3. Плотность почвы и ее определение
Овладеть методикой определения плотности почвы.
Рассчитать объемную массу, весовой объем и общую скважность почвенного образца.
2. Дать оценку степени плотности почвы по отношению к зерновым, пропашным культурам и многолетним травам.
3. Дать рекомендации по регулированию плотности почвы для зерновых и пропашных культур.
Плотность почвы относится к главным физическим свойствам. Она характеризует взаимное расположение почвенных частиц. С ней непосредственно связаны условия механической обработки, водно-воздушный, тепловой и, следовательно, микробиологический и пищевой режимы почвы.
Плотная почва плохо или совсем не впитывает притекающую влагу. При этом на участках, имеющих уклон, наблюдается поверхностный сток, вызывающий водную эрозию. Чрезмерно плотная почва при обработке требует больших тяговых усилий. Для развития корневой системы растениям приходится затрачивать немало усилий на преодоление механического сопротивления. В переуплотненных почвах резко снижается содержание доступной для растений влаги, ухудшаются процессы газообмена между атмосферой и почвой.
Излишне рыхлая почва, обладая хорошей водопроницаемостью, в условиях засушливого климата интенсивно теряет влагу конвекционно-диффузным путем. Семена при посеве, особенно мелкосемянных культур, на таких почвах заделываются неравномерно по глубине, они имеют плохой контакт с почвенными частицами, в силу чего прорастание их задерживается, а всходы получаются изреженными. При оседании рыхлой почвы под посевами деформируется корневая система растений, оголяется узел кущения. Излишне рыхлая почва способствует интенсивной минерализации гумуса. Поэтому очень часто по величине плотности сложения почвы судят о ее окультуренности.
Для количественной оценки плотности почвы используют три показателя: объемную массу, весовой объем и скважность.
Объемная масса почвы — это масса единицы объема абсолютно сухой почвы в естественном состоянии.
Весовой объем почвы определяется отношением общего объема почвы с ненарушенным сложением к ее массе. Этот показатель является обратной величиной объемной массы.
Скважность — суммарный объем промежутков между частицами твердой фазы почвы.
Плотность почвы чаще всего характеризуют объемной массой, что объясняется простотой методики и приборов для ее определения. Она зависят от размеров почвенных агрегатов и их взаимного расположения, механического состава, содержания гумуса, состояния влажности и т.д. Хорошо оструктуренные почвы всегда рыхлее, т.е. имеют меньшую объемную массу, чем бесструктурные. Легкие почвы, как правило, имеют плотность сложения большую, чем почвы тяжелого механического состава, так как последние всегда в какой-то мере оструктурены, а песчаные нет. Чем больше в почве содержится органического вещества, тем меньше ее объемная масса. Так, в пахотном горизонте минеральных почв она составляет 1,0-1,4 г/см 3 , а болотных — 0,2-0,5 г/см 3 .
Разные растения предъявляют различные требования к плотности почвы, а следовательно и к тем условиям, которые связаны с нею. Неодинаковы требования растений к плотности почвы и в различные фазы роста и стадии развития их. Реакция растений на различное состояние плотности зависит от биологических особенностей культур и, в первую очередь, от развития корневой системы.
Г.С. Смородин [11] культурные растения по их отношению к плотности почвы разделил на три группы:
1. Пропашные, требующие для своего развития рыхлые почвы;
2. Зерновые, которые хорошо развиваются на почвах средней плотности;
3. Мелкосемянные культуры (многолетние травы, просо, лен и т.д.), для роста и развития которых благоприятные условия создаются при плотном сложении почвы.
Плотность почвы, при которой складываются наиболее благоприятные условия для роста и развития растений, формирования максимальных урожаев культур, является оптимальной. Оптимальное значение объемной массы для разных типов почв колеблется в пределах от 1,0 до 1,4 г/см.
Плотность почвы имеет ярко выраженную динамику. Пахотный слой, имеющий рыхлое сложение сразу же после проведения обработок, постепенно уплотняется и через некоторое время достигает такой плотности, которая в дальнейшем практически мало изменяется во времени. Такую плотность называют равновесной. Пахотный слой почвы считается рыхлым, если его объемная масса не превышает 1,15 г/см 3 , плотным — от 1,15 до 1,35 и очень плотным — выше 1,35 [12].
