Определить полную влагоемкость почвы

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАГОЁМКОСТИ ПОЧВЫ

Под полной влагоемкостью почвы понимают то количество воды, ко­торое способна удержать данная почва. Определение полной влагоемкости почвы необходимо при постановке опытов с почвенными культурами. Эта работа складывается из двух задач: 1) определения влажности почвы; 2) определения ее влагоемкости.

Для определения влажности почвы в металлический или стеклянный весовой стаканчик (с известным весом) берется навеска почвы и высуши­вается в сушильном шкафу при температуре 100-150° С в течение пример­но 6 часов. После этого стаканчик с почвой ставят в эксикатор, где он ос­тывает, а затем взвешивают. После первого взвешивания высушивание продолжается в течение часа, затем стаканчик с почвой взвешивают еще раз. Если вес стаканчика с почвой не изменился, то после второго взвеши­вания делают соответствующие расчеты. Во многих случаях двукратного высушивания почвы бывает вполне достаточно. В противном случае необ­ходимо продолжить сушку до постоянного веса. Ниже приводим пример расчета влажности почвы.

Определение влажности почвы (вес в г)

Количество воды расчитывают в процентах к весу почвы:

Вычисленный процент воды заносится в последнюю графу вышепри­веденной таблицы.

Для определения влагоемкости употребляют цилиндры с сетчатым дном, впаянным на 1 — 2 см выше нижнего края цилиндра. Диаметр цилин­дра 5-6 см, высота 15-18 см.

Можно брать стеклянные трубки, обвязанные с одного края марлей. Перед тем как насыпать землю в цилиндр, на дно его кладут кружок из полотна или фильтровальной бумаги и цилиндр со смоченным кружком взвешивают; затем в него берут навеску анализируемой почвы. После это­го цилиндр помещают в чашку с водой ( под цилиндр подкладывают стек­лянные палочки, чтобы дать свободный доступ воде ко дну цилиндра ). Нужно следить за тем, чтобы уровень воды в чашке не был ниже дна ци­линдра, но и не стоял высоко. В первом случае почва не будет смачиваться, а во втором — нижний слой будет перенасыщаться водой. Цилиндр сверху покрывают стеклянным колпаком для создания пространства, насыщенно­го порами воды. Когда почва будет смочена до самого верха, цилиндр вы­нимают из чашки, ставят на полотенце или фильтровальную бумагу для удаления излишков воды и затем взвешивают.

Взвешивание обычно производят через 48 часов после закладки опыта. После этого цилиндр снова ставят в чашку с водой и через 2 часа произво­дят вторичное взвешивание. Если вес цилиндра с почвой не изменился, то принимают полученную цифру, в противном случае продолжают насыще­ние почвы водой до постоянного веса. Расчёты для определения влагоем­кости почвы производят следующим образом.

Определение влагоёмкости почвы (вес в г)

Количество поглощённой воды определяют в процентах к весу взятой почвы. Вычисленный процент заносят в соответствующую графу таблицы.

Далее определяют общую (полную) влагоёмкость почвы. Она равняет­ся проценту воды, уже содержащейся в почве (см. табл. 1), и проценту во­ды, поглощённой почвой (см. табл. 2), т.е. 18+22=40(%).

Общая (полная) влагоёмкость рассчитывается на абсолютно сухую почву. Пример соответствующих расчетов приводится ниже.

Определение количества абсолютно сухой почвы в 100 г данной почвы: 100,0-18,0=82,0 (г).

Определение влагоёмкости в 100 г абсолютно сухой почвы:

Обычно при поливе растений поддерживают влажность почвы на уров­не 60-70% от полной влагоёмкости. Ниже мы даем соответствующие рас­чёты.

Определение количества воды на 100 г абсолютно сухой почвы при 60% от полной влагоёмкости:

Определение полной влагоёмкости почвы, а также оптимальной влаж­ности (60-70% от полной влагоёмкости) необходимо для расчётов количе­ства поливной воды в работе с почвенными и песчаными культурами.

