для этого обычно требуется 3 — 5 промываний. Затем воду из осадка удаляют путем выпаривания на водяной бане до тестообразного состояния. Осадок досушивают на воздухе, расти­ рают в ступке, просеивают через сито с отверстиями 0,1 мм и хранят в стеклянной банке с притертой пробкой.

В ы д е л е н и е ч а с т и ц 0,0 0 5—0,0 0 1 м м. Оставшийся после выделения частиц ила « 0, 0 0 1 мм) осадок в сосуде взму­ чивают через час с минутами (точно время сливания устанавли­ вают по температуре суспензии с помощью табл. 8), сливают слой суспензии в 10 см. После отмучивания суспензия отстаи­ вается, прозрачную воду сливают и осадок подсушивают.

В ы д е л е н и е ч а с т и ц 0,01—0,005 мм. Отмучивание ве­ дется в том же порядке. После удаления частиц [ 0,005— 0,001 мм из цилиндра, осадок взмучивают и через 17 мин сли­ вают слой суспензии в 10 см. Точно срок сливания устанавли­ вается по температуре суспензии (табл. 8). После отстаивания слитой суспензии слой прозрачной воды сливают. Собрав всю фракцию в приемнике, осадок профильтровывают и сушат на воздухе.

В ы д е л е н и е ч а с т и ц 0,05—0,01 мм. Ход работы такой же, как и при выделении предыдущих фракций. Сливают слой в 25 см через 100 сек. Точно срок сливания устанавливают по табл. 8.

В цилиндре после отмучивания последней фракции останут­ ся частицы 0,25—0,05 мм.

В результате описанных работ выделяются шесть фракций:

1—0,25 мм 0,01 —0,005 мм 0,25—0,05 мм 0,005—0,001 мм 0,05—0,01 мм 0,001 мм Для изучения физических, физико-химических свойств, хи­ мического и минералогического состава нужно иметь около 50—100 г каждой фракции. Для минералогического состава до­ статочно по 5—10 г каждой фракции.

Подготовка почвы методом растирания применима не для всех почв; для карбонатных и гипсовых горизонтов почв и грун­ тов, для почв красноземного типа с подвижными полуторными окислами требуется химический метод подготовки.

Вследствие наличия в этих почвах сильных коагуляторов почти невозможно выделить мелкие фракции, так как суспен­ зии быстро свертываются. В таком случае применяют метод химической обработки почвы по Н. А. Качинскому.

Навеску почвы обрабатывают 0,2 н. НС1 до прекращения вы­ деления пузырьков СОг. Декантацией раствор над почвой пере­ носят на фильтр. После разрушения карбонатов почву пере­ носят в воронку и обрабатывают 0,05 н. НС1 до исчезновения в фильтрате реакции на Са. Затем соляную кислоту из почвы отмывают водой, почву с фильтра переносят в фарфоровую чаш­ ку, растирают в течение 30 мин. Далее разделение осущест­ вляется так, как описано выше.

Ареометрический метод. Ареометрический метод был пред­ ложен Буйюкосом в 1927 г. Метод основан на измерении удель­ ного веса суспензии изменяющегося во времени по мере оседания частиц сначала крупных, а потом все более мелких (т. е. удель­ ный вес суспензии постепенно уменьшается). Для определения плотности суспензии применяется стеклянный ареометр кон­ струкции Казагранда (рис. 7), на шкале которого нанесены де­ ления от 0,995 до 1,030 с точностью до 0,001, отсчеты берутся на глаз с точностью до 0,0001. Длина стержня ареометра 14—16 см, диаметр 0,05 см. Длина луковицы ареометра — 15—17 см, диаметр — 3 см. Градуировка ареометра производится при 20°С. Плотность воды при этой темпера­ туре приравнивается к единице. Для удобства в работе и при расчетах берется упрощенный отсчет: отбрасывается единица, а запятая пе­ реносится на три знака вправо, например, отсчет 1,0462 записывается как 46,2 (Я ).

П о п р а в к а на м е н и с к ( Л Я ). Арео­ метр градуируется по нижнему мениску, но вследствие непрозрачности суспензии отсчеты приходится производить по верхнему краю ме­ ниска. Поэтому перед началом работы уста­ навливают поправку на мениск путем погру­ жения ареометра в дистиллированную воду при 20°С. Берется отсчет по нижнему и верхне­ му мениску и разница умножается на 1000.

Например: отсчет по нижнему краю мениска — 0,9990, по верхнему 0,9986.

Искомая поправка =0,9990 — 0,9986 = для определения плотности почвен­ = 0,004 — 1000 = 0,4.

Полученная поправка на ной суспензии:

мениск 0,4 является постоянной для данного / — стержень ареомет­ ареометра и прибавляется к каждому отсчету.

ра, 2 — луковица арео­ метра П о п р а в к а на т е м п е р а т у р у. На показания ареометра оказывает влияние тем­ пература суспензии. Разница температур в 2°С дает ошибку в оп­ ределении около 2%. Поэтому необходимо весь анализ вести при одной температуре или точно замерять ее с тем, чтобы по табл. 4 определить температурную поправку. При температуре суспензии более 20°С поправка прибавляется, при температуре менее 20°С поправка вычитается из показаний ареометра (см. табл. 4).

При измерении плотности суспензии ареометром необходимо помнить, что:

1. На луковице ареометра могут оседать частицы почвы. Ко­ личество осадка зависит от времени нахождения ареометра в суспензии, от концентрации суспензии и, в значительной сте­ пени, от характера почвы. Во избежание ошибки от оседания ча­ стиц на луковицу ареометра отсчет не должен занимать более 5—10 сек, а ареометр после отсчета необходимо вынимать из суспензии и очищать от осевших частиц грунта.

2. Концентрация суспензии не должна превышать 30 г/л, в противном случае закон Стокса не применим.

Таблица 4 Шкала поправок на температуру к отсчету ареометра

20,0 10 1,2 0,0 20,5 10 1,2 0,1 11 21,0 1,2 0,2 11 21,5 1,1 0,3 22,0 12 1Д 0,4 1,0 22,5 12 0,5 23,0 1,0 13 0,6 23,5 0,9 13 0,7 0,9 24,0 13,5 0,8 24,5 0,9 14,0 0,9 0,8 25,0 14,5 1,0 0,8 25,5 15,0 1,1 0,7 26,0 15,5 1,3 0,6 26,5 16,0 1,4 0,6 27,0 16,5 1,5 0,5 27,5 17,0 1,6 0,4 28,0 17,5 1,8 28,5 0,3 18,0 1,9 0,3 29,0 18,5 2,1 0,2 29,5 19,0 2,2 30,0 19,5 0,1 2,3 0,0 35,0 20,0 —

И — путь частиц в см; Т — время падения частиц в сек.

Определение диаметра частиц производят графически. Для этой цели предложена номограмма, в которой отдельные составляющие формулы Стокса представлены в виде прямых (рис. 8).

Прямая № 1 — подкоренное выражение Л-103.

Прямая № 2— температура (/) суспензии.

Прямая № 3 — удельный вес dx твердой фазы почвы.

Прямая № 4— диаметр (D) частиц почвыв мм.

Прямая № 5 — скорость (V) падения частиц в см/сек.

Прямая № 6 — интервал времени (Г) отсчета по ареометру.

Прямая № 7 — правая сторона — R — тысячные деления арео­ метра, отмеченные у поверхности суспензии, при всех возможных погружениях ареометра; левая сторона Н% — расстояние в см от поверхности суспензии до центра водоизмещения, получающееся при погружениях ареометра и отвечающее пути, проходимому ча­ стицей от поверхности до центра ареометра.

Шкала R и соответствующая Нц в см вычисляется для каждого ареометра отдельно и зависит от размеров его частей.

Вновь ареометр погружают в воду до тех пор, пока объем воды, вытесненный ареометром, не будет равен 32, тогда центр водоизмещения луковицы будет находиться на поверхности и ве­ личина а будет равна расстоянию от поверхности воды до нижнего деления ареометра 1,030, которое замеряют с помощью линейки. Пусть а = 9,5 см.

Величина / — расстояние в см от верхнего деления ареометра 1,000 до нижнего 1,030, измеряется непосредственно — /=10,15.

Величина N—постоянная для данного ареометра и в нашем случае равна 30.

3 А. Ф. Вадюнина, 3. А. Корчагина е

Я — число переменное и соответствует количеству тысячных долей по-шкале ареометра от уровня суспензии до деления 1,000.

Подставляя в формулу 4 значения определенных величин, получим:

„ (30-29), п, -, — 64 Я х « = —яп 10,15 + Г ‘ » » ‘ * » I 9,5— -==, * 30 56,52 Беря различные значения /? (от 1,000 до 1,030), определяем соответствующие им величины Н^ — пути, проходимые частицами при любом погружении ареометра. Наносим на правую сторону прямой № 7 величины /?, а соответствующие им значения Нц — на левую сторону прямой, получаем полностью прямую № 7 для номограммы.

П о л ь з о в а н и е н о м о г р а м м о й (рис. 8). Пусть удель­ ный вес твердой фазы почвы = 2,75, а температура суспензии 18°С, время от начала опыта 30 мин и показание ареометра с поправкой на температуру и мениск = 20,35 (/?). Для опреде­ ления диаметра частиц, не осевших через 30 мин, берется линей­ ка и накладывается на прямую № 3 в точке 2,75 так, чтобы ли­ нейка проходила через 18°С на прямой № 2 и пересекла прямую № 1. Точка пересечения = 11,0, что отвечает подкоренному зна­ чению А • 103.

Для определения скорости падения частиц в см/сек на пря­ мой № 7 отыскиваем точку 20,35, накладываем на нее линейку так, чтобы она прошла через прямую № 6 в 30 мин и тогда на пересечении линейки с прямой № 5 получим скорость падения частиц = 0,0080 см/сек = V.

Соединяя эту точку с точкой на прямой № 1 = 11,0, опреде­ лим диаметр частиц данного замера = 0,0110 мм по прямой № 4.

Вычисление процентного содержания фракций производится по формуле:

для данного анализа почвы:

2,75—1 Тогда В% =%К = 20,35 -К. (6) Сравнительное изучение ареометрического метода и пипет-метода по Качинскому, Кочериной, Макаровой и Платовой, Кореневской показало, что при определении по ареометру количество мелкого песка завышено, вследствие оседания частиц на плечи ареометра во время опыта.

Ареометр дает неточные показания при определении илистой фракции, особенно при начальной плотности суспензии в 1%.

Увеличение концентрации суспензии до 3% увеличивает точность определения крупных фракций. Удовлетворительная сходимость данных сравниваемых методов наблюдалась для почв тяжело- и среднесуглинистых; большие расхождения для глин и супесей.

Ареометр неустойчив в суспензии. Повторное по­ гружение его при замере плотности через различ­ ные интервалы времени вызывает дополнительное нарушение спокойного со­ стояния суспензии, что влияет на результаты ана­ лиза.

В дальнейшем при разработке этого метода необходимо заняться во­ просами реконструкции ареометра с целью повы­ шения его чувствитель­ ности к малым концент­ рациям суспензии, устой­ чивости и уменьшения Рис. 9.

Седиментометрические стеклянные весы Фигуровского:

накопления осадка на / — штатив, 2 — стеклянное или кварцевое коромысло, плечах. 3 — стеклянная чашечка для осадка, 4 — ось микро­ По сравнению с мето­ скопа дом пипетки ареометрический метод менее трудоемкий. Ввиду того, что подготовка в этом методе осуществляется по методу Качинского, при характери­ стике почв следует пользоваться классификацией того же автора.

Седиментометрический метод. Седиментометрический метод (А. А. Фигуровского) основан на взвешивании осадка, накапливающегося на пластинке внутри столба суспензии за определен­ ный промежуток времени. Впервые этот принцип использовал Г. Ф. Нефедов (1902).

В 1925 г. Свен-Оденом сконструированы автоматические седиментационные весы и предложен метод определения грануло­ метрического состава по кривым накоплениям осадка на чашке весов. Более простое устройство имеют автоматические весы Стародубцева и пружинные Неверы и Холмса.

В последнее время широкое применение получили стеклян­ ные весы Фигуровского, основанные на принципе гидростати­ ческого взвешивания осадка.

Весы (рис. 9) состоят из штатива (/), к которому прикреп­ лено стеклянное или кварцевое коромысло (2); оно имеет длину 20—50 см. Толщина его вначале 2—3 мм, постепенно к концу уменьшается до 0,2—0,3 мм. На конец коромысла подвешена стеклянная чашечка (3) диаметром 3 см, с высотою бортиков — 5 мм.

В качестве отсчетного приспособления используют горизон­ тально поставленный микроскоп, снабженный окулярной шкалой.

Перед анализом делают проверку коромысла — оно не дол­ жно прогибаться под действием собственного веса и веса пустой чашки. Для проверки чашку подвешивают к коромыслу сначала в воздухе, а потом в воде. Положение конца коромысла, наблю­ даемое в микроскопе, при этом не должно меняться. Чашку на­ гружают гирьками разновеса (ф) и измеряют прогиб коромыс­ ла (7).

