Методы определения влажности почв

Определение влажности почвы и грунта: методы и приборы

Основной показатель присутствия влаги в почве – влажность. Это процентное соотношение воды и сухой массы в грунте. Методы вычисления влажности классифицируются на несколько групп:

Первая – изъятие образцов земли и измерение влажности в лабораторных условиях.
Вторая – использование приборов, установленных в грунте при естественном залегании.

Зачем измерять влажность почвы и грунта

Во время вегетации в клетках и тканях растений содержится 70-90% воды. Влага – основной фактор, оказывающий влияние на плодородность земли.

Влажность почвы определяют для того, чтобы узнать:

количество содержания влаги в земле;
структуру грунта: плотность, эластичность;
какие удобрения необходимы для грунта;
какая культура может выращиваться на определенном участке;
предупредить выветривание земли из-за чрезмерной сухости;
определить способность грунта к сельскохозяйственным, агротехническим процессам.

Для полноценного развития растений, тканям и клеткам нужно получать необходимое количество воды, особенно во время роста. В этих целях и необходимо определить влажность грунта.

Опасность переизбытка и недостатка влаги

Переизбыток влаги может привести к отмиранию корневой системы, замедлению микробиологических процессов.

Недостаток – снижению урожайности плодовых и овощных культур, к их засухе и гибели.

Методы определения содержания влаги в почве и грунте

Существует 5 способов проверки количества воды в грунте. Самые популярные из них:

Гравиметрические – основаны на получении воды из грунта посредством химической реакции и испарения. Более точные результаты достигаются с использованием сушильной емкости.
Электромагнитные – связаны с действием влажности на электрические характеристики земли. Существует множество сенсоров, реагирующие на поляризацию, сопротивление или на два свойства одновременно. Приборы широко используются для определения влаги в верхнем слое, при глубинных исследованиях четкая корреляция отсутствует.
Микроволновые – базируется на низкой тепло- и электропроводности воды, характеристики излучения связаны с влагоемкостью. Минус – высокая цена приборов.
Тензометрический – основан на возможности грунта впитывать влажность. Устройства определяют колебания влагоемкости земли. Ноль означает, что грунт насыщен водой.
Термический – связан с тепловой инерцией почвы, ее влажности. Диагностика выполняется посредством портативных приборов.

На заметку! Среди отечественного производства, одним из самых эффективных и результативных приборов для определения влажности почвы признан влагомер МГ-44. Он позволяет получить быстрые и более точные результаты, сравнительно с аналогичными приборами.

Определение влажности «на ощупь»

Самый достоверный способ определения количества воды в земле – лабораторный. Но, если у собственника участка нет оборудования, проверить состояние почвы он может «на ощупь». Нужно взять немножко земли, сдавить ее. Сделать заключение можно, опираясь на таблицу, приведенную ниже:

Таблица определения влаги «на ощупь»

Не собирается в комок, не скатывается

В комок собирается, но при подкидывании разлетается

Скатывается в твердый шар, при надавливании эластичен, быстро слипается

Хороший показатель – от 70%.

Внимание! На песчаниках скомканные шарики ломкие и рыхлые независимо от уровня влажности.

Самый быстрый способ измерения влажности

На основе электромагнитного метода измерения содержания влаги в земле изготавливаются разные устройства для садоводов, огородников и фермеров.

Самый популярный и востребованный среди влагомеров – модель МГ-44. Прибор предназначен для определения относительного содержания воды в почве посредством радиочастотного чувствительного датчика.

Измерение влажности выполняется с применением косвенного метода, основанной на связи диэлектрических характеристик среды с ее влажностью. Повышение диэлектрических свойств исследуемого материала, говорит об увеличении количества воды в грунте.

Прибор МГ-44 предназначен для регионов с умеренными климатическими условиями. По защищенности от механического воздействия, влагомер имеет простое исполнение, корпус сделан из пластика, датчик из стали. В месте установки устройства допускается присутствие агрессивной среды, паров и газов, не превышающих допустимые норма согласно СН-245-71.