Источник

Водные свойства почвы

Министерство образования и науки российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

ВОДНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ

Методические указания

к выполнению практических работ

по дисциплине «Науки о Земле»

для студентов специальности 280201.65 «Охрана окружающей среды

и рациональное использование природных ресурсов»

Одобрено

1. ВОДНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ

Цель работы: ознакомиться с формами воды в почве и способами ее определения, понятиями водных свойств почвы: влагоемкостью, водопроницаемостью, водоподъемной способностью.

Вода является одним из факторов почвообразования, играя важнейшую роль в процессах гипергенеза. В результате растворения и передвижения с водой органических и минеральных соединений формируется почвенный профиль. Вода является необходимым условием развития растений и почвенных микроорганизмов. Передвижение влаги в почве обеспечивает как ее плодородие, так и деградационные процессы (например, водная эрозия).

Под действием сорбционных, осмотических, менисковых и гравитационных сил вода передвигается по профилю почвы и в материнской породе.

1. 1.Формы воды в почве

Влага в почве находится в связанной и свободной форме (рис. 1).

1.Связанная влага представлена химически и физически связанной, к ней же относится лед.

Химически связанная влага входит в состав молекул химических веществ.

Физически связанная влага за счет адсорбционных сил образует полимолекулярные пленки вокруг почвенных частиц и подразделяется на гигроскопическую (прочносвязанную) и пленочную (рыхлосвязанную).

Величина прочносвязанной влаги, т. е. максимальная гигровлага (МГ) является константой для каждого типа почвы.

Суммарное количество гигроскопической и пленочной влаги называется максимальной адсорбционной (молекулярной) влагоемкостью (ММВ) и тоже является константой.

2. Свободная влага подразделяется на капиллярную и гравитационную. К ней же относится парообразная влага, занимающая поровое пространство почвы, свободное от капельно-жидкой воды.

Капиллярная влага удерживается в почве под действием капиллярных сил и перемещается по всем направлениям. Различают капиллярно-подпертую влагу (капиллярная кайма), которая формируется над зеркалом грунтовых вод и капиллярно-подвешенную – формируется в почвенном профиле после увлажнения и стекания гравитационной влаги при глубоких грунтовых водах. Максимальное количество капиллярно-подвешенной влаги называется наименьшей влагоемкостью (НВ) и является константой.

Капиллярная влага является основным источником воды для растений.

Гравитационная влага передвигается под действием силы тяжести сверху вниз; над водоупором она заполняет все поровое пространство, формируя горизонт грунтовых вод. Величина ее называется полной влагоемкостью (ПВ).

Гравитационная вода передвигается в почве под действием силы тяжести. Она легко усваивается растениями в момент ее прохождения через корнеобитаемый слой почвы, но слишком быстротечна.

Грунтовая вода находится в водоносных горизонтах почвы и подстилающих грунтах. В случае слабой минерализации (меньше 1 г/л) она может служить источником питания растений.

К основным водным свойствам почвы относятся влажность, влагоемкость, водопроницаемость, водоподъемная способность.

Влажность – общее содержание воды в почве в любой момент, выраженное в % к массе или единице объема абсолютно-сухой почвы.

Влажность почвы, отражая содержание ее в данное время, может колебаться от избыточной влаги до минимальной – гигроскопической.

Задание 1. Определить гигроскопическую влагу в почве.

Порядок проведения работы

Гигроскопической влагой (ГВ) называют адсорбированную поверхностью почвенных частиц парообразную влагу. Она удерживается почвой с огромной силой и может быть удалена только при нагревании до 100– 105 ºС в течение 5–6 ч, в глинистых почвах – до 8 ч.

При различных исследованиях почвы результаты анализов принято рассчитывать на абсолютно сухую почву, т. е. с учетом находящейся в ней гигровлаги.