Зависимость прогиба от нагрузки прямолинейна и подчи­ няется закону Гука:

Я = Я-К,. (7) где К — постоянная прибора.

Для вычисления процентного содержания частиц различного размера строится кривая осаждения частиц полидисперсной системы (рис. 10).

По оси абсцисс откладывается время I, по оси ординат вели­ чина С> — пропорциональная показанию микрометра. До момен­ та выпадения самой крупной фракции кривая распределения имеет вид прямой, затем по мере оседания фракций она прини­ мает форму пологой параболы.

Когда на чашку весов осядет все взвешенное вещество ((3), кривая распределения перейдет в прямую, параллельную оси абсцисс.

По кривой распределения (рис. 10) можно определить вес фракции и ее процентное содержание. Для этого на кривой вы­ деляют ряд точек Мо, М: и т. д., проводят касательные к этим точкам и продолжают их до пересечения с ординатой. Отрезки ординаты между двумя касательными соответствуют количеству вещества, осевшему за определенный промежуток времени, на­ пример Ь\ — Ь2 — количество фракции, выпавшей за время (2 — (^ Процентное содержание фракции — Ь< — Ь2, если на ор­ динате не нанесены проценты, находим по формуле 1г — ьг 100 где 1.0 — отрезок ординаты, соответствующий полному осаждению вещества (3.

Диаметр фракции вычисляется по формуле Стокса (2) О = /Тл/; V = ^ -, где Н — длина падения частиц, или глубина чашки весов от по­ верхности суспензии, что измерить можно для каждого срока наблюдения линейкой;

Ь — время отсчета.

Рис. 10. Кривая осаждения полидисперсной системы Для удобства отсчета на оси ординат с правой стороны от­ кладывают значения 0, с левой — процентное содержание фракций.

В. Е. Кореневская (1951) этот метод применила в следующей модификации: навеску почвы в 4 г, просеянную через сито в 1 мм, подготавливали к анализу по методу Качинского. Затем на приборе Сабанина отмучивали фракцию 0,25—0,05 (фракцию 1—0,25 определяли на сите), так как частицы 0,05 мм мето­ дом Фигуровского определялись грубо. Дальнейший анализ сус­ пензии с частицами 0,05 мм производили на весах Фигуров­ ского. Концентрацию суспензии предварительно определяли пу­ тем выпаривания 100 мл суспензии. Для анализа суспензию кон­ центрации 0,30—0,35% помещали в цилиндр емкостью 0,5 л, диа­ метром = 8 см, взбалтывали мешалкой в течение 1 мин. Затем опускали чашку весов на глубину 7—8 см от поверхности сус­ пензии и включали секундомер. Через 40—60 сек после прекра­ щения колебания коромысла делали первый отсчет. Дальше от­ счеты производились через промежутки времени, соответствующие деформации коромысла на 1 деление. Наблюдения велись 24—26 час из расчета полного осаждения частиц 0,001 мм на чашку весов. По истечении этого времени над чашкой брали пипеткой пробу для определения частиц ^ 0,001 мм, так как определение их на весах требует слишком много времени.

Сравнение данных, полученных на весах Фигуровского, с дан­ ными, полученными по методу пипетки, показывает, что при седиментометрическом анализе получается заниженное содержа­ ние крупной пыли, завышенное — средней и мелкой.

Седиментометрический метод необходимо в дальнейшем раз- / вивать и совершенствовать.

Определение механического состава по средней пробе в стоя­ чей воде. М е т о д п и п е т к и — Принцип метода основан на взя­ тии пробы суспензии с определенной глубины, через известные промежутки времени. Впервые подобный метод определения был предложен в 1912 г. В.’Г. Глушковым. Им был сконструирован прибор, который состоит из стеклянной трубки длиною 10—15 см и диаметром 10—15 мм. Дно трубки закрывается диском, укреп­ ленным на стержне, проходящем через трубку. Сверху на стер­ жень навинчивается гайка, нажатием на которую отодвигается нижний диск трубки и суспензия заполняет ее, затем трубку за­ крывают, пробу переносят в сушильный стаканчик, выпаривают, высушивают и определяют ее вес.

Через 10 лет (1922 г.) аналогичные методы независимо, повидимому, от В. Г. Глушкова были опубликованы, почти одно­ временно, Робинзоном, Краусом, Томасом и Гарднером. Для взятия проб суспензии Робинзоном была предложена обычная пипетка объемом 20—25 мл; подготовка почвы Робинзоном осуществлялась по международному методу «А».

Метод пипетки был принят и рекомендован на международ­ ных конгрессах почвоведов в 1927 и 1930 гг. как стандартный для массовых определений механического состава почв, что со­ действовало его распространению.

Рядом исследователей этот метод разработан и уточнен (П. А. Земятченский, В. В. Охотин, Н. П. Карпинский, С. И. Дол­ гов, Н. А. Качинский, Батурин и др.). Заслуживает внимания предложение Батурина заменить выпаривание и сушку проб оп­ ределением плотности суспензии в специальной ампуле или в пикнометре.

В Советском Союзе широко применяется метод пипетки в ва­ рианте Н. А. Качинского.

В а р и а н т мет..ид.а п и п е т к и по Н. А. К а ч и н г к о м у 1. Для анализа из коробочного об^азца

рут среднюю пробу воздушно-сухой почвы 100—150 г для подготовки к ана­ лиз>’. Небольшими порциями почву переносят в фарфоровую ступку, растирают пестиком с каучуковым наконечником, просеиДан в описании автора.

вают через сито с отверстиями в 1 мм и рассыпают тонким сло­ ем на стекле или глянцевой бумаге, делят на 10 квадратных уча­ стков и роговой ложечкой или совочком равномерно из каждого квадрата берут почву для составления средних проб. Для ана­ лиза готовят 3 навески:

Чем легче почва по механическому составу, тем большую на­ веску нужно брать.

Пробы для анализа отвешивают на часовом стекле, а затем переносят в фарфоровые чашки. Взвешивание производят на аналитических весах с точностью до 0,0001 г, если точность ра­ боты принята до 0,01%. При точности анализа до 0,1%, что впол­ не достаточно, взвешивание можно производить до 0,001 г.

Предварительно испытывают почву на карбонатность. На почву в чашке капают 10% НС1. Присутствие карбонатов отме­ чают по выделению пузырьков СОг- Далее карбонатные почвы обрабатывают 0,2 н. НС1 до прекращения выделения пузырьков С0 2.

В случае сильно карбонатных почв, в результате нейтрали­ зации кислоты, последующие порции 0,2 н. НС1 разжижаются и могут не показать вскипания даже при наличии карбонатов.

В таком случае первые порции раствора из чашки нужно пере­ носить на фильтр и снова действовать на оставшуюся в чашке основную массу почвы 0,2 н. НС1.

После разрушения карбонатов почва постепенно переносится 0,05 н. НС1 на фильтр в воронке, причем пробы для определения потери от промывания помещают на заранее взвешенный фильтр.

На фильтре почву промывают 0,05 н. НС1 до исчезновения реак­ ции на Са». Для этого собирают немного фильтрата в пробирку, нейтрализуют его аммиаком (10%), добавляя последний до появ­ ления запаха, подкисляют несколькими каплями уксусной кисло­ ты (10%), добавляют щавелевокислого аммония (4% раствор — насыщенный) и нагревают пробирки до кипения. Наличие кальция будет отмечено по кристаллическому осадку СаС 2 0 4 по­ сле охлаждения пробы. Затем почву промывают дистиллирован­ ной водой до исчезновения реакции на С1 (воздействуя на филь­ трат А§Ы03 (5%) в подкисленной НгЮз (10%) среде).

В случае появления мути в фильтрате (прохождение коллои­ дов через фильтр), промывание прекращают даже при наличии реакции на СУ.

Почвы, не вскипающие от НС1, смачивают в чашке 0,05 н.

НС1. Этим же раствором кислоты их переносят на фильтры и промывают на последних, как было описано выше, до исчезно­ вения реакции на Са», а потом на СУ. По окончании промыва­ ния пробы почвы с невзвешенных фильтров поступают для ана­ лиза. Почву с фильтра смывают промывалкой в фарфоровую чашку слабой струей дистиллированной воды, сам же фильтр во второй чистой чашке очищают от приставших частиц почвы стеклянной палочкой и отжимают. Если из фильтра выжимает­ ся прозрачная вода, то это указывает на отсутствие в нем илова­ тых частиц почвы.

Из обеих фарфоровых чашек суспензию почвы переносят через воронку в коническую колбу, емкостью 750 см3. В колбу доливают дистиллированную воду до 250 смъ и прибавляют раствор 1 н. ЫаОН исходя из емкости поглощения почвы — 1 мл на 10 м же емкости поглощения. Средняя норма №ОН для ти­ пичных почв дана в табл. 6. Колбы с содержимым оставляют в спокойном состоянии на 2 час, при этом через 15 мин встряхиТаблица 6 Количество вводимой в суспензию 1 н. N8011 для различных типов почв Количество 1 н. №ОН Тип почвы в мл Черноземы тучные Черноземы обыкновенные 4,5 Черноземы южные (маломощные)..

3,5 Каштановые почвы Бурые почвы Серые лесные земли Сероземы

Подзолистые почвы тяжелые:

горизонты Аг и Аг подгоризонты Въ В2, 5 3.

0,5 Подзолистые почвы легкие Солонцы и солонцеватые почвы в за­ от 2 до 5 висимости от их типа и зоны.

Красноземы, горизонт Аг 1,5 Остальные вают их вручную. После этого следует кипячение суспензии с об­ ратным холодильником в течение часа. Кипячение не должно быть бурным. По охлаждении суспензии почву переносят в ци­ линдр через сито с отверстиями, диаметром 0,25 мм. Сито уста­ навливают на стеклянную воронку, а последнюю на литровый цилиндр (диаметр цилиндра 6—8 см). Сито струей дистиллиро­ ванной воды тщательно промывают, причем почву слегка проти­ рают рукой.

Оставшиеся на сите частицы почвы 1—0,25 мм струей воды из промывалки смывают в чашку и, если нужно, раз­ деляют с помощью сита с отверстиями 0,5 мм на две фракции:

1—0,5 мм и 0,5 — 0,25 мм. Фракции переносят в предварительно взвешенные стаканчики, воду из пробы выпаривают на песчаной или терра-фузеритовой бане до полного высыхания почвы, почву высушивают в термостате при 105° до постоянного веса.

Суспензию в цилиндре доливают дистиллированной водой до одного литра и анализируют, принимая во внимание скорости падения частиц в воде по Стоксу.

Практически удобными и оправдавшими себя можно счи­ тать следующие глубины погружения пипетки для выделения фракций различной крупности:

Для частиц: 0,050 мм —25 см;

Сроки взятия проб с различных глубин, считая с момента взмучивания суспензии, варьируют в зависимости от температу­ ры и удельного веса твердой фазы почвы.

При анализах нужно стремиться, по возможности, к стан­ дартной температуре. Если есть возможность, цилиндры с сус­ пензией при длительном отстаивании нужно помещать в тер­ мосы-чехлы или гнезда со стенками и крышкой из непроводников тепла, способствующих сохранению постоянной температуры во­ ды в цилиндре при отстоях. В противном случае анализ нужно проводить в помещении с наименьшими колебаниями темпера­ туры. Цилиндры с суспензией в этом (последнем) случае при отстаивании следует накрывать картонными цилиндрическими колпаками, которые будут ослаблять колебания- температуры суспензии и броуновское движение мелких частиц, а также пре­ дохранять суспензию от запыления.

Для измерения температуры во время анализа термометр помещают в такой же цилиндр с водой, в каком отстаивается суспензия, причем этот цилиндр также защищают от колебания температуры, как и прочие. Поскольку интервал времени между взбалтыванием суспензии и взятием пробы для определения со­ держания частиц 0, 0 5, 0, 0 1 и 0,005 мм невелик, темпера­ туру можно измерить один раз. При учете частиц 0,001 мм температуру следует измерить трижды: после взбалтывания суспензии, в середине интервала отстаивания суспензии и перед пипетированием. Из трех отсчетов вычисляют среднюю темпера­ туру воды, которую и принимают во внимание при выборе ско­ ростей падения механических элементов почвы в воде.

Что касается удельного веса твердой фазы почвы, то реко­ мендуется брать точную величину удельного веса данной почвы, тем более, что удельный вес твердой фазы стал почти обычным анализом при характеристике физических свойств почвы.

Для облегчения работы можно воспользоваться некоторыми рекомен­ дациями на тот случай, когда не будет конкретных величин удельного веса анализируемой почвы или близкого к ней почвен­ ного типа:

1. Считаем возможным ограничить дифференциацию удель­ ного веса твердой фазы почвы для целей механического анализа применительно к следующим глубинам: 0—20 см (пахотный слой); 20—40 см; 40—100 см; глубже 100 см.

2. Можно использовать средние данные по удельному весу твердой фазы различных зональных почв для вышеозначенных глубин (табл. 7). Величины рекомендуем как приблизительные, на основании массовых анализов, имеющихся в нашем распоря­ жении, сознательно округляя их до 0,05.

