Определение водно-физических свойств почв
Влажность устойчивого завядания.В период роста и развития растений часто наблюдается их завядание из-за острого дефицита воды в почве, запасы которой равны влажности устойчивого завядания, когда потребление влаги из почвы для растений становится практически невозможным. Следовательно, запасы доступной для растений воды не могут быть определены, если неизвестна влажность устойчивого завядания.
«В производственных опытах для расчета можно использовать метод определения влажности устойчивого завядания по максимальной гигроскопичности, при котором влажность завядания, или коэффициент завядания, принимается равным приблизительно 1,34 максимальной гигроскопичности. Так, если ее показатель для средних суглинков составляет 5-6% массы сухой почвы, ориентировочную влажность устойчивого завядания для данной почвы можно найти умножением показателя на коэффициент 1,34; она составит 6,7-8%, что служит границей (пределом) запаса доступной растениям влаги.
Влагоемкость почвы – способность почвы впитывать и удерживать воду. Практический интерес в опытной работе представляют три вида ее: наименьшая (полевая), капиллярная и полная, или водовместимость.
Полевая влагоемкость – наибольшее количество капиллярно-подвижной воды, которое может удержать почва менисковыми или капиллярными силами сцепления после стекания всей гравитационной воды. Для ее определения на опытном поле подбирают выровненную площадку размером 1× 1 м 2 . На ней проводят рыхление вручную, имитируя обработку почвы под испытываемую культуру. Площадку огораживают насыпными валиками высотой 30-40 см и шириной 40-50 см. Для установления количества воды, потребного для заливки площадки на заданную глубину до полевой влагоемкости, проводят предварительный расчет объемной и удельной массы, влажности и скважности почвы. Эти показатели определяют по общепринятым методам, используя образцы почвы, взятые вблизи заливаемой площадки.
Рассчитанное количество воды постепенно подают на площадку, поддерживая при этом уровень напора воды высотой 5-6 см. После впитывания влаги в почву площадку закрывают полиэтиленовой пленкой и соломой для предохранения испарения влаги. Для установления равновесного состояния влажности по профилю почву в таком виде выдерживают: песчаную и супесчаную – сутки, суглинистую – двое-трое суток и глинистую – трое-четверо суток. Затем проводят послойное определение влажности, величина которой характеризует полевую влагоемкость. Оценивают ее по соотношению со скважностью почвы. Так, полевую влагоемкость 70-80% показателя скважности принято считать благоприятной для роста и развития растений, 80-90% – менее благоприятной и свыше 90% – неудовлетворительной.
Капиллярная влагоемкость – максимальное количество капиллярно-подпертой снизу воды, содержащейся в капиллярных промежутках почвы, выражают в процентах от массы или объема почвы. Величина ее зависит от крупности пор, механического и агрегатного состава, плотности, а также уровня стояния грунтовых вод, капиллярно поднимающихся к верхним слоям почвы.
Для получения данных о капиллярной влагоемкости берут шесть — восемь образцов почвы с ненарушенным строением. Послойный отбор их проводят буром с вставными стальными патронами (цилиндры 200-500 см 3 ) с плотно закрывающимися крышками. Перед насыщением их водой нижнее дно закрывают металлической крышкой с сеткой и вложенным кружком фильтровальной бумаги (можно использовать фильтровальную бумагу, марлю, вату и т. д.). После взвешивания патроны ставят в ванночку с водой, при этом концы марли или фильтровальной бумаги должны быть опущены в воду, что обеспечивает непрерывный подток воды снизу. Обычно через четыре-пять дней происходит капиллярное насыщение почвы. После того как масса патронов станет постоянной, их взвешивают.
Скважность (порозность) почвы, суммарный объем всех почвенных пор, заполненных водой и воздухом, характеризует величину по л ной полевой влагоемко с т и и величину воздухоемкости. Воздухоемкость вычисляют по разности между общей скважностью и влажностью почвы, выраженной в объемных процентах.
Водопроницаемость – способность почвы впитывать и пропускать через себя воду (под влиянием силы тяжести), поступающую с поверхности. Величина этого показателя зависит от химического и механического состава почвы, структуры, плотности, влажности и ряда других факторов, она имеет значение для агрономической оценки почв и мелиоративных работ.