Определяют гигровлагу в воздушно-сухой почве, предварительно растертой и просеянной через сито с отверстиями диаметром 1 мм (т. е. в мелкоземе).

Взвесить пустой сушильный стаканчик с точностью до 0,01 г.

Во взвешенный стаканчик насыпать около 15 г почвы и взвесить на тех же весах.

Почву в стаканчике с открытой крышкой просушить в термостате при t 100–105 ºС в течение 5–6 ч.

Стаканчик с закрытой крышкой охладить в эксикаторе и взвесить.

Содержание гигроскопической влаги рассчитать по формуле:

,

где ГВ – гигровлага, % от массы абсолютно сухой почвы;

РВ – масса воды в почве, г;

РП – масса абсолютно-сухой почвы, г.

Результаты определения гигровлаги оформить в виде таблицы.

Различные почвы содержат неодинаковое количество гигроскопической влаги: песчаные – 0,5–1,5%; суглинистые – 2,5–3,5; глинистые – 6–8; торфяные – 18–22 %. Чем больше содержание гумуса в почве, тем больше ее гигроскопичность.

Наибольшее количество воды, которое может почва поглотить из атмосферы, насыщенной парами воды, называется максимальной гигроскопической влажностью или максимальной гигроскопичностью (МГ). Величина МГ зависит от механического состава почвы, количества коллоидов, содержания в ней гумуса и является постоянной (константой) для каждой почвы.

Максимальная гигроскопичность составляет «мертвый запас» влаги в почве для растений.

Для определения МГ используют эксикатор с раствором сернокислого калия, что обеспечивает почти 100 %-ю относительную влажность воздуха. Насыщение почвы парами воды достигается через 3–4 дня. Максимальная гигроскопичность примерно в два раза больше содержания гигровлаги в воздушно-сухой почве. Поэтому в практике допускается определять МГ путем умножения показателя ГВ на коэффициент 2.

По величине максимальной гигроскопичности почвы вычисляется влажность устойчивого завядания растений (ВЗ).

При ВЗ вода недоступна для растений. Величина влажности завядания (ВЗ) для большинства почв равняется МГ, умноженной на коэффициент 1,5.

Влажность завядания растений или «мертвый запас» воды является важной константной характеристикой почвы, которая используется для расчета запаса продуктивной влаги в почве. В суглинистых почвах величина ВЗ составляет 10–12%.

1.2. Виды влагоемкости почвы

Влагоемкость почвы ­­­­­­­­­­­­­­­– свойство вмещать и удерживать определенное количество воды.

Задание 2. Определить максимальную молекулярную (адсорбционную) влагоемкость методом .

Максимальной молекулярной влагоемкостью (ММВ) называется наибольшее количество гигроскопической пленочной воды, удерживаемой частицами почвы за счет сил молекулярного притяжения.

Метод ее определения основан на удалении влаги сверх ММВ с помощью пресса.

Порядок проведения работы

1. Взять 10–15 г почвы, просеянной через сито d= 1мм (мелкозем), в фарфоровую чашку, смочить водой до полного насыщения и тщательно перемешать шпателем.

2. На лист фильтровальной бумаги, покрытой куском марли, положить металлическое кольцо с внутренним отверстием диаметром 4–5 см и равномерно намазать шпателем переувлажненную почву, заполнив отверстие кольца.

3. После снятия кольца на фильтровальной бумаге остается кружок почвы, равный толщине кольца. Этот кружок покрыть кусочком марли и переслоить сверху и снизу фильтровальной бумагой (в 20 листов).

4. Приготовленные таким образом кружочки почвы (5–6 штук) поместить между деревянными прокладками под пресс на 30 мин под давлением около 100 кг/см2. В результате в почве останется лишь молекулярная вода.

5. По окончании прессования кружок почвы быстро очистить от приставших волокон бумаги или марли и перенести во взвешенный стаканчик.

6. Стаканчик с почвой взвесить и просушить в термостате при температуре 100–105 ºС до постоянного веса.