Таблица 7 Удельный вес твердой фазы различных почв Суглинистые и глинистые подзолистые и серые

Для почв целинных нужно особо выделять удельный вес слоя 0,5 см, который сильно варьирует, в зависимости от гумосности почвы и развития дернины, но чаще держится около величины 2,2-2,5.

Ниже приводим таблицу сроков взятия проб суспензии при анализе с различных глубин, в соответствии со скоростями паде­ ния почвенных частиц в воде по Стоксу при различных темпера­ турах и различных удельных весах твердой фазы почвы (табл 8).

Расчет скоростей падения ведем по формуле Стокса:

V = -д-ёГ—^—• ГДб г — радиус падающей частицы, йг — удельный вес падающей частицы, & — удельный вес жидкости, в которой ведется анализ, § — ускорение силы тяжести при свободном падении тела, равное 981 см! сек, Т> — ВЯЗКОСТЬ ЖИДКОСТИ.

Установка для взятия пробы суспензии представлена на рис. 11 (общий вид). Она состоит из следующих частей: штаРис. 11.

Схема установки для определения механи­ ческого состава почвы методом пипетки:

О — штатив, А — пипетка, В — аспиратор для засасывания суспен­ зии, С — колба с дистиллированной водой для промывания пи­ петки, К — шайба для регулировки погружения пипетки в суспензию на заданную глубину, У — одноходовой кран, по­ зволяющий регулировать подачу воды из промывной колбы в пипетку, 2 — двухходовой кран, позволяющий осуществлять засасывание анализируемой суспензии почвы и спуск ее в су­ шильный стаканчик, N — держатель пипетки

х — искомая фракция в % % меньше какого-то нужного нам размера (например,/0,05 мм; /0,01 мм и т. д.);

а — вес фракции меньше искомого размера (в г), найденный при анализе;

в — объем пипетки в мл;

т — вес абсолютно сухо’й навески, взятой для анализа.

Вес фракций определенного размера (0,05 — 0,01 мм;

0,01 —0,05 мм; 0,005— 0,001 мм и 0,001 мм) находят путем вычитания из веса или процентного содержания предыдущей фракции веса или процентного содержания последующей.

4 А. Ф. Вадюнина, 3. А. Корчагина

Пример вычисления:

1) Абсолютно сухая навеска почвы: 9-4106 г;

2 Вес фракции размером 1—025 мм — 0,0226 г;

3) Потеря при обработке почвы НС1 — 0,2832 г;

Вес фракций в 25 см3 суспензии (а):

По данным механического анализа определяют группу почвы по механическому составу. Существует ряд классификаций почвы по механическому составу, которые необходимо приме­ нять с учетом метода анализа.

К л а с с и ф и к а ц и я С и б и р ц е в а до 1940 г. была наи­ более распространенной; в основу ее положено соотношение между фракциями физической глины и физического песка. Эту классификацию используют при гранулометрическом анализе по Шене.

Т а б л и ц а 10 Классификация почвы по механическому составу (Сибирцева)

ИЗОБРАЖЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТАВА

НА ПОЧВЕННЫХ КАРТАХ

На картах мелкомасштабных чаще пользуются сокращенной шкалой или классификации объединяют в более крупные группы. Например, на почвенной карте СССР выделены глинис­ тые и тяжелосуглинистые почвы, с подразделением на иловатые и пылеватые разности, средне- и легкосуглинистые почвы — пес­ чаные и пылеватые. Механический состав на почвенной карте должен быть отображен цветом почв: песчаные и супесчаные почвы закрашиваются светло-желтым цветом, легкие суглинки— палевым, тяжелые — коричневым, глины — красным цветом.

Цветовым изображением пользуются и при нанесении на карту генетических почвенных типов и разностей, поэтому, если нельзя совместить эти два признака, то механический состав це­ лесообразно изображать штриховкой. На рис. 15 дана штрихов­ ка для изображения на карте механического состава почв и почвообразующих пород, использованная Почвенным институтом при составлении почвенной карты СССР. Можно использовать индексы (табл. 11), которые ставятся внутри контура рядом с его номером.

ВЫЧИСЛЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

ПО МЕХАНИЧЕСКОМУ СОСТАВУ

Рис. 15. Условные обозначения механического состава почв на картах Расчет производится по данным механического и микроагрегат­ ного состава по Газену и Козени. Результаты сравниваются и оцениваются.

В ы ч и с л е н и е э ф ф е к т и в н о г о или д е й с т в у ю щ е г о д и а м е т р а ч а с т и ц — йэф. Для некоторых расчетов, например, для определения коэффициента фильтрации по данным грануло­ метрического состава необходимо бывает определить «действую­ щий» диаметр данной полидисперсной системы. «Действующим»

диаметром называют такой диаметр частиц, при котором одно­ родная масса, сложенная из частиц такого размера, обладает той же величиной коэффициента фильтрации, как и исследуемая система.

Газен предложил считать действующим диаметром диаметр таких частиц, которые составляют 10% всей массы почвы — й\§.

Определяется он по интегральной кривой: на оси ординат откла­ дывают 10%, а на оси абсцисс — соответственно размер диаметра в мм. Пользоваться этой величиной можно только для легких почв и при условии, если коэффициент однородности бу­ дет не больше 5. Коэффициент однородности е = А, Б60 есть диаметр частиц, меньше которого в почве имеется 60% частиц по весу. Определяется также по интегральной кривой.

Таблица 14 Пример расчета действующего диаметра по Козени Содержание Размер частиц Расчет знаменателя формулы Козени их в % в мм 6,0 1-0,25 2-6(1 +0,25)-15-0 14 ( Х 4- М 14,0 1С-0 0,25—0,05 2 ‘ 1 4 ^ 0, 2 5 + 0,05 )-1Ы»

30,0 0,05—0,01 2 — 3 0 1^0,05 + 0,01 1 М )

10,0 0,005—0,001 2 — 1 0 ( 0,005+ 0,001 ) — 6 0 ° 0 30,0 0,001 2 — 3 0 0,001 — 1 5 0 0 0 Л = 24463

Под с т р у к т у р о й п о ч в ы понимают совокупность отдельностей, или агрегатов, различных по величине, форме, проч­ ности и связности. Структурная отдельность, или агрегат, представляет собой совокупность первичных почвенных частиц, соединенных друг с другом в результате коагуляции коллоидов, склеивания, слипания.

Способность почвы распадаться на структурные отдельности, или агрегаты, называют структурностью почвы.

Различают два понятия структуры почвы: морфологическое и агрономическое. В морфологическом понимании хорошей бу­ дет всякая, четко выраженная структура: ореховатая, столбча­ тая, призмовидная, пластинчатая и т. п. Каждой генетически раз­ личной почве, а внутри ее отдельным горизонтам присуща своя, характерная структура. Ее формирование тесно связано с усло­ виями образования данного почвенного типа.

Агрономически ценной является только такая структура, ко­ торая обеспечивает плодородие почвы.

В настоящее время почвенную структуру по размерам агре­ гатов подразделяют следующим образом:

1. Глыбистая структура (агрегаты 10 мм).

2. Комковато-зернистая структура, или макроструктура (агрегаты 10 — 0,25 мм).

3. Микроструктура ( агрегаты • 0,25 мм).

П. А. Костычевым было предложено классифицировать структуру почвы на водопрочную (агрономически ценную) и не­ водопрочную. Позднее, развивая это положение, В. Р. Вильяме предложил различать два свойства почвенных агрегатов: связ­ ность и прочность. Под связностью понимается способность агре­ гата противостоять механической силе воздействия, а под проч­ ностью — способность агрегата длительно противостоять размы­ вающему действию воды.

Связность почвы зависит от количества иловатых и, особенно, коллоидальных частиц. Прочность агрегата зависит только от качества перегноя (она обусловлена цементацией механических элементов свежеосажденным перегноем).

Комочек почвы может быть связаным, но не прочным. Для примера возьмите комочек сухой глины — его трудно разрушить рукой, но, если его положить в воду, он быстро распадается на составляющие его механические элементы.

Агрономически ценной считается водопрочная структура, создание которой и является задачей агротехнических приемов и мероприятий, направленных на оструктуривание почвы. Надо помнить, что не всякая водопрочная структура является агроно­ мически ценной. Водопрочность почвенной структуры имеет двоя­ кую природу: во-первых, водопрочность может быть обусловлена стойким химическим и физико-химическим закреплением коллои­ дов (необратимая коагуляция коллоидов). Во-вторых, агрегаты могут быть водопрочны в результате неводопроницаемости их, связанной с наличием, в основном, тонких пор.

Структура почвы является одним из главнейших факторов ее плодородия. В структурной почве создаются оптимальные усло­ вия водного, воздушного и теплового режимов, что в свою оче­ редь обусловливает развитие микробиологической деятельности, мобилизацию и доступность питательных веществ для растений.

Структурная почва имеет высокую порозность и влагоемкость. Благодаря хорошей водопроницаемости, она глубоко про­ мачивается водой. Осадки, выпадающие на структурную почву, полностью впитываются. Поверхностный сток отсутствует, сле­ довательно, исключены эрозионные процессы. Во влажной струк­ турной почве, благодаря наличию капиллярных пор внутри агре­ гатов и пор аэрации между ними, одновременно совмещаются анаэробные и аэробные процессы. Внутри агрегатов, когда ка­ пиллярные поры заняты водой, протекают анаэробные процессы, сопровождающиеся образованием ульминовой кислоты. В это же время в порах аэрации, на поверхности комков, идут процессы в аэробных условиях с образованием гуминовой кислоты и мине­ ральных соединений, нужных для питания растений.

В бесструктурной распыленной почве складывается неблаго­ приятный физический режим. Вода и воздух в ней являются антагонистами. Порозность и влагоемкость представлены ма­ лыми величинами. Вследствие плохой водопроницаемости бесструктурная почва плохо впитывает воду, сток ее по поверх­ ности приводит к эрозии. Плохая водопроницаемость, малая влагоемкость не обеспечивают достаточных запасов воды. Весной и осенью поры в такой почве бывают заполнены водой, а воздух в них отсутствует. С повышением же температуры, благодаря тонкопористому сложению, происходит интенсивное испарение воды и просушивание почвы на большую глубину. Растения в этот период страдают от засухи. После дождя или полива поверхность бесструктурной почвы заплывает, резко повышает­ ся липкость. При высыхании почва сильно уплотняется, утяже­ ляется ее обработка, затрудняется рост и развитие корневой системы растений. Обесструктуренные почвы легко подвер­ гаются ветровой эрозии.

Борьба за структуру (в агрономическом смысле) в пахотном слое есть борьба за повышение урожая сельскохозяйственных культур. К созданию структуры привлекают биологические, хи­ мические, физико-химические, физические и механические мето­ ды. Большое внимание уделяют методам оструктуривания почв с помощью искусственных структоров и, в частности, полимерных соединений.

В последнее время большое внимание исследователи уделяют разработке и усовершенствованию методов определения каче­ ства структуры, ее водопрочности и механической прочности.

Существующие методы изучения структуры почвы можно подразделить на группы:

1. Морфологическое описание структуры;

2. Изучение качества структуры: водопрочности и механиче­ ской прочности;

3. Выяснение природы водопрочности и механической проч­ ности почвенного агрегата путем изучения его строения и при­ чин, обусловливающих связь между отдельными первичными почвенными частицами.

При проведении исследований структуры почвы следует иметь в виду, что:

1. Анализы структуры в целях ее агрономической оценки проводят, обычно, для пахотного и подпахотного горизонтов, причем пахотный горизонт характеризуют на всю глубину образ­ цами по 10 см (0—10, 10—20) и т. д.

2. Структура почвы верхних горизонтов динамична во вре­ мени, и результаты анализов, взятых в разные сроки, будут различны.

3. Образец почвы, взятый для анализа, должен быть сохра­ нен в ненарушенном состоянии.

Существует различное мнение о том, в каком состоянии влажности образец следует анализировать. Многие исследова­ тели считают, что сухие образцы менее водопрочны. Это объяс­ няется разрушающей ролью защемленного воздуха, поэтому рекомендуется образцы перед анализом предварительно сма­ чивать.

МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТРУКТУРЫ

Первая характеристика оструктуренности почвы, типа струк­ туры и, в некоторой мере, ее агрономической ценности дается при визуальном описании почвенного профиля или пахотного горизонта.

Полная классификация структурных элементов для морфоло­ гического описания дана профессором С. А. Захаровым, ею и нужно руководствоваться в работе (рис. 16, табл. 15).

Таблица 15 Классификация структурных элементов по Захарову С. А.

Рис 16 Схема типичных видов почвенной структуры (по С А Захарову) / — кубовидный тип структуры 1 — крупнокомковатая 2 — комковатая 3 — мелкокомкоиа тая 4 — пылеватая у — крупноореховатая 6 — ореховатая 7— мелкоореховатая 8 — крупно зернистая 9

зернистая 10 — порошистая И — структурные отдельности нанизанные на корни, //—призчовидный тип структуры 12— столбчатая 13 — столбовидная 14 — крупнопризматическая 15 — призматическая 16 — мелкопризматическая 17 — тонкопризматичеекчя, / / / — плитовидный тип структуры 18 — сланцеватая 19 — пластинчатая 20— листоватая 21 — чешуйчатая 22—мелкочешуйчатая Прямыми методами непосредственно определяется количе­ ство водопрочных и неводопрочных агрегатов. К ним можно от­ нести: методы фракционирования почвы на ситах по Саввинову, макроагрегатный анализ методом качания сит (Бакшеева), ме­ тод размокания в стоячей воде, микроагрегатный анализ по Качинскому и др.