Равновесная плотность редко соответствует оптимуму. Поэтому придание оптимальной плотности является одной из важных задач обработки почвы. Если равновесная плотность почвы выше оптимальной для культуры, посев которой планируется на данном участке, то осуществляют рыхление. Если же она ниже оптимальной, то проводят уплотнение (прикатывание). Когда оптимальная и равновесная плотности имеют одинаковое значение, то почва не нуждается в обработке, если она не вызывается другими причинами (уничтожением сорняков, заделыванием удобрений и т.д.). Следует отметить, что необходимость в искусственном уплотнении почвы обычно возникает значительно реже, чем в рыхлении, за исключением высокогумусированных почв в зонах с недостаточным увлажнением.
Снижению плотности почвы кроме механической обработки способствуют также набухание ее при увлажнении, замерзание воды в почве, развитие корневой системы растений, деятельность роющей почвенной фауны, внесение органических удобрений.
Среди факторов, обуславливающих избыточную плотность почвы, следует отметить воздействие ходовых систем тракторов и другой сельскохозяйственной техники. Даже при однократном проходе тяжелых тракторов плотность почвы возрастает на 20-40%. Вред избыточного уплотнения проявляется в ухудшении физических свойств почвы, ее водно-воздушного и пищевого режимов, в повышении сопротивляемости проникновению корней растений и, в конечном счете, снижении урожайности культур.
Переуплотнение почвы ходовыми системами механизмов снижает водопроницаемость в 2-10 раз. Вода в тончайших порах оказывается недоступной растениям. Есть данные в агрономической литературе, свидетельствующие о том, что при высокой плотности почвы доступная для растений влага отсутствует даже при влажности, соответствующей полной влагоемкости. Увеличение объемной массы пахотного слоя почвы на 0,01 г/см 3 выше оптимума приводит к снижению урожайности зерновых культур на 0,6-0,9 ц/га.
Следует отметить, что отрицательная роль повышенной плотности проявляется в меньшей степени на более влажных почвах и наоборот.
Для определения объемной массы почвы разработаны различные методы и приборы, в основу которых положены разные принципы. Наиболее известны буровой, фиксажный, вазелиновый, песчаный методы, а также определение с помощью жидкостей.
Буровой метод основан на взятии образца почвы ненарушенного сложения с помощью цилиндра-бура определенного объема. В настоящее время существует много вариантов буров.
Фиксажный метод основан на применении различных веществ (парафина и некоторых смол и т.п.), фиксирующих взятый образец почвы. Объем зафиксированного образца определяется количеством вытесненной им жидкости или гидростатическим взвешиванием.
Методы вазелиновый и песчаный основаны на измерении объема взятой почвы с помощью сыпучих или жидких веществ. Образец почвы при этом берут без сохранения его естественного сложения. Массу взятого образца почвы определяют путем взвешивания, а объем — путем заполнения образовавшейся пустоты после взятия образца сыпучим или жидким веществом.
В настоящее время разработаны методы, основанные на радиоактивном излучении и взаимодействии гамма — лучей с почвой.
Наиболее распространенным методом определения объемной массы почвы ненарушенного сложения является метод с использованием прибора, разработанного Н.А. Качинским (рис.6).
Рис. 6. Прибор Н.А. Качинского для определения плотности скелета почвы:
1 и 2 – цилиндры-буры; 3 – молоток; 4 и 5 – алюминиевые банки с крышками;
6 – совок; 7 – лопаточка; 8 – шомпол; 9 – нож; 10 – направитель.
Прибор состоит из стальных цилиндров — буров объемом около 100 см 3 (1) и 500 см 3 (2) для взятия почвенных образцов; направителя 10 для вертикального погружения цилиндра в почву; шомпола 8 для вдавливания цилиндра в почву; молотка 3 для забивания цилиндра в уплотненные горизонты почвы; ножа 9, лопаточки 7 и совка 6 для выемки цилиндра с почвой и удаления излишков почвы; алюминиевых банок с крышками 4 и 5 для хранения взятого почвенного образца. Диаметр режущей части цилиндра делается на 1 мм меньше остальной его части для предотвращения деформации почвы при его вдавливании.