7. Охлажденный после сушки стаканчик с почвой взвесить с точностью до 0,01 г.

8. ММВ вычислить по формуле:

ММВ = ,

где А – масса стакана с сырой почвой, г;

В – масса стакана с абсолютно сухой почвой, г;

С – масса пустого стакана.

Величина ММВ имеет те же зависимости от свойств почвы, что и максимальная гигроскопическая влажность. Она является постоянной для каждой почвы и содержит в себе весьма труднодоступную влагу для растений. ММВ составляет ориентировочно 7–9 % от массы почвы.

Задание 3. Определить капиллярную влагоемкость почвы (КВ).

Капиллярная влагоемкость – максимально возможное содержание капиллярной воды в почве (без перехода ее в гравитационную). Она фактически определяет запасы так называемой продуктивной влаги и водные условия жизни растений. Ее величина зависит от механического и структурного составов почвы, содержания гумуса и состава солей.

Порядок проведения работы

1. Взвесить пустой цилиндр с сетчатым дном и вложенным в него кружочком фильтровальной бумаги с точностью до 0,1 г.

2. Наполнить цилиндр до половины объема воздушносухой почвой, уплотняя постукиванием о ладонь, и взвесить цилиндр с почвой.

3. Поставить цилиндр с почвой в ванночку с водой на фильтровальную бумагу так, чтобы вода была выше уровня дна цилиндра на 0,5 см.

4. После насыщения, когда поверхность почвы в цилиндре увлажнится, вынуть цилиндр из ванночки, промокнуть дно и взвесить.

5. Рассчитать капиллярную влагоемкость почвы по формуле:

КВ = ,

где КВ – капиллярную влагоемкость, %;

С – масса цилиндра с почвой после насыщения, г;

В – масса цилиндра с воздушно-сухой почвой, г;

А – масса пустого цилиндра, г.

Капиллярная влагоемкость, определенная в полевых условиях для конкретной разновидности почв при глубоких грунтовых водах, называется наименьшей влагоемкостью (НВ). Наименьшая влагоемкость характеризует максимальную водоудерживающую способность почвы при промачивании ее сверху. Величина наименьшей влагоемкости зависит от целого ряда характеристик почвы, главным из которых является механический и структурный составы и содержание гумуса.

Наименьшая влагоемкость имеет важное значение в орошаемом земледелии. По ее величине рассчитывают сроки поливов, поливные и промывные нормы, определяют водоотдачу, продуктивную влагу и т. д.

При увлажнении до наименьшей влагоемкости в почве содержится максимальное количество доступной для растений влаги, т. к. 55–75 % пор почвы заполнены водой.

Содержание воды в почве не рекомендуется опускать ниже влажности разрыва капилляров (ВРК), когда воздушные прослойки начинают затруднять водоснабжение растений. В суглинистых почвах эта величина составляет примерно 70–75 % НВ. При этой величине влажности обычно назначают поливы.

Полная влагоемкость (ПВ) – это максимальное содержание воды в почве, равное объему всех пор, трещин и пустот. Она характеризует водовместимость почвы. Полную влагоемкость можно рассчитать по общей пористости почвы: ПВ = S, % от объема почвы и ПВ =, % от массы абсолютно сухой почвы, где S – общая пористость, % объема; d – объемная масса почвы, г/см3.

Задание 4. Рассчитать влажность завядания (ВЗ) растений, продуктивную влагу в почве и полную влагоемкость (ПВ).

Данные водных свойств почв записать в табл. 1.

А пах. Дерново-подзолистая легкосуглинистая

А пах. Чернозем обыкновенный тяжелосуглинистый

1.3. Способы определения и выражения влажности почвы

Простым и наиболее точным способом определения влажности почвы является термостатно-весовой, которым пользовались при определении гигроскопической влаги. Для отбора почвенных образцов используют буры различной конструкции. Отбор образцов производят из слоя 0–5 и 5–10 см, далее до глубины 0,6 м через каждые 10 см, а глубже допускается через 20 см. Исходные данные и результаты взвешиваний и расчетов записывают в специальный журнал (табл. 2).