При поступлении воды с поверхности вглубь почвы водопроницаемость характеризуют двумя фазами: впитыванием (насыщение влагой почвы) и фильтрацией (просачивание влаги в нижние горизонты почвы).
В полевых условиях определение водопроницаемости проводят методом заливки. Для этого на опытном поле выбирают наиболее типичную площадку и врезают в почву на глубину 6-10 см металлическую раму площадью 25 × 25 см. С внешней стороны ее врезают вторую раму 50 × 50 см; высота стен рам – 20-25 см. Забивают их молотком, ударяя по доске, положенной на раму. Почву снаружи и внутри у стенок рам уплотняют. Затем в обе площадки заливают воду, поддерживая ее постоянный уровень 5 см. Уровень впитывания и количество подливаемой воды определяют при помощи линейки, укрепленной во внутренней раме: учет начинают через 2–3 мин после начала опыта, затем – через каждые 5-10 мин. Интервалы наблюдений могут быть увеличены до 30 мин и даже 1 ч. Одновременно определяют температуру воды. Примерный срок наблюдения: на песчаных и супесчаных почвах – 2-3 ч; на суглинистых – 4-6 и на глинистых – 8-10 ч.
Высота столба воды, которая поступает сверху вниз по толщине почвы за единицу времени, указывает на скорость впитывания и фильтрации.
Чаще всего лабораторные исследования являются сопутствующими при широких агрономических исследованиях.
Дата добавления: 2018-05-10 ; просмотров: 1422 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
Методы определения водно физические свойства почвы
Физика почв — это область почвоведения, изучающая физические свойства почв и протекающие в ней физические процессы. Из курса «Почвоведения» известно, что почва состоит из твердой, жидкой, газовой и живой фаз. Соотношение между объемами и массами всех фаз определяют физические условия проявления почвенного плодородия. Основное внимание в пособии уделено учебно-полевой практике студентов и массовым физическим анализам (определение плотности сложения и липкости почв, гигроскопической воды в почве и т.д.).
Выбор объекта для изучения водно-физических свойств почв
Для изучения водно-физических свойств почвы в полевых условиях применяют метод «ключей». Сущность его сводится к следующему. На почвенной карте выделяют основные генетические почвенные разности и их варианты по гранулометрическому составу. Затем на типичных для данного района рельефе и почве выделяют опытную площадку — «ключ» размером 10 х 10 м или 100 х 100 м, закладывают на ней 1 — 2 почвенных разреза глубиной до 2 м, производят детальное морфологическое описание почвы. Затем уступами, являющимися рабочими площадками (размером 1 — 1,5 м), делают разрез для изучения физических свойств почвы. Поверхность площадки должна соответствовать началу генетического горизонта почвы. На каждой опытной площадке — «ключе» берут образцы для определения удельной массы, твердости, влажности, влагоемкости, определяют водопроницаемость и др. свойства.
Как всякое самостоятельное тело почвы имеют свой облик, свое строение, свои свойства. Часть этих свойств унаследована от почвообразующих пород. Но ряд свойств характерны только для почв, они позволяют отличить почву от других природных тел. В первую очередь почва имеет свой профиль: совокупность почвенных слоев — горизонтов, образующих разные профили почв (в зависимости от условий залегания почв). Именно выделение профиля почвы отличало подход Докучаева от подходов агрогеологов (в частности, Беренда, давшего схожее с докучаевским определение почв, но относившем его к пахотному слою). Физические свойства и физические процессы, протекающие в почве, во многом определяют направленность почвообразовательного процесса, условия для роста и развития растений (Вильямс, 1959; Кауричев, 1982; Раменский, 1938; Корнблюм, 1975, 1982; Розанов, 1975).
Наиболее тесный контакт физика почв имеет с земледелием и мелиорацией, задачей которых является временное или коренное улучшение, главный образом, физических свойств почвы для практических целей. Физические свойства учитываются при разработке агротехнических приемов по зонам, а также должны быть положены в основу мелиоративных мероприятий. Так, для зон недостаточного увлажнения разрабатываются приемы улучшения физических свойств почвы, способствующие накоплению и сохранению воды. Наоборот, в зоне избыточного увлажнения агротехнические и мелиоративные мероприятия должны быть направлены в сторону уменьшения содержания воды в почве и увеличения ее аэрации, а для северных районов нужны также приемы тепловых мелиорации. Оптимальными физическими свойствами и режимами (водным, воздушным, тепловым) будут такие, которые обеспечивают максимальный урожай растений при полной обеспеченности почвы элементами питания. Знание физических свойств почв и грунтов важно при оценке их как строительного фундамента, санитарного состояния (Воронин, 1979; Дояренко, 1963). В настоящее время изучению физических свойств почвы уделяется большое внимание; оно производится как в стационарных условиях, так и в экспедиционных.