Перед отбором почвенных проб на местности выкапывают разрез на глубину определения объемной массы. Для взятия образца почвы на выровненную поверхность ставят цилиндр, предварительно взвесив с крышками вместе (Ро), закрывают его сверху небольшой квадратной доской (10 х 10 см) и, надавливая рукой, погружают в почву.
При погружении в плотный горизонт используют направитель. Для этого в отверстие его вкладывают цилиндр, стенки которого предварительно слегка смазывают вазелином, и, надавливая рукой на шомпол, или, ударяя по нему деревянным молотком, цилиндр погружают в почву.
После полного погружения цилиндра в почву снимают доску или направитель, закрывают цилиндр крышкой, окапывают вокруг ножом или лопаточкой, надрезают почву под цилиндром таким образом, чтобы оставался некоторый излишек ее. Затем цилиндр переворачивают, срезают излишки почвы ножом вровень с краем цилиндра и очищают боковые стенки, закрывают нижней крышкой.
После этого почву из цилиндра переносят в банки, которые плотно закрывают крышкой и устанавливают в специальный ящик с гнездами.
При отсутствии достаточного количества банок почву из цилиндра можно пересыпать в сухой, заранее взвешенный полиэтиленовый пакет с этикеткой (Ро).
Банку или полиэтиленовый пакет с образцами почвы доставляют в лабораторию, взвешивают с точностью до 0,01 г (P1), содержимое высыпают на бумагу и берут две средних пробы почвы по 15-20 г каждая в алюминиевые стаканчики для определения влажности. Предварительно записывают массу (m0) и номер стаканчика в тетради в соответствии с местом и глубиной взятия образца.
При наличии возможности цилиндры с образцами почвы взвешивают на месте в поле (Р1). В этом случае сразу же после взвешивания отбирают почвенные пробы для определения влажности по вышеизложенной методике. Алюминиевые стаканчики с сырой почвой взвешивают (m1) и высушивают в термостате при температуре 105 градусов до постоянного веса. По окончании сушки стаканчики с почвой охлаждают в эксикаторе и взвешивают (m2).
Все данные записывают в соответствующие строки формы 2. Расчеты объемной массы почвы проводятся в следующей последовательности.
1. Влажность почвы (W):
m0 – масса пустого стаканчика, г;
m1- масса стаканчика с почвой до сушки, г;
m2 – масса стаканчика с почвой после сушки г.
2. Масса абсолютно сухой почвы в банке (цилиндре, полиэтиленовом пакете) М:
3. Объем образца почвы (цилиндра) V:
где Д — диаметр цилиндра, см;
Н — высота цилиндра, см;
П — постоянная величина, равная 3,14.
4. Объемная масса почвенного образца (d);
Объемная масса почвы меняется в широких пределах. Для оценки уплотненности почв с различной степенью гумусированности С.И. Долговым предложена следущая шкала (табл. 10).
Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.
Источник
Приборы для точного земледелия. Измерение кислотности и плотности почвы
Одним из наиболее важных параметров в растениеводстве является рН — кислотность почвы.
Одним из наиболее важных параметров в растениеводстве является рН — кислотность почвы. Измерение pH в почве является важной процедурой, поскольку этот показатель напрямую влияет на относительную доступность питательных веществ почв и, как следствие, на потенциал урожайности. Количество присутствующих в почве элементов зависит от ее происхождения и от содержания в ней органических веществ, являющихся источником питательных элементов. Питательные вещества почвы существуют как в виде сложных, нерастворимых комплексов, так и в простых формах, растворенных в почве и доступных растениям. Сложные формы должны быть подвергнуты разложению на более простые и доступные формы, чтобы принести пользу растению.
