Объемная масса почвы пахотного слоя

Определение удельного веса почвы

Под удельным весом почвы понимают средний вес всех составных элементов в единице объема твердой фазы. Его величина дает некоторое представление о составе почвы, так как зависит от количества скелетных частиц, минералогического состава и содержания органических веществ. Необходимо знать удельный вес почвы для правильного выбора времени отстаивания частиц при механическом анализе, а также для вычисления порозности почвы.
Определение удельного веса производят при помощи пикнометра на 100 мл. С меньшей точностью можно определить удельный вес почвы в мерной колбочке.
Чисто вымытый пикнометр наполняют остуженной свежепрокипяченной дистиллированной водой и погружают его на 15-20 мин. в кристаллизатор (или другой сосуд), наполненный водой, для выравнивания температуры. Вынув пикнометр из воды, его обсушивают фильтровальной бумагой (беря пикнометр только за горлышко и стараясь не нагревать его рукой), взвешивают с точностью до 0,01 г и записывают температуру, при которой сделано определение, и вес пикнометра с водой.
Воздушно-сухую, просеянную через сито с отверстиями в 1 мм почву рассыпают тонким слоем на бумаге; из разных мест слоя берут среднюю пробу в два сушильных стаканчика: в один 10-15 г для определения удельного веса и в другой 4-5 г для определения влажности, так как удельный вес вычисляют обычно на абсолютно сухую почву.
Отливают около половины воды из пикнометра и через сухую воронку всыпают из стаканчика почву (около 10 г), предварительно взвешенную с точностью до 0,01 г. Приставшие к стенкам стаканчика и воронки частицы почвы смывают водой в пикнометр, который затем нагревают на плитке до кипения и осторожно (чтобы не выбросило воду с почвой) кипятят 30 мин. После кипячения пикнометр охлаждают и доливают свежепрокипяченной водой, а затем ставят в кристаллизатор на 15-20 мин. Температура воды в кристаллизаторе должна быть одинаковой с температурой ее при первом измерении. Пикнометр доливают до метки, вынимают из кристаллизатора и, обтерев досуха фильтровальной бумагой, взвешивают.
Вместо кипячения пикнометр можно поместить на 1-2 часа в вакуум — под колпак вакуум-насоса, где удаление воздуха из почвы происходит без нагревания. Лучшие результаты получены при разрежении 0,85 атм.
При определении записывают в журнал:
номер образца, характеристику его: поле, глубину взятия и т. д.;
номер пикнометра;
вес почвы, взятой в пикнометр;
влажность почвы;
вес абсолютно сухой почвы (В, г);
вес пикнометра с водой (А);
вес пикнометра с водой и почвой (С);
температуру, при которой проведено определение.
Удельный вес вычисляют по формуле:

Источник

§ 1. Плотность и порозность почвы

Почва является гетерогенной многофазной дисперсной системой, состоящей из трёх фаз: твёрдой, жидкой и газообразной. Обозначим объём почвы как `V_t`, тогда `V_s`, `V_w` и `V_(air)` — это объёмы твёрдой, жидкой и газообразной фаз соответственно. Массы этих фаз обозначим как `m_s`, `m_w` и `m_(air)`. 1

Плотность твёрдой фазы почвы — это отношение массы твёрдой фазы почвы к объёму твёрдой фазы: 1

Плотность почвы — это отношение массы твёрдой фазы почвы к общему объёму почвы: 1

Плотность почвы это масса единицы объёма абсолютно сухой почвы в её естественном, ненарушенном состоянии. Плотность почвы является одним из основных, фундаментальных свойств почвы. Плотность почвы не является постоянной, а зависит от влажности почвы (в большей мере — для суглинистых и глинистых почв, в меньшей — для песчаных). 1

Плотность естественной почвы никогда не может превышать 2 г/см 3 . Минимальные значения минеральных почв редко бывают ниже 0.8 г/см 3 , хотя плотность торфяных почв, торфов может снижаться и до 0.1 г/см 3 . 1

Примечания:
1. В скобках приведён наиболее вероятный диапазон. В данной таблице приведены ориентировочные значения физических свойств. В реальных условиях при непосредственных определениях эти усредненные значения и пределы варьирования могут значительно отличаться в связи с содержанием органического вещества, оструктуренностью, сельскохозяйственной обработкой, растительностью и многими другими факторами, существенно изменяющими приведенные ориентировочные значения.
2. Природные пески почти всегда слоисты. Вследствие этого приведенные данные весьма ориентировочны.

