Определение влажности почвы (термостатно-весовой метод)
Необходимо помнить, что своевременное и правильное определение влажности почвы позволяет сократить расход водных ресурсов и связанные с ним косвенные расходы на нерациональное использование удобрений, потерю урожая и ухудшение качества продукции. Расчетные методы и рекомендации по оптимальному уровню увлажнения позволяют определять точное количество воды для растений, что препятствует вымыванию удобрений, стимуляторов и гербицидов в нижние слои почвы, а также исключает дефицит воды для растений, позволяя получать высокий урожай экологически безопасной продукции.
Термостатно-весовой метод является основным и наиболее точным методом определения влажности почвы. Также этот метод прост и, несмотря на определенные затраты времени, позволяет обойтись без дорогостоящих приборов.
Для определения влажности требуются следующие инструменты и принадлежности:
1. Бур для забора проб длинной 60-100 см (в зависимости от глубины корнеобитаемого слоя почвы), на котором через каждые 10 см нанесены метки. На фото показан наконечник.
2. Термостойкие стаканчики (бюксы), обычно алюминиевые, которые предварительно взвешивают и наносят пустой вес на крышку. Удобно подобрать коробку, куда плотно выставляются стаканчики для транспортировки в поле.
3. Весы с ценой деления 0,1 г (или 0,01 г) и максимальным измеряемым весом не менее 200 г
4. Сушильный шкаф-термостат с температурой сушки 105°С
Процесс взятия проб выглядит следующим образом: 
Собирается нужное количество стаканчиков, пластина, нож и почвенный бур.
После прибытия на место взятия проб почвы, выбирается место где имеется характерная густота посевов (посадок) растений. Для точности эксперимента необходимо выбрать место забора рядом с корневой системой растения (в рядке, если растения растут на гребне — на самом гребне). После выбора места его слегка притаптывают (но не утрамбовывают), это необходимо для того чтобы сухой верхний слой в процессе не осыпался внутрь лунки.
Затем рядом ставят пластину и на нее стаканчик для почвы. Можно обойтись без пластины если почва сухая, и ко дну стаканчик ничего не прилипает.
Далее буром прокалывают почву до первой метки, слегка поворачивают бур и вынимают. Ножом аккуратно высыпают грунт в стаканчик и сразу плотно его закрывают, во избежание испарения влаги, и ставят в коробку.
Вторую пробу берут до следующей отметки. После того как бур вынули, начиная со второй отметки, необходимо срезать почву выше отметки 10 см, т.к. эта почва которая осыпалась или срезалась наконечником в процессе погружения бура в почву.
Должно получиться так:
Необходимо отметить, что наконечник нужно тщательно очищать от почвы перед каждым погружением.
Если почва в нижних слоях влажная, которая не осыпается (либо забор производится на тяжелых и средних почвах), то для ускорения можно вычищать требуемый слой, а затем выкидывать остатки.
Примечание. Для точности эксперимента необходимо сделать забор проб на одной точке в трех повторностях.
После заполнения всех стаканчиков их аккуратно (чтобы они не перемешались) транспортируют в лабораторию где производят взвешивание и занесение данных в журнал.
Для автоматизации и ускорения расчетов мы используем MS Excel. Заполняем столбцы № бюкса, вес пустого стаканчика, вес стаканчика с сырой почвой. открываем стаканчик и ставим на поднос.
Далее образцы помещаются в сушильный шкаф, в котором выставлена температура 105 градусов С, и сушим не менее 6 часов.
После сушки вынимаем поднос и незамедлительно закрываем стаканчики, чтобы влага из воздуха не адсорбировалась в почву. Затем стаканчики остужаем 10-15 минут и взвешиваем, заполняя в таблице столбик вес стаканчика с сухой почвой.
Расчет в таблице ведется таким образом:
Столбец «Масса сухой почвы (на рисунке обозначен O)» = «масса бюкса с сухой почвой (N)» — «масса бюкса (L)»
Столбец «масса испарившейся воды (P)» = «масса бюкса с сырой почвой (M)» — «масса бюкса с сухой почвой (N)»
Столбец «процент влажности (R) = «масса воды (P)» / «масса сухой почвы (O)» * 100%
Чтобы узнать количество влаги в почве в % от наименьшей влагоемкости, нужно знать количество воды которое слой почвы способен удерживать в порах без сброса в нижние слои. Это определяется опытным путем с помощью заливных площадок на которых измеряют влажность в течение 3-5 дней (в зависимости от типа почвы), когда значение относительной влажности установится на более-менее постоянном уровне — это и следует считать значением 100% НВ (наименьшая влагоемкость или ППВ — предельно-полевая влагоемкость).
Текущее значение влажности слоя почвы в %НВ = «отн. влажность (R)» / «значение отн. влажности при 100% НВ» * 100%
Чтобы определить влажность почвы корнеобитаемого слоя необходимо взять среднее значение всех слоев до нужной глубины.
Для ускорения расчетов нормы полива можно составить таблицу запасов влаги (обычно в т/га или куб.м/га) в разных слоях почвы и при разных значениях %НВ. После этого можно быстро рассчитать необходимое количество поливной воды для фактического значения НВ и планируемого значения НВ, разница и есть норма полива. При разных способах полива норму необходимо немного увеличить, учитывая потери на испарение, сток и т.п. Более подробно о нормах, технике и способах полива можно узнать из наших рекомендаций.