Важно! Преимущество прибора МГ-44 – высокая эффективность измерений, простота использования, возможность быстро получить результаты.

4 совета для получения точных результатов измерений

Точные измерения можно получить, следуя простой инструкции:

После удобрения земли, использовать влагомер можно через 3 суток.
Землю, которую будут проверять, нужно заранее полить.
В месте нахождения щупа почву утрамбовать.
Сделать 3 замера и определить среднее значение.

По окончанию измерений стержень устройства нужно хорошо обработать. Он должен содержаться в чистоте.

Норма влаги в грунте – 70-80%. Переизбыток влажности, как и недостаток отрицательно влияет на культуры. Влагомер МГ-44, специально изготовленный для определения влажности почвы и других методов, позволяет своевременно привести землю в порядок. В результате фермер получит хороший урожай плодовых, овощных культур.

Источник

Определение влажности почвы

Основным показателем содержания влаги в почве является ее влажность. Под влажностью почвы понимают содержание влаги в почве, выраженное в процентах к массе абсолютно сухой почвы или к единице объема. Все методы определения влажности делятся на две группы. Первая включает взятие почвенных образцов в поле и определение в них влажности в лаборатории. Вторая — косвенная, с помощью различных приборов, установленных непосредственно в почве при естественном ее залегании. К ним относятся: радиометрический, электрометрический, тензиаметрический, фоторефлек-тометрический и т.д.

Основным методом определения влажности является термостатно-весовой. По этому методу специальным буром производят отбор проб почвы через определенный интервал глубины (обычно через 10 см). Существует несколько конструкций буров для отбора почвенных образцов: БП-50, АМ-16, Измаильского, Качинского, Некрасова, Смяртина, Розанова, мотобур и т.д. Они изготавливаются в двух модификациях: трубчатые и сверлильные, которые имеют определенные недостатки и преимущества. Основной недостаток трубчатых буров — трудность погружения их в почву на большую глубину, особенно при низкой влажности, а сверлильных — перемешивают почву, которая трудно удерживается в буре. Последние широко используются в засушливых зонах. Они отличаются сравнительной мягкостью погружения в почву на значительную глубину. Достоинством трубчатых буров является то, что они, не нарушая естественного сложения почвы, обеспечивают большую достоверность результатов для каждой глубины.

Следует отметить, что взятые образцы влажной почвы должны быть немедленно герметезированы и как можно быстрее взвешены. Для этого из нижней трети бурового стакана почву переносят в алюминиевые стаканчики и закрывают крышками. В таком виде их быстро доставляют в лабораторию или же взвешивают непосредственно в поле с точностью до 0,01 г. Перед взятием пробы записывают номер стаканчика и его массу в соответствии с глубиной взятия образца.

После взвешивания стаканчики с влажной почвой в открытом состоянии ставят в термостат, и при температуре 105ºС пробы почвы высушивают до постоянной массы. Первое взвешивание производится по истечении 6 часов сушки, повторное — после двухчасовой контрольной сушки. При этом достигается высокая точность, но требуется много времени. Поэтому при проведении массовых определений влажности почвы можно пользоваться методом ускоренной сушки при температуре 150 о С в течение 4 часов с последующим досушиванием продолжительностью в 1 час [2].

Влажность почвы вычисляют в процентах от массы абсолютно сухой почвы по той же формуле, что и максимальную гигроскопичность.

Иногда влажность почвы вычисляют в процентах от объема почвы:

где Р — влажность почвы в % от объема почвы;

W — влажность почвы в % от массы абсолютно сухой почвы;

d — объемная масса почвы, г/см 3 .

В связи с тем, что выпадающие осадки измеряются в миллиметрах водного столба, целесообразно запасы влаги в почве выражать в этих же единицах. Вычисление производят по формуле:

где В — запасы влаги в почве, мм;

W — влажность почвы в % от массы абсолютно сухой почвы;

d — объемная масса почвы, г/см 3 ;

h — толщина определяемого слоя почвы, см.