Из-за неправильной кислотности часть важных питательных элементов могут плохо усваиваться растением, а то и вовсе блокироваться. Если pH находится вне пределов приемлемого диапазона, то урожай будет низким. Как измерить кислотность почвы и повысить потенциал урожайности культур? На сегодняшний день на рынке России существует несколько приборов для измерения pH в почве. Простейший прибор позволяет проводить измерение кислотности зондированием почвы.
Проведение измерений:
1. Уберите любые препятствия мешающие проведению измерений (например, почва на поверхности, трава, листья и камни). Если почва сухая или же содержит много удобрений, то смочите ее водой и оставьте на 25-30 минут до начала проведения измерений уровня pH.
2. Перед проведением измерений тщательно очистите металлическую поверхность электрода прибора мягкой салфеткой. Перед первым применением (новый прибор) рекомендуется погрузить его несколько раз в почву, это поможет удалить с поверхности прибора вероятные масляные пятна, которые могут повлиять на точность измерений уровня кислотности pH и влажности.
3. Для проведения измерений опустите pH-метр в исследуемую почву. Металлическая поверхность электрода должна полностью находиться в земле. Слегка утрамбуйте почву так, чтобы она плотно прилегала к поверхности металлического электрода прибора. Спустя 10 минут после погружения pH метра в почву на дисплее прибора отобразится значение уровня pH или влажности. Иногда прибор может показывать разные значения в зависимости от состояния почвы, плотности ее прилегания к металлической поверхности электрода, влажности и т.д. В связи с этим рекомендуется провести несколько измерений и применить среднее арифметическое значение.
4. После проведения измерений протрите металлическую поверхность электрода прибора мягкой салфеткой для удаления остатков почвы, загрязнений и влаги.
Нормальная кислотность для большинства растений составляет около 7ph, то есть если прибор показывает от 6 до 8, то волноваться не стоит, у почвы нормальная кислотность. Если прибор показывает 5 или 4ph, то кислотность почвы повышена.
Повышенная кислотность почвы не позволяет растениям усваивать многие необходимые элементы, а мы продолжаем их подкармливать удобрениями которые дают кислотную реакцию и растению только хуже, при повышенной кислотности почвы нужно применять удобрения с щелочной или нейтральной реакцией и проводить агроприемы по понижению кислотности.
Усваиваемость железа, марганца и цинка становится меньше по мере увеличения pH от 6,5 до 7,5. Молибден и фосфор, с другой стороны, присутствует в почвах с более высоким уровнем pH. Почва с очень высоким уровнем pH оценивается наличием углекислоты (HCO3), которая может присутствовать в почве в достаточных количествах для того, чтобы поглощать другие ионы, и таким образом вредить оптимальному росту растений.
В последнее время все большую популярность среди фермеров приобретают универсальные рН/ЕС-метры, которые позволяют получить более точные данные не только рН почвы, но и ее электропроводности (качественный показатель содержания в почве минеральных веществ).
Этот прибор и его аналоги широко применяются в растениеводстве, в его работе используется ионометрический метод определения рН. Этот метод основан на измерении милливольтметром-ионометром ЭДС гальванической цепи, включающей специальный стеклянный электрод, потенциал которого зависит от концентрации ионов Н+ в окружающем растворе. Способ отличается удобством и высокой точностью, особенно после калибровки индикаторного электрода в избранном диапазоне рН.
Данный прибор позволяет измерить другой, важный для успешного растениеводства показатель — электропроводность почв. Ее вычисляют по измеренному сопротивлению. Для этого готовят раствор электролита, электропроводность которого известна Xv. измеряют его спротивление Rv в данном сосуде и затем вычисляют константу датчика при известной температуре. Затем, с помощью датчика измеряется сопротивление почвы и с помощью температурных коэффициентов вычисляется электропроводность почвы.
Измерение плотности почвы
Одним из важнейших свойств, влияющих на урожайность сельхозкультур, является плотность почвы. С переуплотнением почвы и «плужной подошвы», как результатом многолетнего применения вспашки, сегодня сталкиваются многие аграриям. Но решить проблему уплотнения, пока не определены его зоны и глубина «плужной подошвы», невозможно.