К косвенным относятся такие методы, когда о водопрочностн судят по другому показателю, например по изменению водопро­ ницаемости (метод Вильямса), по количеству воды, необходимой для размывания агрегата (капельный метод Виленского).

Микроагрегатный анализ Благоприятный физический режим в почве создается благо­ даря наличию не только макро-, но и микроструктуры. В послед­ нее время все большее значение придается микроагрегатному со­ стоянию почвы. Поэтому для агрономической оценки почвы важно знать как степень оструктуренности, так и качество макро- и микроагрегатов в ней. Характеризуя микроструктуру, можно делать оценку и макроструктуры.

Микроагрегатный анализ рекомендуется проводить для па­ хотных горизонтов, параллельно с механическим анализом, чтобы потом по результатам механического и микроагрегатного анализов оценивать оструктуренность и распыленность почв и судить о потенциальной способности почв к оструктуриванию.

Микроагрегатный анализ почвы по методу Качинского. Из коробочного образца почвы, доведенного до воздушно-сухого состояния, берут среднюю пробу 100—150 г, осторожно расти­ рают в фарфоровой ступке пестиком с каучуковым наконечни­ ком и просеивают через сито с диаметром отверстий в 1 мм. Из подготовленной почвы берут навески: для определения микро­ агрегатного состава—10—15 г и для определения гигроскопи­ ческой влажности — 4—5 г.

Навеску почвы для микроагрегатного анализа помещают в бутыль емкостью 500 см3 (используют широкогорлые бутыли).

В бутыль наливают 250 см3 дистиллированной воды и почву оставляют размокать на 24 час. После этого бутыль, закрытую резиновой пробкой, помещают на мешалку и в течение 2 час встряхивают горизонтальными толчками (180 ударов в минуту в одну сторону). Содержание бутыли через сито с отверстиями й=0,25 мм переносят в литровый цилиндр, доливают дистилли­ рованной водой до 1000 см3. Из приготовленной дисперсии пи­ петкой берут пробы. Операции по взятию проб дисперсии, даль­ нейшей их обработки, расчет фракции в процентах проводят так же, как при механическом анализе (см. I гл. Метод Н. А. Ка­ чинского).

При микроагрегатном анализе почв засоленных, солонцева­ тых, солонцов и солончаков вместо дистиллированной воды используют водную вытяжку из данной почвы.

Водную вытяжку из анализируемой почвы получают при от­ ношении почвы к воде, равном 1 : 25.

Вытяжка получается в тех же условиях, в каких ведется микроагрегатный анализ:

40 г почвы, пропущенной через сито с диаметром отверстий в 1 мм, помещают в бутыль емкостью несколько больше литра, заливают 1000 см3 воды и выдерживают 24 час. Затем встряхи­ вают в течение 5 мин, отфильтровывают. Полученная вытяжка заменяет дистиллированную воду во всех процессах анализа:

размачивание почвы, перенос из бутыли в цилиндр, доливание цилиндра (несколько кубических сантиметров жидкости, недо­ стающих в цилиндре до литра, восполняются дистиллированной водой).

Следует иметь в виду, что в результате микроагрегатного анализа почва бывает несколько переутяжелена, так как ско­ рости падения в воде микроагрегатов принимают по Стоксу так же, как и для механических элементов. На самом же деле, микроагрегаты того же размера, что и механические элементы, падают медленнее, так как они более рыхлого сложения и, сле­ довательно, имеют меньший вес.

Коэффициенты дисперсности и структур­ н о с т и п о ч в ы. Вычисляются по данным микроагрегатного и механического анализов почвы.

Предложено несколько фор­ мул для вычисления:

1. «Фактор дисперсности» по Н. А. Качинскому характери­ зует степень разрушения микроагрегатов в воде и выражается процентным отношением ила (частиц [ 0,001 мм) «микроагре­ гатного» к илу «механическому»:

# = — 5.. 100%, (12) где а — количество ила в % при микроагрегатном анализе, в — количество ила в % при механическом анализе.

Пример: а = 5% к= —. 100=20% в = 25% Л 25 ш и ги/ °Чем выше фактор «дисперсности», тем менее прочна микро­ структура почвы. Для обыкновенного глинистого чернозема «фактор дисперсности» не превышает 10%, а для столбчатого горизонта солонца может быть равен 80 %.

2. «Фактор структурности» по Фагелеру характеризует водо­ устойчивость агрегатов.

Рассчитывается по формуле:

К = !=±.100, (13) где а — количество ила в % при микроагрегатном анализе;

в — количество ила в % при механическом анализе.

Если а = 5% 25-5 к = шо 80 с ши ои/0 в = 25% 25 Как видно из приведенных примеров, сумма количественных выражений «фактора дисперсности» и «фактора структурности»

равна 100%. Таким образом, зная величину одного «фактора»

легко рассчитать другой.

3. Степень агрегатности по Бэйверу и Роадесу:

К = ^1=^.100, (14) где а — количество необратимых микроагрегатов 0,05 мм при микроагрегатном анализе, в — количество механических элементов 0,05 мм при меха­ ническом анализе.

Повышение «степени агрегатности» означает улучшение водопрочности структуры. В вышерассмотренных формулах исполь­ зуются данные двух анализов — микроагрегатного и механиче­ ского.

А. Ф. Вадюниной предложена формула расчета «грануломет­ рического показателя структурности» по результатам только механического анализа.

Механические элементы при этом разделяются на активные, принимающие участие в коагуляции, и пассивные, участвующие в структурообразовании как пассивный материал.

В гумусных почвах активное участие в коагуляции прини­ мает ил и большая часть мелкой пыли. В почвах малогумусных, например подзолистых, активной частью является только ил.

Исходя из этого формулы расчета «гранулометрического по­ казателя структурности» имеют вид: для гумусных почв

Ре = ^ (15)для малогумусных почв

где а — количество ила в %;

в — количество мелкой пыли в %;

с — количество средней и крупной пыли в %.

Чем выше «гранулометрический показатель структурности», тем больше потенциальная способность почвы к оструктуриванию.

Методы определения водопрочности макроструктуры почв Метод Н. И. Саввинова. Разработан на основе методов Г. И. Павлова и А. Ф. Тюлина и является в настоящее время одним из распространенных в почвенной практике. Состоит из двух частей: 1) фракционирование почвы на ситах в воздушносухом состоянии (сухое просеивание) и 2) фракционирование на ситах в воде (мокрое просеивание). Сухим просеиванием фикси­ руется количество агрегатов того или иного размера в почве.

Мокрым просеиванием определяется количество водопрочных агрегатов, т. е. дается качественная оценка структуры по водо­ прочное™.

1. Ф р а к ц и о н и р о в а н и е почвы в воздушно-су­ хом с о с т о я н и и (сухое просеивание). Из образца почвы, до­ веденного в лаборатории до воздушно-сухого состояния, берут

Рис. 17. Набор сит для просеивания почвы

среднюю пробу до 2,5 кг1 и рассеивают на ситах с диаметрами отверстий 10, 7, 5, 3, 2, 1, 0,5, 0,25 мм. Набор сит должен иметь поддон, в котором собирается фракция 0,25 мм, и крышку для предохранения от распыления почвы при просеивании (рис. 17).

Анализируемую почву небольшими порциями помещают на верхнее, самое крупное, сито и осторожными наклонами всего набора сит рассеивают. Не следует сита сильно встряхивать. При разъединении каждое сито еще раз встряхивают осторожным постукиванием по его ребру ладонью руки, для того чтобы осво­ бодить из отверстий застрявшие в них агрегаты. Сухим просеи­ ванием почва разделяется на фракции: 1 0 мм, 10—7 мм, 7—5 мм, 5—3 мм, 3—2 мм, 2—1 мм 1—05 мм, 0,5—0,25 мм и 0,25 мм.

Каждую фракцию агрегатов отдельно собирают, взвешивают и рассчитывают ее процентное содержание. Фракцию ^ 0,25 мм В том случае, если не имеется такого количества почвы, навеска до­ пускается до 0,5 кг, но не менее.

рассчитывают по разности между взятой для анализа почвой и суммой фракции 0,25 мм. За 100% принимается вся взятая для анализа навеска. Полученные данные оформляют в таблицу и графически (см. ниже).

2. Ф р а к ц и о н и р о в а н и е п о ч в ы в в о д е и л и о п р е ­ д е л е н и е в о д о п р о ч н о с т и а г р е г а т о в (мокрое просеи­ вание). Для определения водопрочности составляют среднюю пробу в 50 г из всех фракций агрегатов, полученных при сухом просеивании. Для этого каждая фракция берется в количестве, равном в граммах половине процентного содержания ее в данной почве. Например: при содержаний в почве 22% фракции 5—3 мм для средней пробы ее берут 11 г, при содержании 15% фракции 3—2 мм берут 7,5 г и т. д.

В среднюю пробу фракцию 0,25 мм не берут (так как она будет забивать мелкие сита), в таком случае средняя проба по­ лучится меньше 50 г.

Среднюю пробу осторожно высыпают в литровый цилиндр наполненный водой на 2/3 объема. Цилиндры употребляются та­ кие же, как и для механического анализа (высота около 45 см, диаметр 7 см). Удобно работать с цилиндром без носика и с при­ тертым верхним краем.

Погруженную в цилиндр с водой почвенную пробу оставляют в покое на 10 мин. Это необходимо для того, чтобы из почвы вышел весь воздух, находящийся в агрегатах и между ними.

Для ускорения вытеснения воздуха через 1—2 мин, цилиндр доливают водой до самого верха, закрывают стеклом или проб­ кой, наклоняют до горизонтального положения и опять ставят вертикально. Это повторяют дважды.

Через 10 мин цилиндр, прикрытый стеклом или пробкой, переворачивают вверх дном и удерживают в таком положении несколько секунд, пока главная масса агрегатов не упадет вниз;

затем цилиндр вновь переворачивают и выжидают пока почва не достигнет дна. После десяти полных оборотов закрытый ци­ линдр опрокидывают над набором сит, стоящих в воде в широ­ кой цилиндрической ванне (рис. 18).

Для мокрого просеивания используют сита диаметром 20 см и высотой борта 3 см. Набор составляют из сит с диамет­ ром отверстий: 5; 3; 2; 1; 0,5; 0,25 мм, скрепленных металличе­ скими пластинками или проволочными дужками. Слой воды в ванне должен быть на 5—6 см выше борта верхнего сита.

Опрокинутый в воду цилиндр быстро открывают и плавными движениями цилиндра, не касаясь краем дна сита и не отрывая его от воды, распределяют почву по поверхности сита. Через 50—60 сек, когда все отдельности крупнее 0,25 мм упадут на сито, цилиндр в воде закрывают и вынимают. Оставшуюся в цилиндре часть фракции С 0,25 мм не сохраняют, так как она рассчитывается в дальнейшем по разности. Перенесенную на сито почву просеивают; за ручки сита медленно поднимают на о—6 см, не обнажая комков почвы на верхнем сите, и быстро опускают вниз на 3—4 см, выжидают 2—3 сек, пока комочки почвы, поднявшиеся по инерции во время опускания, не упадут на дно сита, затем опять медленно поднимают на 3—4 см и быстро опускают на ту же глубину. Так повторяют 10 раз, затем снимают два верхних сита, не вынимая всего набора из воды, а остальные встряхивают еще 5 раз и вынимают из воды.

Оставшиеся на сите агрегаты смывают струей воды из промывалки (или слабой струей из шланга, соединенного с водопро­ водным краном) сначала в боль­ шую фарфоровую чашку, из нее после удаления воды деканта­ цией, в чашку среднего размера (диаметром 15 см) и, наконец, во взвешенную малую фарфоровую чашку или алюминиевый стакан.

После отстаивания воду из чашки или стакана сливают, оставшуюся часть воды выпаривают на водя­ ной бане или электроплитке.

Содержание фракций рассчи­ тывают на воздушно-сухую или абсолютно сухую навеску. В пер­ вом случае чашки или стаканчи­ ки с фракциями после подсуши­ вания на водяной бане оставляют открытыми на воздухе и периоди­ чески взвешивают до получения Рис. 18. Установка для фракцио­ постоянного веса. Если расчет нирования почвы на ситах в воде ведут на абсолютно сухую почву, то фракции в стаканчиках с крышками высушивают в сушиль­ ном шкафу в течение 6 час и затем еще 2 час для контроля. При этом необходимо знать влажность почвы, взятой для анализа, чтобы рассчитать абсолютно сухую навеску. Для этого одно­ временно со взятием навески для просеивания берут средние пробы этой почвы для определения влажности.