Влажная почва с тарой, г

Сухая почва с тарой, г

Масса сухой почвы, г

Термостатно-весовой метод определения влажности почвы сравнительно трудоемкий и занимает по времени примерно сутки. Это обусловило поиск и разработку других альтернативных методов.

Спиртовой метод определения влажности почвы отличается от термостатно-весового тем, что сушка образцов производится путем смачивания в спирте и выжигания.

По карбидно-гипсовому методу в свежепробуренные скважины опускают предварительно взвешенные карбидные или гипсовые блоки, которые быстро адсорбируют почвенную влагу. Чем влажнее почва, тем больше насыщаются блоки. Взвесив водонасыщенные блоки и произведя расчеты, определяют влажность почвы.

Тензиометрический способ заключается в том, что в почву помещают тонкопористый керамический датчик, способный в смоченном состоянии пропускать воду в том или ином направлении в зависимости от содержания воды в почве. Величина всасывающего давления регистрируется прибором и пересчитывается на влагозапасы в анализируемом слое почвы.

Электрический способ основан на зависимости электрического сопротивления почвы от ее влажности.

Нейтронный способ определения влажности почвы основан на взаимодействии излучения с ионами водорода воды. Чем влажнее почва, тем больше концентрация ионов водорода и тем сильнее взаимодействие, измеряемое прибором. Специальный щуп постепенно опускается в однажды пробуренную, армированную и многократно используемую скважину.

СВЧ-радиометрический метод предусматривает установку прибора на самолет, облет-зондирование полей и расшифровку данных. Усредненные результаты даются для слоя 0–50 см, но возможна тарировка для более глубоких горизонтов. Метод отличается высокой производительностью.

Расчетный метод позволяет на основании метеорологических данных и биоклиматических коэффициентов рассчитывать суммарное испарение с поля. Зная весенние влагозапасы и эвакотранспирацию, рассчитывают влажность почвы, влагозапасы, сроки и нормы поливов посевов.

Количество влаги в почве характеризуется двумя понятиями: влажностью почвы и запасом влаги в почве. Влажность почвы – это отношение массы влаги в некотором объеме почвы к массе абсолютно сухой почвы в процентах (массовая влажность). Под абсолютно сухой почвой понимается почва, высушенная до постоянного веса при температуре 105–100 ºС.

Влажность почвы также выражают в виде отношения объема влаги к объему почвы в долях объема или процентах (объемная влажность).

Запасы влаги обычно определяют в некотором слое почвы и выражают их в м3 влаги на 1 га или в мм слоя воды (1мм =10 м3/га).

Задание 5. Ознакомиться со следующими способами выражения величин влажности почвы.

1. Влажность в процентах по массе почвы (W – массовая влажность) определяется по формуле:

, или ,

где а – масса влажной почвы;

b – масса абсолютно сухой почвы;

с – масса воды, удаленной высушиванием.

2. Влажность в процентах по объему почвы (е – объемная влажность) находится по формуле:

где d – объемная масса почвы.

3. Относительная влажность от влагоемкости почвы (ПВ, НВ, КВ и др.), выраженная в процентах:

,

где Z – влагоемкость почвы в массовых или объемных процентах.

В сельскохозяйственной практике необходимо знать не только общий запас влаги, но и запас продуктивной влаги в почве. Это можно сделать, если определить полевую влажность, наименьшую влагоемкость (НВ), влажность завядания и объемную массу почвы. По влажности на данный момент и НВ можно определить дефицит влаги в почве, рациональные нормы полива и промывные нормы.

Задание 6. Ознакомиться с определением запаса продуктивной влаги и дефицита влаги в почве и рассчитать их по горизонтам почвы, используя данные табл. 3.

Источник