Источник
Определение влажности почвы пробами
Методы определения влажности, максимальной гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений
Soils. Methods of determination of moisture, maximum hygroscopic moisture and moisture of steady plant fading
Дата введения 1990-06-01
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Государственным агропромышленным комитетом СССР
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 27.09.89 N 2924
3. Срок первой проверки — 1994 г.
4. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
Обозначение НТД, на который дана ссылка
Номер пункта, подпункта, приложения
1.2; 2.1.2; 2.2; 3.1.2; 3.2
6. Ограничение срока действия снято по протоколу N 4-93 Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 4-94)
7. ПЕРЕИЗДАНИЕ. Декабрь 2005 г.
Настоящий стандарт распространяется на некаменистые почвы, т.е. почвы, в которых массовая доля частиц крупнее 3 мм не превышает 0,5%, и устанавливает методы определения влажности, максимальной гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений.
1. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ПОЧВЫ
Сущность метода заключается в определении потери влаги при высушивании почвы.
Предельное значение суммарной относительной погрешности метода при доверительной вероятности =0,95 составляет, % от измеряемой величины:
1.1. Метод отбора проб
1.1.1. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение почвенных проб — по ГОСТ 17.4.3.01, ГОСТ 17.4.4.02, ГОСТ 12071, для агрохимических исследований — по ГОСТ 28168.
1.1.2. Пробу, поступившую на анализ, тщательно перемешивают. Методом квартования из нее отбирают две аналитические пробы массой 15-50 г каждая (чем ниже влажность, тем больше масса пробы).
1.2. Аппаратура, материалы и реактивы
Весы лабораторные 4-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 100 г по ГОСТ 24104*.
* С 1 июля 2002 г. введен в действие ГОСТ 24104-2001 (здесь и далее).
Гири аналитические 2-го класса точности по ГОСТ 7328*.
* С 1 июля 2002 г. введен в действие ГОСТ 7328-2001.
Шкаф сушильный с регулятором температуры от 80 до 105°С с погрешностью регулирования до 2°С.
Стаканчики весовые алюминиевые с крышками ВС-1.
Эксикатор исполнения 2 по ГОСТ 25336 со вставкой исполнения 1 по ГОСТ 9147.
Кальций хлористый технический.
1.3. Подготовка к анализу
1.3.1. Подготовку весов, сушильного шкафа, весовых стаканчиков и эксикатора выполняют согласно приложению 1.
1.3.2. Чистые пронумерованные стаканчики ВС-1 сушат в шкафу при температуре (105±2)°С в течение 1 ч, вынимают из шкафа, охлаждают в эксикаторе с хлористым кальцием и взвешивают с погрешностью не более 0,1 г.
1.4. Проведение анализа
1.4.1. Аналитические почвенные пробы помещают в пронумерованные, высушенные и взвешенные стаканчики и закрывают их крышками.
1.4.2. Стаканчики и почву в стаканчиках взвешивают с погрешностью не более 0,1 г.
1.4.3. Стаканчики открывают и вместе с крышками помещают в нагретый сушильный шкаф.
Почву высушивают до постоянной массы при температуре:
(105±2)°С — все почвы, за исключением загипсованных;
(80±2)°С — загипсованные почвы.
Время высушивания до первого взвешивания:
незагипсованных почв: песчаных — 3 ч, других — 5 ч;
загипсованных почв — 8 ч.
Время последующего высушивания:
песчаных почв — 1 ч;
других почв, в том числе загипсованных — 2 ч.
1.4.4. После каждого высушивания стаканчики с почвой закрывают крышками, охлаждают в эксикаторе с хлористым кальцием и взвешивают с погрешностью не более 0,1 г. Если взвешивание производят не позднее 30 мин после высушивания, можно охлаждать закрытые стаканчики на открытом воздухе без эксикатора. Высушивания и взвешивания прекращают, если разность между повторными взвешиваниями не превышает 0,2 г. Почвы с высоким содержанием органического вещества могут при повторных взвешиваниях иметь большую массу, чем при предыдущих, из-за окисления органического вещества при высушивании. В таких случаях для расчетов следует брать наименьшую массу.
1.5. Обработка результатов
1.5.1. Массовое отношение влаги в почве ( ) в процентах вычисляют по формуле
,
где — масса влажной почвы со стаканчиком и крышкой, г;
— масса высушенной почвы со стаканчиком и крышкой, г;
— масса пустого стаканчика с крышкой, г.
За результат анализа принимают среднее арифметическое значение результатов двух параллельных определений. Вычисления проводят до второго десятичного знака с последующим округлением результата до первого десятичного знака.
1.5.2. Допускаемые относительные отклонения результатов параллельных определений от их среднего арифметического при доверительной вероятности =0,95 составляют, % от измеряемой величины:
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 Впр — 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:
Впр = 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).
Впр = 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.
Впр = 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 (Внв) 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;
Внв — 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 (Внв) составляет (формула 46):
Внв = 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:
Внв = 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