Так как для определения водопрочности берут среднюю пробу в 50 г (половину процентного содержания фракций, полученных при сухом просеивании), то при расчете вес каждой фракции в граммах умножают на 2 и получают процентное содержание соответствующих водопрочных агрегатов в почве.

Наличие в почве механических элементов крупнее 0,25 мм (крупный песок, гравий и т. п.) искажает результаты агрегат­ ного анализа.

В таком случае поступают следующим образом:

после взвешивания фракцию помещают в фарфоровую чашку, заливают водой и растирают каучуковой пробкой. Разрушив агрегаты, содержимое чашки переносят на сито с диаметром отверстий, соответствующим размеру данной фракции, и промы­ вают водой. Затем подсушивают до воздушно-сухого состояния и взвешивают. Вычитая из первоначального веса фракции вес механических элементов этого размера, получают вес агрегатов, а затем пересчитывают в %.

Для каждого исследуемого образца определения производят с двойным, а в некоторых случаях и с. большим контролем.

Данные, полученные при фракционировании почвы в воздуш­ но-сухом состоянии и в воде, оформляют в виде таблицы (см. табл. 16) и графика.

При построении графика по оси абсцисс откладывают размер фракций, начиная с более крупной, по оси ординат — содержа­ ние фракций в процентах.

Вариант структурного анализа Вершинина и Ревута. Сухое рассеивание на ситах и составление средней навески в 50 г про­ изводят по методу Саввинова, затем навеску для мокрого про­ сеивания переносят на верхнее сито, закрытое фильтроваль­ ной бумагой. Набор сит с почвой устанавливают в сосуд для встряхивания, осторожно наливают воду так, чтобы над верхним ситом был слой в 10 см. Почву выдерживают в воде один час, после чего осторожно ссыпают с бумаги на сито и просеивают в воде (как это было описано выше). В этом варианте исклю­ чается замачивание и взбалтывание почвы в цилиндре.

Для определения водопрочности при полевой влажности берут образец почвы 50—100 г и анализируют так же, как и на­ веску почвы для мокрого просеивания. Чтобы иметь суждение о водопрочности структуры в зависимости от влажности, для каждой почвы можно провести анализы на водопрочность при разных степенях увлажнения, на основании данных построить Т а б л и ц а 16 Форма записи результатов

51,04 5,09 3,96 22,44 1,39 6,31 3,48 2,20 4,06 18,32 Вверху стойки смонтирован мотор на 120 или 220 в. В нижней ее части имеется штепсельная розетка для подключения прибора в электрическую сеть и кнопка для включения прибора в дей­ ствие.

Гнезда для цилиндров подвижные и посредством шатуна и шестеренок связаны с мотором. С включением мотора ци­ линдры начинают совершать качательное движение в ту и дру­ гую стороны под углом 45°. Прибор может работать на двух скоростях: одно качание в минуту и два качания в минуту. Для перевода с одной скорости на другую имеется две шестеренки разных диаметров. Обычно анализируют при скорости одно ка­ чание в минуту.

Дно цилиндра конусообразной формы, в центре имеет от­ водную трубку — «хоботок», сделанную из небьющегося стекла и градуированную на миллиметровые деления. Нижнее отвер­ стие «хоботка» закрывают резиновой пробкой. В процессе ана­ лиза в «хоботок» оседают частицы почвы меньше 0,25 мм.

Сверху цилиндр герметически закрывается навинчиваю­ щейся крышкой с резиновой или асбестовой прокладкой для предохранения от просачивания воды при работе прибора.

В центре крышки два отверстия, закрывающиеся общим навин­ чивающимся колпачком. Одно отверстие служит для выхода воздуха из цилиндра при наполнении его водой. Через второе отверстие наливается вода.

В цилиндр вставляют набор сит с диаметром отверстий 5; 3;

1; 0,5; 0,25 мм. (используют сита диаметром 10—12 см). Сита скреплены между собой, верхнее из них имеет ручку. Взяв за эту ручку и поворачивая против часовой стрелки, набор сит вводят в цилиндр или вынимают из него.

Для того чтобы поместить почву в цилиндры или вынуть из них после окончания анализа, их вынимают из гнезда прибора и устанавливают в гнезда деревянных подставок или реек, при­ меняемых для установки воронок при фильтровании.

Наличие в приборе двух цилиндров дает возможность рабо­ тать с двумя образцами. Перед началом анализа необходимо проверить работу прибора.

Х о д а н а л и з а. Среднюю пробу почвы в количестве 2—2 кг, доведенную до воздушно-сухого состояния, предварительно рас­ сеивают на ситах с диаметром отверстий 5; 3; 1; 0,5; 0,25 мм. Из полученных структурных фракций по принципу, предложенному Саввиновым составляют навеску для анализа весом 25 г. Части­ цы почвы меньше 0,25 мм в навеску не берут, во избежание за­ сорения мелких сит, но в сумму 25 г они должны входить. Одно­ временно приготовляют две средних навески для повторных определений. Проверяют работу прибора и после этого цилинд­ ры вынимают из гнезд и устанавливают на подставки. Свинчи­ вают крышки, снимают с них колпачки. В цилиндры наливают воду до половины высоты бортика верхнего сита. Поворачивая набор сит в цилиндре против часовой стрелки, удаляют воздух, который может остаться под мелкими ситами.

После этого переносят навеску почвы на верхнее сито. Ци­ линдр закрывают крышкой, в отверстие крышки наливают воду до полного заполнения цилиндра и закрывают отверстия колпач­ ком. Цилиндры вставляют в гнезда прибора, включают мотор и замечают время начала качания. Продолжительность качаний установлена в 12 мин. По окончании качаний прибор выклю­ чают, цилиндры вынимают и устанавливают на подставке. Под каждый цилиндр подставляют сосуд. Вынимают пробку из «хо­ ботка» цилиндра и воду с находящимися в ней частицами почвы меньше 0,25 мм сливают и собирают в подставленный сосуд.

Если требуется определить содержание частиц С 0,25 мм, то собранную суспензию профильтровывают и остаток высуши­ вают.

С цилиндров свинчивают крышки и вынимают сита, для че­ го следует взять за ручку сита и повернуть весь набор против часовой стрелки. Набор сит разбирают и почву с каждого сита смывают в. отдельные фарфоровые чашки или алюминиевые ста­ канчики. Для смывания можно использовать промывалку или резиновый шланг, соединенный с водопроводным краном. Не следует смывать сильной струей.

Для сбора фракции можно использовать плотные фильтры.

Фильтр (диаметром 12,5 см) помещают в воронку и предвари­ тельно смачивают водой. Под воронку с фильтром ставят стакан или другой сосуд, а над воронкой помещают большую широкогорлую воронку, через которую и переносят фракцию с сита на фильтр. Фракцию высушивают до воздушно-сухого или абсолют­ но сухого состояния и рассчитывают содержание в процентах так же, как в методе Саввинова.

Полученные результаты оформляют в виде таблицы и графи­ ка по образцу, приведенному в описании метода Саввинова.

Н е о б х о д и м о е о б о р у д о в а н и е : прибор, набор сит для сухого просеивания образца, весы технические, разновески, фарфоровые чашки, алюминиевые стаканчики или воронка и фильтры, стаканы, промывалка или каучуковая трубка, су­ шильный шкаф или водяная баня, часы.

Определение размываемости агрегатов по методу Д. Г. Виленского. Этим методом определяют водоустойчивость отдель­ ного агрегата путем действия на него капель воды.

Д. Г. Виленский сконструировал специальный прибор (рис. 20), который состоит из широкой горизонтальной трубки с отверстиями и сосуда Мариотта. К отверстиям присоединены узкие, изогнутые коленом трубки с суженным кончиком. Каждая трубка имеет два крана; верхним краном регулируют скорость вытекания воды, нижний кран служит для спуска воды. Вода по­ ступает из сосуда Мариотта в широкую трубку и вытекает каплями через отверстия узких трубок. Скорость вытекания воды принята 2 капли в секунду при объеме капель 0,03 мл.

Ниже широкой трубки, под кранами, закрепляют приспособ­ ление из двух стеклянных трубок диаметром 10 мм, соединенных металлическими обоймами так, что щель между ними равна точно 1 мм. Под трубками, против каждого крана, устанавли­ вают мерные цилиндры емкостью 100 см3.

Рис. 20. Прибор Виленского для определения водо­ устойчивости почвенных агрегатов (последней конструкции) / — резервуары для воды, 2 — спираль для закрепления агрегата, 3 — мерный цилиндр Х о д а н а л и з а. Для испытания на водоустойчивость бе­ рут 50 агрегатов определенного размера.. Рекомендуется брать среднюю по размерам фракцию 3—5 мм. Испытываемые образ­ цы помещают на трубку над щелью по одному против каждого крана. Расстояние между кончиком крана и агрегатом должно быть 5 см. Воду, использованную для размывания каждого агрегата, собирают отдельно в мерные цилиндры емкостью 100 см3 и учитывают. Размывание заканчивают, когда все части­ цы почвы прошли через щель в 1 мм. Водоустойчивость опреде­ ляют количеством воды в см3, затраченной на полное размыва­ ние одного агрегата.

Из данных по 50 агрегатам выводится средняя величина водоустойчивости фракции данного размера. Суспензия, собран­ ная в цилиндры, может быть проанализирована далее методом фракционирования на ситах и методом пипетки. Полученные ре­ зультаты позволят судить о степени разрушения агрегатов при размывании.

Определение водопрочности почвенных агрегатов в стоячей воде. Метод основан на учете количества расплывшихся поч венных агрегатов в стоячей воде в определенные интервалы времени. Он был предложен Андриановым П. И., но в настоя­ щее время значительно переработан проф. Н. А.

Качинским:

усовершенствована методика анализа и дан совершенно новый принцип расчета.

Прибор Виленского для определения механической прочности (связности) почвенных агрегатов:

/ — короткое плечо, 2 — приспособление из серег, 3 — ползунок, 4 — электро­ мотор, 5 — блок, 6 — стрелка весов, 7 — тросик из шелковой нитки, 8 — ключ О п и с а н и е п р и б о р а (рис. 24). Прибор представляет собой неравноплечие весы. На короткое плечо (1) надето при­ способление из серег (2). Нижняя серьга может подниматься или опускаться с помощью винта. Верхняя серьга подвижно под­ вешена к рычагу весов. На длинном плече помещается ползу­ нок (3), который посредством тросика — шелковой нитки (7), пе­ реброшенного через блок (5), соединен с моторчиком (4).

Х о д р а б о т ы. Для испытания берут 50 агрегатов одного размера. Испытуемый агрегат помещают на пластинку верхней серьги. Нижнюю серьгу опускают до соприкосновения с агре­ гатом. Включают моторчик, и трос натягивает ползунок. В мо­ мент разрушения агрегата стрелка весов (6) отклоняется, на­ рушается контакт. Моторчик останавливается, и ползунок авто­ матически регистрирует нагрузку, нужную для разрушения агрегата. Для 50 агрегатов рассчитывают среднюю величину механической прочности в граммах.

На приборе можно определить сопротивление агрегата раз­ давливанию и расклиниванию. Для расклинивания — на пла­ стинке серег закрепляют равностороннюю стальную призму.

В любой лаборатории для определения механической проч­ ности можно использовать техно-химические весы на 1 кг. Для этого одну чашку весов заменяют равным ей по весу и диаметру диском (из пластмассы или алюминия), к платформе весов над диском прикреплена металлическая скоба. Сверху в центре ско­ бы и над центром нижнего диска пропущен винт с нарезкой, на нижнем конце которого закреплен диск диаметром 2—3 см.

Поверхности нижнего и верхнего диска должны быть строго параллельны. Агрегат помещают на нижний диск. Верхний диск с помощью винта опускают до соприкосновения с агрега­ том. Открывают весы и на противоположную чашку их ставят гири или насыпают песок до разрушения агрегата.

воздуха парафин охлаждают до 70—80° и «блюдце» с агрега­ тами извлекают из парафина.

Остывшие агрегаты отделяют от дна «блюдца» вместе с парафиновой корочкой и переносят на теплую этернитовую плитку, покрытую фильтровальной бумагой. Здесь агрегатики осторожно перекатывают по бумаге до удаления с их поверхно­ сти парафиновой пленки. Для перекатывания удобно использо­ вать стеклянную палочку с резиновым наконечником, заострен­ ным наподобие пера.

Правильно зафиксированные агрегаты не должны иметь незаполненных пор и парафиновой пленки на поверхности. Запарафинированные агрегаты взвешивают сначала на воздухе, а затем в этиловом спирте. Взвешивание агрегатов в спирте производят в специальном стаканчике. Стаканчик имеет сужен­ ное дно, обтянутое батистом или тонкой металлической сеткой для того, чтобы спирт, свободно входил в стакан. В верхней части стаканчика имеются крючечки, за которые на проволочке его подвешивают над чашкой весов. Сначала взвешивают в спирте пустой стаканчик, а затем с агрегатами. Стаканчик с агрегатами полностью погружают в стакан со спиртом, установ­ ленный на столике, как было описано выше и видно на рис. 25.