Запасы воды в исследуемой толще почвы иногда в практике выражают в тоннах или кубометрах на 1 га. Для этого запасы воды в мм умножают на коэффициент 10, так как 1 мм влаги на площади 1 га составляет 10 тонн или 10 м 3 воды.

Поступление влаги в растения, как было сказано ранее, зависит от водоудерживающих сил почвы и сосущей силы корней. Поэтому находящуюся в почве влагу можно разделить на продуктивную и непродуктивную.

Та часть влаги, которая обеспечивает формирование урожая культурных растений, является продуктивной влагой. Та влага, которая удерживается в почве силой, превышающей сосущую силу корней растений, является непродуктивной. При одинаковой фактической влажности на разных почвах растения будут обеспечены водой в различной степени. Поэтому объективную оценку влагообеспеченности сельскохозяйственных культур, произрастающих на разных почвах, можно производить только по запасам продуктивной влаги. Для ее определения используют следующую формулу:

где В_пр — запасы продуктивной влаги, мм;

d — объемная масса, г/см 3 ;

h — толщина анализируемого слоя почвы,см;

W — влажность почвы в % от массы абсолютно сухой почвы;

ВУЗ — влажность устойчивого завядания, %;

0,1 — коэффициент перевода высоты слоя воды из сантиметров в мм.

Оценку запасов продуктивной влаги в метровом слое почвы можно производить по следующей шкале.

7. Шкала оценки запасов продуктивной влаги в метровом слое почвы [4]

Степень увлажнения	Количество продуктивной влаги, мм
Высокая	150 и более
Хорошая	120-150
Средняя	90-120
Низкая	60-90
Очень низкая

Статистический анализ показывает высокую зависимость урожайности яровой пшеницы от весенних запасов продуктивной влаги в слое почвы 0-100 см (коэффициент корреляции на черноземах для мягкой пшеницы составляет 0,61, на каштановых 0,75). Обычно для получения удовлетворительного урожая яровой пшеницы в условиях производства необходима глубина промачивания почвы не менее 70-80 см. Снижение запасов продуктивной влаги в пахотном слое почвы до 15 мм следует считать началом засушливого периода, а до 9 мм — сухого.

Выполнение заданий

В соответствии с индивидуальным шифром студент выписывает исходные данные, которые представлены в таблицах 18 и 19.

Рассмотрим пример по шифру 052. В таблице 18 на пересечении предпоследней и последней цифр шифра находим: Астана; в числителе цифра 1 означает культуру — яровая пшеница, а вторая цифра – урожайность, которая составляет 16,7 ц/га. Цифра 35 в знаменателе означает номер задания по водно-физическим свойствам, которые представлены в таблице 19. Согласно этому номеру задание имеет следующие данные: темно-каштановая тяжелосуглинистая почва с удельной массой твердой фазы в пахотном и метровом слоях соответственно 2,68 и 2,71 г/см 3 . Максимальная гигроскопичность составляет в пахотном слое 7,99%, в метровом 8,02%. Наименьшая влагоемкость соответственно по слоям равна 28,5 и 23,4%. Влажность почвы перед уходом в зиму составляет 13,5%, перед посевом яровой пшеницы — 18,3% и в конце вегетации — 11,2%.

Сведения о температуре воздуха, количестве осадков и об относительной влажности воздуха студенты находят в метеорологических справочниках или бюллетнях, которые выдаются на занятиях в качестве раздаточного материала. При отсутствии этих материалов по годам в учебных целях допускается использование средних многолетних данных, которые приведены в приложениях 7, 8 и 9.

1. Определение запасов продуктивной влаги в пахотном и метровом слоях почвы при ВРК, НВ и заданной влажности перед посевом культур.

а) Пример расчета запасов продуктивной влаги в пахотном слое почвы при ВРК.

Расчет производится по формуле:

В_пр = 0,1 (ВРК — ВУЗ) d h.