По мнению ученых, возникновение уплотнений возможно при любом типе почвы. При вспахивании и обработке почвы колеса тяжелой сельскохозяйственной техники давят на поверхность почвы. При постоянном давлении частицы почвы плотнее прилегают друг к другу и заполняют воздушные промежутки, образуя в местах движения техники мощное уплотнение почвы — «плужную подошву». Уплотнения препятствуют поступлению влаги и нормальному развитию корневой системы культур.
Одни типы почв подвержены риску возникновения уплотнений в большей степени, чем другие. При движении техники по поверхности, уплотненный слой почвы будет постоянно утолщаться.
Рис. 1. Определение плотности почвы с помощью измерителя плотности почвы
Согласно результатам многолетних исследований зарубежных и российских ученых, переуплотнение почвы сильно влияет не только на урожайность сельхозкультур, но и рентабельность сельхозпроизводства в целом. Обработка уплотненной почвы требует больших усилий, временных и денежных затрат. Большинство фермеров знают о проблеме уплотнения, но не могут точно определить, где находится уплотненный слой. Попытки найти уплотнения почвы и разрушить плужную подошву при помощи более глубокого вспахивания — это пустая трата сил, времени и денег. К сожалению, сегодня практически отсутствуют экспресс-методы определения плотности почвы, а используемый в сельскохозяйственной практике определения плотности почвы метод «вырезных цилиндров» не только трудоемок, но и требует длительного времени для получения конечного результата.
В последнее время на российском рынке появилось несколько приборов для измерения плотности почвы – плотномеров, которые условно разделяются на два типа: механические и ультразвуковые.
Простой и удобный в работе пенетрометр может не только обнаружить уплотнение почвы, помочь увеличить урожай и уменьшить затраты. С помощью измерителя плотности почвы можно проводить определение плотность почвы; способствовать развитию корневой системы; повысить эффективность минеральных удобрений; обеспечить проникновение влаги в глубокие слои почвы и избежать застоя влаги в поверхностных слоях.
Как работает механический измеритель плотности:
1. Проверить плотность почвы необходимо до проведения операций по ее обработке.
2. Введите щуп пенетрометра медленно в землю с постоянным усилием.
3. Индикатор даст показания в фунтах на квадратный дюйм — это величина усилия, для проникновения в почву или значение плотности.
4. Запишите значения плотности на различных уровнях, отмечая уровни, где усилие сначала увеличивается, а потом уменьшается, т.е. определите слои уплотнения.
5. Проведите несколько измерений в одной и той же зоне для получения наилучшего результата.
6. Проверьте несколько зон. Обратите внимание на то, что влажность почвы может влиять на показания прибора. Когда содержание влаги в почве высоко, данные могут казаться обманчиво низкими. И наоборот, когда почва сухая, то измерения могут оказаться завышенными.
Более точно определить уплотнение почвы позволяет измеритель уплотнения почвы с ультразвуковым датчиком глубины (например, модель SC 900 / SC 900 Soil Compaction Meier).
Этот прибор измеряет сопротивление проникновению с помощью динамометра, дополнительно измеряя глубину проникновения щупа с помощью ультразвукового датчика. При погружении щупа датчик посылает импульсы, улавливает отраженные от почвы импульсы и по временной разнице рассчитывает дистанцию. Получает данные о плотности почвы с каждых 2,5 см глубины. Уплотнение измеряется и отображается на дисплее в PSI (фунт/сила на квадратный дюйм) или в кПа. Запоминающее устройство и порт RS-232 позволяют производить измерение уплотнения почвы с привязкой к координатам местности. Память устройства хранит до 772 профилей (или 579, если используется функция GPS). Включает в себя также кабель подключения к компьютеру для загрузки данных.
Мониторинг плотности почвы на поле является одной из составляющих технологии «точного земледелия». GPS сегодня открывает возможность собирать информацию по состоянию почвы в любой точке поля и принимает решения по выбору технологии механического воздействия, направленного на создание «оптимальной плотности почвы поля». Для подключения GPS приемника требуется 2 кабеля: GPS/DGPS кабель и последовательный интерфейсный кабель.
Источник