Он не должен касаться стенок и дна большого стакана и выхо­ дить за пределы поверхности спирта при поднятии.

Порядок расчета порозности мелких агрегатов такой же, как для агрегатов крупных.

Порозность агрегата свыше 50% считается наилучшей, 50— 45 хорошей, 45—40 — удовлетворительной и меньше 40% —не­ удовлетворительной.

Агрегаты черноземной почвы имеют наилучшую и хорошую порозность, даже в иллювиальном горизонте она не бывает ни­ же 40%. В подзолистой почве порозность в агрегатах горизонта А не поднимается выше удовлетворительной. В иллювиальном горизонте — неудовлетворительная. Агрегаты солонца имеют порозность неудовлетворительную.

Метод микроскопирования. Данный прием в исследовании почвенного агрегата позволяет, помимо прямого подсчета пор, дать качественную оценку порозности (внутри агрегата). Для этой цели из почвенных агрегатов готовят тонкие шлифы. Под микроскопом с помощью микро­ метра в них можно определить размеры пор и подсчитать общую площадь порового пространства, зарисовкой или фотографирова­ нием зафиксировать их конфигу­ рацию. Шлифы можно использо­ вать также для определения мине­ ралогического состава образца.

На рис. 26 приведена зарисов­ ка шлифа почвенного агрегата горизонта А дерново-подзолистой почвы под микроскопом.

И з г о т о в л е н и е шлифа. Масштад (6 мм) Прежде чем приступить к подго­ 0 02 Ф 0# 0$ 1 V 1,4 V товке шлифа, агрегат закрепляют Толщина шлира ОМ мм (фиксируют), для этого его про­ Рис. 26. Шлиф почвенного агрегата варивают в фиксаторе. В качестве (дерново-подзолистая почва, гори­ фиксирующих веществ применяют зонт А) канифоль, бакелитовый лак, неко­ 1 — поры, 2 — твердая фаза почвы, торые пластмассы. Иногда, чтобы 3, 4 — минералы ‘ не изменить нагреванием иссле­ дуемый материал, применяют холодные цементы: гипс, зубной цемент. Для наклейки зафиксированного агрегата на стекло используют бальзамы — пихтовый и канадский.

Шлифы можно готовить из крупных и мелких агрегатов.

В последнем случае фиксируют вместе несколько агрегатов.

При работе с расплавленными фиксаторами следует строго со­ блюдать осторожность: работать в вытяжном шкафу и иметь вблизи противопожарные средства.

Изготовление шлифа из крупных агрегатов. Агрегаты берут размером 10—12 мм. Чтобы сохранить целостность агрегатов, особенно в случае рыхлого сложения, перед проваркой их, по отдельности или все вместе, обвязывают марлей (батистом).

Чаще всего в качестве фиксатора применяют канифоль.

Чтобы получить жидкую консистенцию, ее растворяют в органи­ ческом растворителе: ксилоле (лучше), бензоле, толуоле. Для этого твердую канифоль мелко измельчают, заливают раствори­ телем и через некоторое время осторожно подогревают на малом огне до полного растворения.

Погружение агрегатов в расплавленный фиксатор следует производить постепенно, давая возможность фиксатору заполнить капилляры. После этого образцы полностью погружают в раствор и проваривают в нем до полного прекращения выде­ ления пузырьков воздуха. Время проваривания определяется консистенцией фиксатора и порозностью агрегата. Для провари­ вания тонкопористых агрегатов требуется фиксатор жидкой консистенции. Проваренные образцы вынимают из фиксатора, охлаждают, отделяют от марли и шлифуют на шлифовальном станке при скорости вращения диска 500—600 об\мин. Первое шлифование производят грубым корундовым порошком (№ 170—180). Порошок подают на диск разведенным водой или глицерином до жидкой кашицы. Сначала образец готовят для наклейки на стекло, поэтому шлифуют пока одной стороной до получения ровной поверхности. После этого отшлифованную поверхность отмывают щеткой в глицерине, насухо протирают и снова проваривают в фиксаторе в сушильном шкафу или на этернитовой плитке. Вновь шлифуют на шлифовальном станке, но уже с тонким порошком (28-минутником).

Эти операции повторяют до тех пор, пока агрегат полностью зацементируется.

После цементации отшлифованную поверхность агрегата выравнивают на толстом матовом (отшлифованном) стекле еще более тонким порошком корунда (14—10-минутником), чисто промывают и просушивают.

Подготовленный таким образом агрегат наклеивают пихто­ вым или канадским бальзамом отшлифованной стороной на пред­ метное стекло. Чистое и сухое предметное стекло кладут на подо­ гретый металлический столик, намазывают твердым пихтовым или канадским бальзамом и подогретым накладывают на отшли­ фованную поверхность агрегата. Тщательно притирают, чтобы удалить пузырьки воздуха. После закрепления агрегата на стекле шлифуют другую его сторону на шлифовальном станке сначала грубым корундовым порошком (№ 170—180), затем более тон­ ким — 28-минутником и, наконец, на стекле порошком 14—10-ми­ нутником доводят до толщины 0,02—0,03 мм.

Контроль за толщиной шлифа ведут с помощью поляризаци­ онного микроскопа по окраске кварца. При толщине шлифа 0,02—0,03 мм интерференционная окраска кварца при скрещен­ ных николях бледно-серая.

Шлиф накрывают вышеописанным способом чистым и сухим покровным стеклом. Двигая и слегка прижимая стекло к шлифу, удаляют пузырьки воздуха и излишки бальзама. После затвер­ дения эти излишки снимают подогретой бритвой. Шлиф промы­ вают спиртом или ксилолом со щеткой. На этом приготовление шлифа заканчивают и его используют для микроскопического изучения строения почвенного агрегата.

Изготовление шлифа из мелких агрегатов. Берут отрезки стеклянной трубки диаметром и высотой 10 мм. Помещают на подогретый металлический столик. После нагревания трубочек в них наливают разогретый фиксатор жидкой консистенции и опускают несколько мелких агрегатиков, распределяя их по всему диаметру трубки. Нагрев столика прекращают. Трубочки с содержимым охлаждают и после полного затвердения фикса­ тора их легко отбивают от столика. Получают монолитик, заклю­ ченный в стеклянную оправу. Сначала шлифуют и выравнивают поверхность одного конца монолитика до снятия части поверх­ ности агрегатов. После наклейки на стекло шлифуют другой конец — до получения шлифа толщиной 0,02—0,03 мм.

Приемы шлифования, наклейки и покрытия шлифа такие же, как при изготовлении шлифов из крупных агрегатов.

Техника п о д с ч е т а п л о щ а д и п о р о в о г о про­ с т р а н с т в а в ш л и ф а х п о д м и к р о с к о по м. Микро­ скопическим методом возможен учет видимой порозности, т. е. таких пор, которые значительно превосходят толщину шлифа или расположены нормально к его поверхности.

Существует несколько методов подсчета площадей: планиме­ трический, линейный, точечный, суммарного фотоэффекта. Для дробного учета пор в шлифах наиболее удобен планиметрический метод, который может быть применен в различных вариантах (клеточный метод, метод зарисовки, метод увеличенных фото­ графий и метод проекции шлифа).

Клеточный метод. С помощью квадратно-сетчатого окулярмикрометра подсчитывают количество клеток (квадратов), накладывающихся на просматриваемый объект. Поры про­ сматривают при малом увеличении (не более 120). Сначала под­ считывают общую площадь шлифа, а затем площадь пор.

Принимая общую площадь шлифа за 100%, рассчитывают площадь пор в процентах. Одновременно отмечают видимую порозность (крупные поры). Вычитая из общей порозности агрегата площадь крупных пор, рассчитывают площадь осталь­ ных пор.

Метод зарисовки можно использовать для определения раз­ мера пор. С помощью рисовального аппарата РА-1 при малом увеличении микроскопа воспроизводят строение шлифа на ри­ сунке. Планиметром измеряют площадь пор на рисунке и, зная степень увеличения, рассчитывают размер пор в агрегате.

Метод фотографирования в сочетании с проекционным мето­ дом является одним из наилучших приемов подсчета пор, Он заключается в следующем: при помощи микрофотографиче­ ской камеры фотографируют несколько участков шлифа на соот­ ветствующее количество кадров кинопленки. После проявления пленки, каждый кадр проектируют на квадратно-клеточный экран. Подсчитывают общую площадь порового пространства шлифа и определяют размеры и характер пор.

Коллоидно-химический и микроскопический анализ почвенных агрегатов. Для выяснения природы почвенных агрегатов, харак­ тера связи механических элементов в них, группой авторов — И. Н. Антипов-Каратаев, В. В. Келлерман и Д. В. Хан — пред­ ложен коллоидно-химический метод анализа, или метод «анато­ мирования» почвенного агрегата.

Он основан на последовательном нарушении связей межд\ механическими элементами, образующими агрегат, воздействуя на него химическими реагентами с постепенно увеличивающейся силой воздействия. Обработку агрегата проводят в 4 стадии.

В качестве реагентов применяют буферный раствор 0,1 н.

ЫаОН + 0,1 н. N320204, реактив ‘Гамма и гипробромит натрия.

Параллельно с обработкой на разных стадиях ведут микроско­ пическое изучение с зарисовкой и микрофотографированием исследуемых агрегатов.

Х о д а н а л и з а. Берут образец почвы весом 200—300 г и мокрым просеиванием разделяют на фракции: 5, 5—3, 3—2, 2—1, 1—0,5, 0,5—0,25 и -0,25 мм. Фракции собирают в фарфо­ ровые чашки и высушивают в сушильном шкафу при темпера­ туре не выше 40°С. После высушивания каждую фракцию еще раз просеивают на ситах соответствующего размера. Из приго­ товленной фракции обычным путем берут среднюю пробу, поме­ щают на часовое стекло, просматривают под поляризационным микроскопом при увеличении в 30—50 раз и описывают внешние признаки агрегата: форму, поверхность, характер граней, окраску, пористость и трещиноватость, степень покрытостн минеральными зернами.

Из средней пробы отбирают 50—100 агрегатов. В учебных целях можно ограничиться предварительным отбором 50 агре­ гатов и окончательным — для обработки — 10—20, в научных целях рекомендуется брать предварительно 100 и окончательно 50 агрегатов (наиболее типичных для данной фракции) и вто­ рично испытать на водоустойчивость. Для этого отобранные агрегаты укладывают раздельно на стекло, покрытое фильтро­ вальной бумагой, концы которой опущены в воду. Вода посте­ пенно смачивает агрегат. После смачивания подачу воды пре­ кращают. Агрегаты подсушивают на воздухе и вновь просматри­ вают под микроскопом. Для коллоиднохимического анализа отбирают 10—20 (до 50) агрегатов, сохранившихся целыми и после второго испытания на водоустойчивость. Каждый агрегат отдельно помещают на часовое стекло и подвергают обработке Первую обработку делают буферным раствором 0,1 н.

ЫаОН + 0,1 н. Ыа2С204 (соотношение реактивов 1:4). При этой обработке с агрегата удаляется свободное и рыхло связанное органическое вещество.

На часовое стекло рядом с агрегатом пипеткой опускают 2—3 капли раствора. Количество капель зависит от размера агрегата. Подача реактива малыми дозами-каплями предохра­ няет агрегат от механического разрушения.

Взаимодействие раствора с агрегатом продолжается 2—3 час.

Затем раствор удаляют осторожным отсасыванием его пипеткой с хорошо оплавленным капилляром. Конец пипетки плотно при­ жимают к часовому стеклу, чтобы при отсасывании не удалить вместе с раствором и микроагрегаты или механические элемен­ ты, отделившиеся от агрегата.

После удаления первой порции раствора подают новую пор­ цию его и так до тех пор, пока при взаимодействии реактива с агрегатом окраска раствора станет бесцветной. На этом обра­ ботку заканчивают — все свободные и рыхло связанные гумусо­ вые вещества переводят в раствор и удаляют. Число обработок может колебаться от 12 до 18 для фракций 5 и 3—2 мм и от 6 до 7 — для фракций 2—1 и 0,25 мм.

Остатки раствора смывают водой. Для этого на стекло капают несколько капель воды, которую затем снимают фильтровальной бумагой. Отмывку водой продолжают до нейтральной реакции.

После удаления последней порции воды агрегат подсушивают при комнатной температуре. Из всех* обработанных агрегатов отбирают несколько для изучения под микроскопом, остальные подвергают дальнейшей обработке.

Микроскопическое изучение агрегата рекомендуется про­ водить в четыре приема:

1. Описывают общий вид поверхности агрегата: его окраску, характер распада (для фракций 3 мм при увеличении в 30 и при увеличении в 50 раз для фракций 3 мм).

2. При увеличении 540 (в сухом виде) описывают поверхность микроагрегатов или тонких срезов с их поверхности: равномер­ ность окраски, взаимоотношение между минеральной частью почвы, степень покрытости минеральных зерен «плазмой».

3. Изучают агрегат аналогично предыдущему, только в иммерсионной жидкости (касторовое масло).

4. Описывают при увеличении 1200 в иммерсионной жидкости поверхности минеральных зерен, плазмы и их взаимоотношения.