Влажность разрыва капиллярной связи представляет среднее значение между наименьшей влагоемкостью и влажностью устойчивого завядания в пахотном слое почвы, а влажность устойчивого завядания — максимальную гигроскопичность, взятую с коэффициентом 1,34.

ВУЗ = 7,99 х 1,34 = 10,7%;

Объемную массу почвы находим в приложении 1 (строка 12). Она для пахотного слоя равна 1,16 г/см 3 (можно пользоваться и данными, полученными на предыдущих занятиях).

В_пр = 0,1 (19,6 — 10,7) х 1,16 х 20 = 20,6 мм.

В пахотном слое тяжелосуглинистой темно-каштановой почвы при влажности капиллярной связи содержится 20,5 мм или 205 тонн продуктивной влаги.

б) Пример расчета продуктивной влаги в пахотном слое почвы при наименьшей влагоемкости.

В_пр = 0,1 (28,5 — 10,7) х 1,16 х 20 = 41,2 мм.

В пахотном слое тяжелосуглинистой темно-каштановой почвы при влажности наименьшей влагоемкости содержится 41,2 мм или 412 тонны воды.

Аналогично рассчитываются запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы.

2. Определение необходимой мощности снежного покрова для насыщения метрового слоя почвы до наименьшей влагоемкости влагой.

Разность между запасами влаги при НВ (В_нв) и осенним ее содержанием в почве (В₁) представляет собой дефицит насыщения до наименьшей влагоемкости почвы влагой (Дн):

Расчет необходимой мощности снежного покрова производится по формуле [3]:

где Н – необходимая мощность снежного покрова, см;

В_нв — запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы при наименьшей влагоемкости, мм;

В₁ — запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы перед уходом в зиму, мм;

d — плотность снега, г/см 3 ;

10 — коэффициент перевода сантиметры в миллиметры;

1,25 — поправочный коэффициент на испарение и сток (25%).

В нашем примере запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы при НВ (В_нв) составляет (формула 46):

В_нв = 0,1[23,4-(8,02 х 1,34)] х 1,39 х 100 = 175,9 мм.

Перед уходом в зиму в метровом слое почвы продуктивной влаги содержалось:

В_нв = 0,1(13,5 — (8,02 х 1,34)) х 1,39 х 100 = 38,3 мм.

Дефицит насыщения влагой до НВ составляет:

Дн = 175,9 -38,9 = 137,6 мм.

Плотность снега (d) в момент его схода составляет в среднем 0,3 г/см 3 .

Подставляя значения в формулу, получим:

С учетом возможного испарения и стока влаги необходим снежный покров мощностью 57,3 см.

Несколько иная методика расчета необходимой мощности снежного покрова предложена Н.М.Бакаевым и И.А.Васько [3].

Основным показателем накопления влаги является водовместимость почвы или объем своодных от воды почвенных пор. Для того, чтобы вычислить объем свободных пор, надо определить объем твердой фазы почвы, ее влажность и удельную массу. С этой целью отбираются осенью перед уходом в зиму почвенные образцы цилиндром с площадью основания 500 см 2 . Расчеты проводятся в следующей последовательности:

1. Определяется масса сырой почвы (m) как разность масс цилиндра с сырой почвой и пустого цилиндра (г).

2. Массу сухой почвы (М) вычисляют по формуле М = —————- ,

где W — влажность почвы, %.

3. Влажность почвы определяется по общепринятой методике, используя формулу:

4. Удельная масса почвы (у) определяется по общепринятой методике.

5. Объем твердой фазы почвы в цилиндре (V₁) равен: М/γ (см 3 ).

6. Общий объем почвенных пор V₂ = V — V₁ (V — объем цилиндра или образца почвы).

7. Объем пор, занятых водой V₃ = m — М (г или см 3 ).

8. Объем свободных пор V₄ = V₂ — V₃ (см 3 )

9. Водовместимость V₅ = 0,2 V₄ (м 3 /га).

10. Необходимая мощность снежного покрова Н = ———- , (48)

Источник