Общая порозность (пористость) почвы — это объём почвенных пор в почвенном образце по отношению к объёму всего образца: 1

Объёмная влажность почвы — объём воды, содержащейся в объёме почвы: 1

Порозность аэрации (воздухосодержание) — это разница между общей порозностью и объёмной влажностью почвы; объём, занятый воздухом: 1

В ряде случаев рекомендуется использовать величину, обратную плотности почв — отношение объёма почвы к массе этого объёма. Используя её, мы можем найти удельный объём пор почвы — отношение объёма пор почвы к массе твёрдой фазы почвы: 1

Нередко используют и коэффициент пористости (приведённую пористость) — отношение общего объёма пор в почве или грунте к объёму твёрдой фазы почвы: 1

Коэффициент пористости и удельный объём пор почвы полезны при характеристике изменения пор почвы при уплотнении, почвенных деформациях, трещинообразовании и т.д. В почвоведении традиционно используется общая порозность почв `epsilon`. 1

Так как почвенный горизонт состоит из более мелких единиц — почвеных педов или агрегатов, можно выделить и объём пор агрегатов, их плотность и порозность. 1

Плотность агрегата — это отношение массы твёрдой фазы агрегата к его объёму: 1

Порозность агрегата — это отношение объёма пор агрегата во всем объёму агрегата: 1

Часто необходимо найти межагрегатную порозность — отношение объёма пор, находящихся в поровом пространстве почвы между агрегатами, ко всему объёму почвы. 1

Для нахождения межагрегатной порозности необходимо сначала найти величину суммарной агрегатной порозности — отношение объёма пор агрегатов ко всему объёму почвы: 1

Получив величину суммарной агрегатной порозности, можно рассчитать межагрегатную порозность: 1

Знание величин порозности важно для оценки состояния почвы. Так, в хорошо агрегированной почве основные запасы питательных веществ, микроорганизмов, влаги находятся внутри агрегатов и именно агрегаты обуславливают почвенное плодородие. Снижение агрегатной порозности является свидетельством ухудшения физического состояния почв. Основная функция межагрегатного пространства это проведение потоков веществ. В основном по межагрегатному поровому пространству происходит перенос воды и растворенных в ней веществ. Поэтому нередко указывают, что агрегатное пространство это хранилище основных почвенных запасов, а межагрегатное пространство это транспортные пути. Таким образом, функции этих частей порового пространства почвы во многом различны (накопление и постепенное расходование воды и веществ из агрегатной порозности, быстрый транспорт веществ в профиле почв по межагрегатной), поэтому при анализе полученных величин следует делать соответствующие выводы. 1

Примечания:
1. В скобках приведён наиболее вероятный диапазон. В данной таблице приведены ориентировочные значения физических свойств. В реальных условиях при непосредственных определениях эти усредненные значения и пределы варьирования могут значительно отличаться в связи с содержанием органического вещества, оструктуренностью, сельскохозяйственной обработкой, растительностью и многими другими факторами, существенно изменяющими приведенные ориентировочные значения.
2. Природные пески почти всегда слоисты. Вследствие этого приведенные данные весьма ориентировочны.

Обозначения:
1. Поры «устойчивой аэрации»
2. Поры, заполняемые легкоподвижной водой
3. Поры, заполняемые среднеподвижной водой
4. Поры, заполняемые практически неподвижной водой (недоступной растениям)
5. > 0.3 мм
6. 0.3-0.06 мм
7. 0.06-0.03 мм
8. 0.03-0.01 мм
9. 0.01-0.003 мм
10. 0.003 мм) пор — около 2/3. Вниз по профилю снижается как общая порозность, так и доля крупных пор, зато возрастает доля пор, заполненных связанной водой.
Наименее благоприятны показатели порозности в горизонте `B_2` (60-90 см), что объясняется его оглиненностью и низкой биологической активностью.

Значение плотности и порозности почвы

Излишне уплотнённая почва препятствует росту корней, содержит малое количество пор (то есть имеет низкую порозность). При низкой порозности в почве содержится мало воды, а при выпадении осадков поры быстро заполняются водой, что приводит к недостатку воздуха. 1

Излишне рыхлая почва имеет слишком большое поровое пространство и корни растений не имеют хорошего контакта с поверхностью твердой фазы, где содержатся в поглощенном состоянии многие элементы питания. 1

Проблема создания пахотного слоя, оптимального по физическому состоянию, по плотности – одна из важнейших проблем современной физики почв и агротехники. Она состоит в том, чтобы разрыхлить почву и не допустить уплотнения почвы тяжелой сельскохозяйственной техникой. Это требует своевременного проведения агротехнических работ, обязательно связанных с распашкой почвы. Почва особенно подвержена уплотнению при повышенной влажности. Стоит тяжелой технике лишь один раз заехать на поле, когда влажность несколько выше оптимальной для обработки, как поверхностный слой почвы становится излишне уплотненным. 1

Еще один аспект уплотнения – переуплотнение подпахотного слоя, так называемое накопительное, или подпочвенное, уплотнение. Действительно, под влиянием многократных проходов техники уплотнение наблюдается все глубже и глубже. Происходит образование подпахотного уплотненного, плохопроницаемого и для воды, и для воздуха слоя. Сложность в том, что контролировать внутрипочвенное уплотнение очень трудно: оно незаметно с поверхности почвы так, как видны, например, эрозия или поверхностное уплотнение. Анализ и прогноз этого явления тесно связан с оценкой физикомеханических свойств почв. 1