При микроскопировании делают схематические зарисовки.

Вторая обработка заключается в переводе в растворимое состояние и удаление подвижных полуторных окислов действием реактива Тамма при рН, равном 3,20—3,27.

Раствор готовят следующим образом: на 4 л воды берут 25,22 г (СООН) 2 -2Н 2 0 и 49,62 г (НН4СОО)2.

Техника обработки та же, что и в первом случае. Количество обработок может достигать 20—30. Так как раствор остается бесцветным, конец обработки определяют по качественной реак­ ции на Ре. После полного удаления Ре и А1 агрегаты промывают водой до нейтральной реакции и высушивают. Несколько агрега­ тов отбирают для изучения под микроскопом, остальные подвер­ гают дальнейшей обработке.

Третья обработка — вторичное воздействие буферного рас­ твора. В раствор переводят органическое вещество, освобожден­ ное после удаления подвижных полуторных окислов.

Выделение органического вещества при этой обработке происходит быстрее, и интенсивность окраски раствора с каждой новой порцией его резко падает. Количество обработок может колебаться от 5 до 15 в зависимости от характера исследуемой почвы.

По получении бесцветного раствора агрегат промывают во­ дой, высушивают и изучают под микроскопом, как в предыдущих случаях.

Четвертая обработка — медленное окисление гипробромитом натрия нерастворимой фракции органического вещества («гумина»), прочно связанного с минеральной частью почвы и удержи­ вающего первичные элементы в микроагрегатах. Приготовление раствора гипробромита натрия: 2,5 г брома растворяют в 100 мл 1 н. ЫаОН, взбалтывают и оставляют стоять на 2 час; затем до­ бавляют еще 100 мл 1 н. ЫаОН и оставляют на ночь. Утром раствор используют. На часовое стекло с агрегатом капают 1—3 капли раствора, а затем раствор удаляют. Удалять раствор нужно очень осторожно, так как почва сильно диспергирована.

Забрав раствор пипеткой, дают ему некоторое время отстояться и с конца пипетки спускают осадок обратно на стекло, а прозрачную часть раствора удаляют.

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОГО ВЕСА

И ПОРОЗНОСТИ ПОЧВЫ

Удельным весом почвы называют отношение ее веса к весу равного объема воды при 4°С.

Почва представляет собой сложное тело, состоящее в основ­ ном из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной.

В зависимости от того, в каком сочетании определяют удельный вес, различают три понятия удельного веса почвы:

1. Удельный вес твердой фазы почвы (твердая фаза) — й.

2. Удельный вес скелета почвы, или объемный вес (твердая и газообразная фазы) — йь.

3. Удельный, или объемный, вес почвы в естественном ее со­ стоянии (твердая, жидкая и газообразная фазы) — д.

УДЕЛЬНЫЙ ВЕС ТВЕРДОЙ ФАЗЫ ПОЧВЫ

Под удельным весом твердой фазы почвы понимают отноше­ ние веса твердой фазы почвы (почвы без скважин) определен­ ного объема к весу воды того же объема при 4°С.

Наглядно это можно представить следующим образом: если взять кусочек высушенной почвы и спрессовать его таким обра­ зом, чтобы не было скважин, то отношение веса взятой почвы к весу воды того же объема и есть удельный вес твердой фазы почвы.

Величина удельного веса твердой фазы почвы зависит от ее химического и минералогического состава и определяется сред­ ней величиной удельных весов веществ, составляющих данную почву, и их относительным содержанием.

В состав минеральной части почвы, в качестве основных ми­ нералов, входят кварц, полевые шпаты, глинные минералы, имеА. Ф Вадюнина, 3 А. Корчагина ющие удельный вес в пределах 2,40—2,80 (см. табл. 19)- Реже встречаются железосодержащие минералы с удельным весом до 4.

Таблица 19 Состав и удельный веС некоторых минералов

Удельный вес гумуса — 1,20—1,40. Поэтому в почвах малогумусных и в нижних горизонтах гумусных почв удельный вес колеблется в пределах 2,60—2,80 и до 3,00 — в красноземных почвах. Чем почва или горизонт богаче гумусом, тем меньше удельный вес твердой фазы (2,40—2,50).

Таким образом, удельный вес твердой фазы косвенно харак­ теризует химический состав почвы Знание удельного веса твердой фазы почвы необходимо для расчета порозности почвы, а также при производстве механи­ ческого анализа —для расчета скорости падения частиц по фор­ муле Стокса.

Определение удельного веса твердой фазы почвы Удельный вес твердой фазы почвы чаще всего определяется пикнометрически. Принцип пикнометрического метода заклю­ чается в определении объема воды или инертной жидкости, соот­ ветствующего объему почвы, взятой для анализа.

Пикнометр — мерный сосуд, позволяющий учитывать объем жидкости с большой точностью. Пикнометры могут быть различ­ ной величины и формы. Примером грубого пикнометра может служить простая мерная колба.

На рис. 27 представлены наиболее распространенные в прак­ тике типы пикнометров. Обычно используют пикнометры объе­ мом 100 и 50 см3, в геологической практике при определении удельного веса редких минералов используют микропикнометры.

Наиболее удобным мы считаем пикнометр, пред­ ставленный на рис. 27, а.

Объем пикнометра равен 100 см3 при высоте 8 см и диаметре — 4 см. Хоро­ шо притертая массивная пробка имеет тонко-капил­ лярное отверстие, через которое удаляется избы­ ток жидкости при напол­ нении пикнометра. Этим обеспечивается точность в работе. Рис. 27. Пикнометры для определения удельного веса твердой фазы почвы При определении удель­ ного веса твердой фазы незаселенных почв используют дистиллированную воду без СОг.

Удельный вес твердой фазы засоленных почв, содержащих легко растворимых солей свыше 0,5%, определяют в неполярных жидкостях (бензол, бензин, толуол, ксилол, керосин).

Ряд исследователей (Цункер, А. В. Думанский, М. В. Чапек и др.) считают, что удельный вес твердой фазы почв вообще сле­ дует определять не в воде, а в неполярных жидкостях, так как с водой пол> чают завышенные результаты вследствие сжатия системы почва-вода. Жидкости адсорбируются гидрофильными порошками (к которым относится и почва) прямо пропорцио­ нально их диэлектрической постоянной. Вода, диэлектрическая постоянная которой равна 81, сильнее адсорбируется почвой, чем неполярные жидкости, имеющие диэлектрическую постоян­ ную, равную 2. Адсорбируясь, вода сжимает почвенную частицу, следовательно, уплотняет ее, в результате уменьшается объем, занимаемый почвой.

Исследования, проведенные в лаборатории кафедры физики и мелиорации почв МГУ, по сравнению влияния различных жид­ костей на величину удельного веса твердой фазы почвы, также показали завышение результатов при применении воды. Влия­ ние применяемых жидкостей сказывается на почвах тяжелого механического состава и гумусных и не сказывается на пес­ чаных.

Несмотря на это, использование неполярных жидкостей для 7* определения удельного веса твердой фазы вообще не рекомен­ дуется, так как это будет отступлением от естественных условий.

Их применяют только для засоленных почв, чтобы избежать рас­ творения легко растворимых солей.

Приводимая ниже методика определения удельного веса твердой фазы почвы, разработанная проф. Н. А- Качинским, наи­ более часто применяется в практикеАнализ состоит из следующих операций: 1) определение

•объема пикнометра, 2) подготовка почвы к анализу и 3) опреде­ ление удельного веса твердой фазы.

Определение объема пикнометра. Пикнометр чисто моют, ополаскивают дистиллированной водой и высушивают в сушиль­ ном шкафу при температуре не выше 60°С. Можно также опо­ лоснуть его этиловым спиртом или эфиром и просушить с по­ мощью воздуходувки или каучуковой груши. Сухой пикнометр вместе с пробкой взвешивают с точностью до 0,001 г. Вес его за­ писывают. При определении объема пикнометра, а также при определении удельного веса незасоленнои почвы используют дистиллированную воду, из которой удален воздух. Воду готовят заранее. В колбе емкостью 2—3 л дистиллированную воду кипя­ тят в течение 2 час. В горячем состоянии ее переливают в прогре­ тые склянки (доверху) и закрывают пробками с хлоркальцевыми трубками, наполненными натронной известью. Хранить про­ кипяченную воду удобнее в склянках большого объема (2—3 л), а при работе использовать склянки меньшего объема (500 см3).

Этой водой наполняют и капельницу.

Пикнометр следует держать в кристаллизаторе или в дере­ вянном лотке с гнездами и меньше касаться его руками. Если необходимо взять пикнометр, нужно завернуть его в полотенце и брать двумя пальцами за горло.

Для определения объема пикнометр наполняют прокипячен­ ной дистиллированной водой почти доверху, т. е. так, чтобы при закрытии пробкой из капилляра вышло 1—2 капли воды, закры­ вают пикнометр пробкой, которая тщательно притирается. Под пробкой и в капилляре не должно быть пузырьков воздуха. За­ писывают температуру воды.

Пикнометр тщательно вытирают сухим полотенцем, ставят в сухой кристаллизатор и переносят в весовую комнату. Через 20—25 мин взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,001 г.

Объем пикнометра рассчитывают по формуле:

где V — объем пикнометра в см3;

а1 — вес пикнометра с водой;

а — вес сухого пикнометра;

^ — плотность воды при данной температуре.

Наполнение пикнометра и расчет объема необходимо производить 2—3 раза и за окончательный результат принимать сред­ нее из всех определений.

После определения объема воду из пикнометра выливают, его высушивают, как было описано выше, и используют для определения удельного веса твердой фазы почвы.

Подготовка почвы для анализа. Из коробочного образца воздушно-сухой почвы берут среднюю пробу 150—200 г. Из поч­ вы удаляют сор, крупные корни отбирают и сохраняют.

Ортштейны, журавчики и прочие закономерно встречающиеся включения оставляют в ней. Пробу растирают в ступке и просеи­ вают через сито с диаметром отверстий в 1 мм.

Измельчение в ступке и просеивание следует повторять до тех пор, пока вся проба почвы не пройдет сквозь сито. Если на сите остается гравий (частицы размером 1—3 мм), его измельчают в металлической ступке и смешивают с мелкоземом. Отобранные крупные корни режут ножницами на мелкие кусочки (2—3 мм) и также смешивают с мелкоземом. Подготовленный таким обра­ зом образец тщательно перемешивают и сохраняют в закрытой стеклянной банке, картонной коробке или пакетике с соответ­ ствующей этикеткой.

Определение удельного веса твердой фазы почвы, а) Опреде­ ление удельного веса твердой фазы, незаселенных почв. Из под­ готовленного образца почвы берут средние пробы: в пикномет­ ры— для определения удельного веса твердой фазы — 8—10 г и в сушильные стаканчики для определения влажности — 4—5 г.

После взвешивания сушильные стаканчики с почвой помещают в сушильный шкаф и высушивают почву при температуре 105°С до постоянного веса. Рассчитывают гигроскопическую влажность в % (см. гл. V), которую используют при расчете абсолютно сухой навески, взятой для анализа.

Пикнометры с почвой взвешивают, наливают в них дистил­ лированную воду в таком количестве, чтобы после смачивания почва была покрыта слоем воды в 3—5 мм. Осторожно переме­ шивают почву с водой (не размазывая по стенкам пикнометра).

Пикнометры оставляют открытыми на 10—12 час. Чем лучше бу­ дет смочена почва, тем меньше адсорбированного воздуха оста­ нется на поверхности ее частиц, тем, следовательно, точнее бу­ дут результаты. С этой же целью производится и последующая операция: через 10—12 час пикнометры открытыми ставят в пу­ стой эксикатор с тубусом, из которого с помощью насоса отка* чивают воздух до внутреннего давления в 160 мм. В разрежен­ ном эксикаторе пикнометры выдерживают в течение часа. За это время воздух из воды и почвы почти весь удаляется. Через час в эксикатор впускают воздух (открыть кран), пикнометры вынимают и доливают доверху дистиллированной водой без С0 2.

Постукивая пальцем или карандашом по стенкам пикномет­ ра, удаляют остатки воздуха из почвы. Пузырьки, застрявшие в горле пикнометра, разбивают механически с помощью тонкой стеклянной палочки или металлической проволочки, а сохранив­ шиеся и после этого пузырьки могут быть удалены прибавле­ нием 1—2 капель эфира. Всплывшие корешки быстрым враще­ нием тонкой стеклянной палочки или проволочки ввинчиваются во внутрь жидкости. Пикнометр закрывают пробкой, обтирают сухим полотенцем. В кристаллизаторе или в специальном лотке с гнездами переносят в весовую комнату и через 20—25 мин взвешивают.

При отсутствии вакуумной установки для удаления воздуха применяют часовое кипячение (час с момента начала кипения).

В таком случае после 10—12-часового смачивания почвы в пик­ нометр наливают дистиллированную воду до у объема и ставят его на песчаную или этернитовую плитку. При этом необходимо следить за пикнометрами и не допускать бурного кипения.

После часового кипячения пикнометр и его содержимое охлаждают и доливают водой доверху. Дальнейшие операции те же, что и в случае применения разрежения.