По материалам Е.В. Шеина и Л.О. Карпачевского (2007)
Метод парафинирования при определении внутриагрегатной пористости
Метод фиксирования почвенных образцов парафином известен давно и его применяли в своих исследованиях многие ученые. В настоящем варианте рекомендуется использовать перегретый парафин, который благодаря жидкому состоянию может, вытесняя воздух, проникать внутрь агрегата и при охлаждении не дает пленки на поверхности образца.
Рядом исследователей (А.Ф. Тюлин, С.Н. Рыжов, Н.А. Качинский, М.Н. Польский) установлена зависимость порозности агрегата от его размера: с уменьшением размера агрегата уменьшается его порозность. Соответственно этому рекомендуется отдельно определять порозность крупных и мелких агрегатов. Ниже изложена методика определения порозности агрегатов, детально разработанная М.Н. Польским и Н.А. Качинским. Методика определения и расчёты Фиксация крупных агрегатов. Из воздушно-сухой почвы отбирают 5 агрегатов диаметром около 10 мм. Одновременно берут навеску почвы для определения влажности.
Каждый агрегат обвязывают крест-накрест тонкой (d=0.1 мм) медной проволокой определенной массы (нарезают одинаковые куски проволоки длиной около 25 см, взвешивают все в месте, а затем рассчитывают среднюю массу каждой). На другом конце проволоки делают петлю. Обвязанные проволокой агрегаты взвешивают на аналитических весах с точностью до 0.001 г (m1). Взвешивают и хранят незапарафинированные и запарафинированные агрегаты обязательно в подвешенном положении под своими номерами (при взвешивании номера снимают). Вычитая массу проволоки и учитывая процент влажности, находят массу абсолютно сухого агрегата (ma). Агрегаты фиксируют в парафине в четыре приема. Сначала подвешенные за проволочку на стеклянной или металлической перекладине образцы погружают в стакан (или чашку) с расплавленным парафином температурой 90—100°С и выдерживают в нем до прекращения выделения пузырьков воздуха (1—3 ч). Затем агрегаты переносят во второй стакан с парафином, нагретым до 150-170°С, на несколько минут (15-20) для удаления остатков воздуха; расплавленный парафин входит в тонкие поры агрегата.
Агрегаты переносят в третий стакан с парафином, остуженным до 50—60°С. Здесь они охлаждаются, парафин в них сжимается и в поры втягивается дополнительное количество парафина. Этим достигается более совершенная закупорка пор. Через 15—20 мин агрегаты извлекают из парафина и охлаждают на воздухе. Охлажденные агрегаты ополаскивают во втором стакане (в парафине при температуре 150-170°С) для удаления с поверхности агрегата пленки парафина (каждый агрегат отдельно опускают и быстро вынимают). Каплю парафина, образовавшуюся снизу агрегата, снимают фильтровальной бумагой. После этого агрегаты должны иметь вид свежей (слегка увлажненной) почвы. Зафиксированные образцы взвешивают сначала на воздухе (m2), а затем в этиловом спирте (m3). Взвешивание в спирте производят следующим образом: над чашкой весов устанавливают специальный столик так, чтобы он не касался чашки. На столик ставят стакан со спиртом, в который погружают взвешиваемый агрегат, подвешенный на крючке чашки весов (рис. )
Спирт применяют потому, что он хорошо смачивает парафин, почти не растворяя его. Вода не смачивает парафин, поэтому на поверхности агрегата остаются пузырьки воздуха, искажающие результаты взвешивания. Определив спиртомером концентрацию (крепость) спирта, по таблице (справочник физических констант) находят его плотность. Потеря массы агрегата при взвешивании на воздухе и в спирте (m2-m3) равна массе спирта в объеме агрегата. Рассчитывают объем спирта (объем агрегата):
Рассчитывают порозность каждого агрегата, а затем среднюю из повторностей. Характеризуя порозность агрегатов данного генетического горизонта или образца, следует оценить ее не только по среднему значению, но показать и пределы варьирования. Фиксация мелких агрегатов (5—0.5 мм). Из отсеянной фракции отбирают 10—20 агрегатов, все вместе взвешивают и раскладывают в коробочке из фильтровальной бумаги, в дне которой проделаны (иголкой) небольшие отверстия. Коробочку с агрегатами устанавливают на металлическую сетку и опускают в широкую чашку с расплавленным парафином, нагретым примерно до 100°С. Сначала сетка лишь касается поверхности парафина и агрегаты насыщаются капиллярно; после удаления большой части воздуха из пор агрегатов сетку погружают в парафин. При прекращении выделения пузырьков воздуха парафин охлаждают до 70—80°С и коробочку с агрегатами извлекают из парафина. Остывшие агрегаты отделяют от дна коробочки вместе с парафиновой корочкой и переносят на теплую этернитовую плитку, покрытую фильтровальной бумагой. Здесь агрегаты осторожно перекатывают по бумаге стеклянной палочкой с резиновым наконечником, заостренным наподобие пера, до удаления с их поверхности парафиновой пленки.