Таким образом, уплотнение как поверхностное, так и подпочвенное – весьма пагубное явление, неизменно сопровождающее интенсивное сельскохозяйственное производство. Вернуть же почву в прежнее состояние весьма затруднительно. С этим связан второй аспект проблемы – разуплотнение почвы. Как правило, разрыхлить поверхностный пахотный слой почвы несложно. Достаточно его вспахать, взрыхлить различными почвообрабатывающими орудиями. Но вот разрыхлить агрегаты – основное хранилище питательных веществ, воды, почвенной биоты – значительно сложнее. Агротехнические меры здесь не помогут. Восстановление внутриагрегатной порозности обязано деятельности почвенных микроорганизмов, накоплению специфических органических веществ. Необходимо применение органических и зеленых удобрений, влияющих на жизнедеятельность почвенных микроорганизмов, улучшающих состояние почвы. 1

Методики определения плотности и порозности почвы

Источник

Определение объемного веса почвы

Определение объемного веса почвы дает возможность высчитать запас питательных веществ в определенном объеме или 1-метровом слое почвы, что при сравнении обеспеченности растений питательными веществами на разных почвах более правильно, чем подсчет запасов на 1 кг почвы. Кроме того, зная объемный и удельный вес почвы, можно подсчитать суммарный объем пустот в единице объема, называемый скважностью (порозностью); зная скважность и влажность почвы, легко высчитать воздухообеспеченность.
При высокой плотности и почвенная влага и содержащиеся в ней питательные вещества остаются недоступными для растений. Корни пшеницы вообще не проникают в слои почвы, имеющие объемный вес 1,65. а корни огурцов — 1,45. Яблони недолговечны на тех почвах, где объемный вес превышает 1,55 в каком-либо слое 2-метровой толщи почвы. Слишком рыхлое состояние почвы может быть неблагоприятным, и, замедляя прорастание семян, в некоторых случаях понижает урожай пшеницы.
Определение объемного веса почвы с нарушенным строением обычно не применяется в агрохимических исследованиях. В полевых условиях определенный объем почвы с ненарушенным строением вырезают металлическим цилиндром-буром. С 1963 г. почвенные буры БП-50 выпускаются Тбилисским заводом Гидрометприборов. В комплект входят два буровых стакана емкостью 500 и 250 см2 при высоте 10 см и 20 штук вкладывающихся в них приемных цилиндров, в которых образцы почвы доставляются в лабораторию. Широко распространены также буры Дояренко, Некрасова и Качинского. Бур Качинского на 100 см3 имеет диаметр 5,65 и высоту 4 см. Острая нижняя часть цилиндра имеет несколько меньший диаметр, что позволяет легче и без деформации извлекать вырезанную пробу почвы. Разные экземпляры буров могут иметь различные объемы, поэтому должен быть определен точный объем каждого бура.
Для взятия проб по профилю почвы в поле выкапывают почвенный разрез и на стенке его размечают границы генетических горизонтов или слоев определенной величины. На намеченном уровне в стенке приготовляется горизонтальная площадка, на которой устанавливают бур с надетой на него насадкой-оголовком. Для направления бура рекомендуется применять накладку, через отверстие которой бур врезают или вбивают деревянным молотком. Из каждого горизонта берут 2-3 образца, а с поверхности, если образцы отбирают малым буром, — не менее 10 проб. Для пахотного слоя почвы лучше использовать буры большого размера, повторность при этом можно уменьшить до 5.
Сняв накладку, подрезают ножом почву под буром и вынимают его из почвы. Аккуратно срезают ножом излишек почвы, добиваясь плоского среза вровень с краями бура, а затем удаляют прилипшую к наружным стенкам бура почву и переносят содержимое бура в салфетку из тонкой клеенки или пленки и тщательно в нее заворачивают, во избежание потерь влаги при транспортировке. Удобно иметь салфетки одного веса.
Доставив образцы с поля в лабораторию, взвешивают образец, перемешивают почву и берут одну-две пробы на определение влажности. Определив потерю воды высушиванием пробы в стаканчике, рассчитывают количество воды во всем объеме почвы в буре и вес сухой почвы, находившейся в буре. Работая с буром малой емкости, можно переносить все содержимое бура в большие алюминиевые стаканы емкостью 250 мл и после взвешивания высушивать целиком.
Вес находившейся в буре сухой почвы в граммах, деленный на объем бура в кубических сантиметрах, дает объемный вес. В зависимости от удельного веса содержащихся в почве минералов, плотности сложения почвы и содержания в ней гумусовых веществ объемный вес пахотного слоя варьирует от 0,6 до 1,4 и может доходить в подпахотных слоях почвы до 1,6-1,8. Объемный вес торфа 0,3-0,9 в зависимости от зольности.
Объемный вес в пахотном слое подвержен значительным изменениям в течение вегетационного периода; для почв, обладающих способностью к набуханию, объемный вес, определенный для влажной почвы, всегда будет меньшим, чем для сухой почвы; для подпахотных слоев изменения не так заметны.
При определении записывают: высоту бура (h, см);
внутренний диаметр режущей части бура (d, см);
объем бура:

Источник