Расчет удельного веса твердой фазы почвы производят по формуле:

р 1-100 л- /19) где й — удельный вес твердой фазы почвы;

Рг — вес воздушно-сухой почвы в граммах;

V — объем почвы в см3;

1^2 — влажность образца почвы.

Для наглядности приводим ход расчета:

Вес пикнометра а Вес пикнометра -|- воздушно-сухая почва. а-\-Р1 Вес воздушно-сухой почвы в пикнометре.. Р 1 = (а -(- Рх) — а Гигроскопическая влажность в % Вес абсолютно сухой почвы в пикнометре. Р = гю. 1Г/ Вес пикнометра -\- абсолютно сухая почва. Р2 — а-^Р Вес пикнометра 4- почва -\- вода Р3 Вес долитой воды Р 3 — Рг Температура долитой воды Г Плотность долитой воды И Р р Объем долитой воды Уг = — ^ — Объем пикнометра Объем почвы в пикнометре V = У2 — Уг Р Р_ Удельный вес твердой фазы почвы й = -гГ V Расчет производят с точностью до 0,01.

Для верхних почвенных горизонтов определение удельного веса твердой фазы повторяют 3 раза, а при наличии большого количества корней — 5 раз. Для нижних горизонтов до­ пускается —2 раза. Расхождение в контрольных определениях не должно превышать 0,02.

б) Определение удельного веса твердой фазы в засоленных почвах. При определении удельного веса твердой фазы засолен­ ных почв, содержащих легко растворимых солей свыше 0,5%, вместо воды применяют инертные жидкости — бензол, бензин, толуол, ксилол и др. Это вызывается тем, что вода растворяет соли и поэтому получаются неверные, завышенные результаты.

При применении инертных жидкостей анализируемый обра­ зец не должен содержать воду, поэтому его предварительно вы­ сушивают в сушильном шкафу при температуре 105°С. Затем из сушильного стаканчика образец через воронку с длинной труб­ кой (доходящей до дна пикнометра) быстро переносят в пик­ нометр. Закрытый пробкой пикнометр с почвой взвешивают.

Почву в пикнометре заливают инертной жидкостью, слоем в 5—10 мм, и оставляют на 10—12 час для вытеснения воздуха.

Затем помещают на час в вакуум и после этого пикнометр запол­ няют жидкостью доверху, закрывают пробкой, вытирают поло­ тенцем и немедленно взвешивают. Все операции по наполнению пикнометра жидкостью производят в весовой комнате, где хра­ нится и жидкость. Это ускоряет процесс работы, а следователь­ но, повышает точность, так как органические жидкости быстро испаряются.

Применяемая жидкость должна быть чистой. Необходимо учитывать изменение удельного веса ее в соответствии с измене­ нием температуры.

В случае отсутствия данных по удельному весу жидкости его определяют. Для этого пикнометр наполняют данной жидкостью и взвешивают. Поделив вес жидкости на объем пикнометра, вы­ числяют удельный вес жидкости при данной температуре. Вы­ числение удельного веса почвы при работе с инертной жидкостью производят так же, как и при работе с водой.

Ниже приводится форма записи и порядок вычисления при определении удельного веса твердой фазы почвы (табл. 20 и 21).

Н е о б х о д и м о е о б о р у д о в а н и е. Пикнометры объ­ емом 100 см3 или 50 см3 с притертыми пробками; стеклянные сушильные стаканчики; эксикатор с тубусом для разрежения, эксикатор с СаС12 для хранения навесок почвы после высушива­ ния; колба объемом 2—3 л для кипячения воды; бутыли или колбы объемом 2,1 и 0,5 л для хранения прокипяченной воды; ка­ пельницы для воды, спирта, эфира; фарфоровая ступка и пестик с каучуковым наконечником, металлическая ступка; сито с ди­ аметром отверстий в 1 мм; большой кристаллизатор или дере­ вянный лоток с ячейками для переноски пикнометров; стеклян­ ная пластинка для взятия средней пробы; пинцет; роговая или металлическая ложечка; ножницы; стеклянная палочка; поло­ тенце; сушильный шкаф; весы аналитические с разновесом; на­ стольная воздуходувка или груша для продувания пикнометра.

УДЕЛЬНЫЙ ВЕС СКЕЛЕТА ПОЧВЫ

Удельным весом скелета почвы называется отношение веса абсолютно сухой почвы в ненарушенном состоянии (со скважи­ нами) определенного объема к весу воды того же объема при 4°С (в данном случае речь идет о твердой и газообразной фазах почвы). Эту величину называют также объемным весом. Числен­ но они равны, но следует различать, что удельный вес скелета почвы — величина отвлеченная, а объемный вес — величина име­ нованная — вес почвы в единице объема, напр., г/см3, кг/л и т. п.

Удельный вес скелета почвы необходим для решения ряда практических задач: вычисления порозности (скважности) поч­ вы; вычисления веса почвенных напластований при расчетах за­ пасов воды, питательных веществ, при учете объема земляных работ. По удельному весу скелета верхних горизонтов можно судить об окультуренности почвы.

Величина удельного веса скелета почвы зависит от механи­ ческого состава, структурности, сложения почвы и изменчива как в пространстве, так и во времени, особенно для верхних горизон­ тов. Определение удельного веса скелета почвы нужно проводить по генетическим горизонтам, приурочивая к их середине. Пахот­ ный горизонт характеризуется более подробно — по всей его глубине— (с поверхности, с 10 см и глубже). Для взятия образ­ цов по глубинам подготовляют площадки на одной из сторон почвенного разреза (см. рис. 1).

Для определения удельного веса скелета почвы предложено несколько методов и приборов, основанных на разных принци­ пах. Наиболее известны буровой, фиксажный, вазелиновый, пес­ чаный методы, а также метод, где определение ведется с по­ мощью жидкостей.

Буровой метод основан на взятии образца почвы в ненару­ шенном сложении с помощью цилиндра-бура определенного объема. В настоящее время имеется много вариантов буров. Не­ которые из них имеют определенное целевое назначение: бур для взятия образцов торфяных почв, лесной подстилки и т. п.

Фиксажный метод основан на применении различных ве­ ществ (парафин, спермацет, бакеллит, некоторые смолы и т. п.), фиксирующих взятый образец почвы. Объем образца опре­ деляется количеством вытесненной им жидкости или гидростати­ ческим взвешиванием.

Методы вазелиновый и песчаный основаны на измерении объема взятой почвы с помощью сыпучих или жидких веществ.

Образец почвы при этом берут буром или ножом без сохранения его естественного сложения. Вес взятого образца определяют взвешиванием, а объем — заполнением образовавшейся пустоты после взятия образца, сыпучим или жидким веществами.

Определение удельного веса скелета почвы буровым методом.

Наиболее распространен метод и прибор, разработанные Н. А. Качинским.

О п и с а н и е п р и б о р а (рис. 28). Прибор состоит из сталь­ ных цилиндров-буров объемом около 100 (2) и около 500 смъ (!) для взятия образца почвы с ненарушенным строением; направителя (3) для вертикального погружения цилиндров (малых) в почву; шомпола (4) для вдавливания цилиндра в почву;

молотка (5) для забивания цилиндра в случае взятия образца из уплотненного горизонта; ножа (6), лопаточки (7) и совка (8) для выемки цилиндра с почвой и удаления излишков почвы, алю­ миниевых банок с крышками (9, 10) для хранения взятого поч­ венного образца.

Цилиндры-буры для взятия образца почвы в данном приборе низкие, но широкие. Диаметр режущей части цилиндра делается на 1 мм меньше остальной его части. То и другое обеспечивает взятие образца без прессования. Примерные размеры цилиндрабура малого: высота АО мм, диаметр режущей части — 56 мм, диаметр остальной части — 57 мм. При объеме цилиндра-бура около 500 см3 высота его 80 мм, диаметр режущей части — 87 мм, диаметр остальной части — 88 мм.

Большой цилиндр-бур используют для взятия образца из рыхлого пахотного горизонта. Малым цилиндром-буром берут образцы из уплотненных горизонтов. Определения можно прово­ дить и одним малым буром по всем горизонтам, в таком случае необходимо увеличить контроль в работе.

Цилиндр погружают в почву с помощью направителя и шом­ пола. Направитель представляет собой колодку из прочного де­ рева с цилиндрическим отверстием в середине такой же высоты, как и цилиндрическая часть шомпола Шомпол имеет диаметр, равный внешнему диаметру цилиндра. Изготовляют его из креп­ кого дерева; для прочности его цилиндрическую часть заклю­ чают в металлическую оправу.

Т е х н и к а р а б о т ы. На подготовленную ровную поверх­ ность почвы устанавливают направитель. В отверстие направи­ теля вкладывают цилиндр, стенки которого предварительно слегка смазывают вазелином. С помощью шомпола цилиндр погружают в почву. Как только шомпол войдет в отверстие на­ правителя до плечика, цилиндр будет погружен в почву на пол­ ную глубину. В тех случаях, когда образец берется на сухих и плотных почвах, по головке шомпола ударяют деревянным молотком (следует избегать резких ударов).

После погружения цилиндра в почву на всю глубину снимают направитель и, закрыв цилиндр шомполом, окапывают вокруг его ножом или лопаточкой. Затем почву под цилиндром подре­ зают таким образом, чтобы с нижней стороны оставался некото­ рый излишек ее.

Не отнимая шомпола, цилиндр поднимают, переворачивают и острым ножом обрезают почву вровень с нижним краем цилиндра.

Цилиндр с наружной стороны очищают от приставшей почвы, ставят верхним (более широким) краем над банкой. Почву из цилиндра в банку выталкивают с помощью ножа или специально­ го шомпола. Приставшую к стенке цилиндра почву соскабливают ножом и ссыпают в банку. Почву из цилиндра в банку следует переносить над листом чистой бумаги или на совочке. Упавшие на них крошки почвы ссыпают в банку. Совок рекомендуется делать узким, но высоким, чтобы защищать почву от распыления при переносе ее в банку.

После переноса почвы банку плотно закрывают крышкой и устанавливают в специальный ящик с гнездами. Одновременно со взятием образца для определения объемного веса почвы из этой же точки берут в сушильный стаканчик образец почвы для определения влажности.

В рабочей тетради записывают горизонт и глубину взятия образца, номера банок и сушильных стаканчиков.

Объемный вес почвы в верхних горизонтах определяют с пя­ тикратным контролем, в нижних горизонтах — с тройным; пробу на влажность из верхних горизонтов берут в три стаканчика, из нижних — в два.

Банку с почвой взвешивают с точностью до 0,01 г, затем почву можно использовать для определения удельного веса твер­ дой фазы, максимальной гигроскопичности, а также для учета корней и т. д.

Зная вес банки с почвой и вес банки пустой, по разности на­ ходят вес почвы при данной влажности. Определив влажность в %, рассчитывают вес абсолютно сухой почвы. Делением веса абсолютно сухой почвы на ее объем (объем цилиндра) ‘ полу­ чают удельный вес скелета почвы.

Форма записи и вычисления удельного веса скелета почвы даны в табл. 22.

Т а б л и ц а 22 Горизонт, глубина|

Фиксажный метод Пигулевского и Зеберга. Образец почвы пропитывают фиксажной смесью с заполнением всех пор. Объем зафиксированного образца определяют по объему вытесненной им жидкости. Вес образца узнают после того, как фиксатор из почвы удаляют путем экстрагирования с каким-либо раствори­ телем в аппарате Сокслета. В качестве фиксажной массы приме­ няют смесь парафина с нафталином в соотношении 3 : 1 (три части парафина и одна часть нафталина).

Х о д а н а л и з а. Образец почвы с ненарушенным сложе­ нием берут в металлическую форму (ящик, цилиндр) и ставят в сушильный шкаф, где хорошо прогревают при температуре 80—100°С. Когда образец прогреется, его переносят в фиксажную ванну, куда постепенно, порциями, и осторожно по стенке сосуда приливают фиксирующую массу (парафин-(- нафталин), имеющую температуру не более 60—70°С. Чтобы поддерживать фиксирующую массу в расплавленном состоянии, сосуд, в кото­ ром производится фиксация, устанавливают в другой, больший по объему, с горячей водой.

Плавку фиксажной массы нужно производить на водяной бане при температуре не выше 70—80°, так как нафталин при температуре 79—80°С возгоняется и пары его вредно действуют на слизистые оболочки носа и глаз.

Сначала образец почвы пропитывают фиксажной массой каОбъем почвы рассчитывают по цилиндру: площадь режущей части умно­ жается на высоту цилиндра.

пиллярно, а затем ее наливают в сосуд с избытком — на 6—7 см выше уровня образца. По окончании фиксации сосуд вместе с со­ держимым помещают на 5—6 час в большой кристаллизатор с холодной водой, лучше со снегом или льдом для охлаждения.

Чтобы легче извлечь застывшую массу с почвой из сосуда, по­ следний погружают на 1—2 мин в горячую воду. Цилиндр с об­ разцом очищают от остатка фиксатора.

Образец извлекают из цилиндра и вырезают из него средин­ ную, наименее деформированную часть.

Источник