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 суженное дно, обтянутое батистом или тонкой металлической сеткой, для того чтобы спирт свободно входил в стакан. В верхней части стаканчика имеются крючочки, 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, установленный на столике, как было описано выше. Он не должен касаться стенок и дна большого стакана и выходить за пределы поверхности спирта при поднятии. Порядок расчета порозности мелких агрегатов такой же, как для агрегатов крупных. Полученные данные вносят в таблицу по форме, приведенной выше.
Некоторые количественные критерии порозности почв и агрегатов По результатам анализа порозности почв и агрегатов имеется ряд критериев оценки степени окультуренности почвы. В частности, по соотношению меж-и внутриагрегатной пористости В.В. Медведевым (1988), выделяют следующие уровни окультуренности:
1.0-1.3 — высокий уровень окультуренности
Общая характеристика оптимальных диапазонов плотности почвы (г/см3):
1.0-1.3 — глинистые и суглинистые
Определение плотности сложения почвы методом парафинирования (экспресс-метод)
Плотность сложения почвы (объемная плотность, объемная масса, объемный вес) — это масса единицы объема почвы, взятой без нарушения ее природного сложения и высушенной при температуре 105 0 С. Обычно плотность сложения определяется в полевых условиях.
Лабораторными методами пользуются при определении плотности сложения отдельных блоков, глыбок и других отдельностей, по которым почвенная влага в естественном залегании разделена системой внутри- и межгоризонтальных трещин. Объемная плотность таких отдельностей больше, чем почвы в целом, так как в объем, вырезанной из ненарушенной почвы (цилиндром) входят трещины и поры различных порядков, в том числе и крупные. А глыбки, выделенные из межтрещинной массы, включают только трещины и поры низших порядков.
Поэтому величина плотности структурных отдельностей является важной характеристикой почвенной структуры как при ее агрофизической оценке, так и при диагностике почвенных горизонтов. Эта величина необходима для расчетов внутриагрегатной и межагрегатной порозности почв.
Х о д а н а л и з а
1. Взять три комочка почвы и взвесить каждый на аналитических весах. Масса не парафинированного комочка — g1.
2. Объвязать почвенный комочек тонкой проволокой или шпагатом (предварительно взвешенными), опустить несколько раз в расплавленный парафин. Почвенный комок должен покрыться тонкой пленкой парафина, не пропускающей влагу.
3. Взвесить запарафинированный комок почвы. Масса запарафинированного образца (без веса объвязочного материала) — g2. Находим массу парафина g.
4. Опустить запарафинированный комок почвы в цилиндр с точно замеренным объемом воды. Найти объем почвенного комочка с парафином ( Vh2o), как разность объема воды в цилиндре после и до погружения запарафинированного комочка почвы.
5. Найти объем пленки парафина по формуле: Vn = g / Pn , где Pn — удельная масса парафина, равная 0,89 г/см 3 .
6. Найти объем незапарафинированного образца по формуле: Vg1 = VH2О — Vn.
7. Определить плотность почвы по формуле: dv =(g1 / Vg1) * К , г/см 3 , где К-коэффициент пересчета на сухую навеску почвы.
Контрольные вопросы
© ФГОУ ВПО Красноярский государственный аграрный университет
Источник