Морфологические признаки почв (стр. 2 )

Камни и гравий представлены большей частью обломками горных пород и реже отдельными минералами. Группа песка и пыли содержат главным образом отдельные первичные минералы с абсолютным преобладанием кварца. Ил (<0,001мм) представлен преимущественно из глинистых минералов типа монтмориллонита, каолинита, бейделита, иллита и др. Кроме них в составе ила встречаются кварц, ортоклаз, мусковит, гидрогин, окиси железа и гумус почвы.

Химический состав отдельных групп механических элементов так же неодинаков. В песчаных и пылеватых частицах по сравнению илистыми больше содержится кремнезема (SiO2) и меньше R2O3 (Fe2O3+Al2O5). Наиболее доступная часть питательных веществ для растений содержится в илистых частицах.

Главная роль в физико-химических процентах, которые протекают в почвах, принадлежит илистой фракции и особенно коллоидной ее части. Песчаные и пылеватые фракции играют пассивную роль. Так емкость поглощения илистой фракции в 10-15 раз выше, чем пылеватой фракции.

Водные свойства механических элементов также неодинаковы. Так капиллярное поднятие влаги в песчаных фракциях почти не происходит и лишь в мелком песке достигает высоты 3-6 см. Пылеватые и илистые фракциях обладают значительным капилярным подъемом. В такой же зависимости от размера механических элементов находится их влагоемкость – в максимальной степени она выражена в илистых фракциях. Песчаные фракции имеют минимальную влагоемкость. Водопроницаемость же уменьшится с уменьшением размера механических элементов. Почва и почвообразующая порода состоят из смеси различных групп механических элементов, которые находятся в самых разнообразных количественных соотношениях. В одних случаях преобладают крупные механические элементы, в других – мелкие, в третьих – средние и так далее. Относительное содержание в почве или породе механических элементов и называется гранулометрическим (механическим) составом, а количественное определение их называется механическим анализом.

Принцип метода. При механическом анализе почвенный скелет (частицы >1 мм) разделяют на ситах, а мелкозем (частицы <1 мм) определяют наиболее распространенным в настоящее время методом – методом пипетки.

В природных условиях в почвах и грунтах элементарные механические частицы всегда склеиваются в почвенные комочки, агрегаты различного размера. Поэтому механический анализ почвы распадается на две относительно независимые операции: 1) подготовку почвенного образца к механическому анализу, его диспергацию и создание устойчивой почвенной суспензии и 2) собственно механический анализ почвы, т. е. определение относительного содержания в почвенной суспензии элементарных механических частиц различного размера.

Первая операция (разрушения агрегатов и перевод всех механических элементов раздельно частичное состояние) осуществляется химическим и механическим воздействием на почву при подготовке к механическому анализу.

Химическое и механическое воздействие заключается в том, что из почвы удаляют поглощенные двухвалентные катионы (Са и Мg) и добиваются полной диспергации почвенной пробы. При второй операции (собственно механический анализ почвы) навеску почвенного мелкозема (частицы < 1 мм) после диспергации пропускают через сито с отверстием 0,25 мм. Частицы оставшись на сите (1-0,25 мм – крупный и средний песок) высушивают, взвешивают и определяют их процентное содержание. Механические элементы пропущенные через сито с отверстиями 0,25 мм, собирают в цилиндр в виде суспензии. Из этой почвенной суспензии пипеткой берут пробы, на основании которых рассчитывают содержание различных групп механических элементов размером меньше 0,25 мм.

Принцип метода пипетки основан на зависимости существующей между скоростями падения частиц и их диаметром. Если взмутить суспензию и оставить ее затем в спокойном состоянии, то постепенно взмученные частицы осядут. Быстрее будут оседать более крупные по размерам механические элементы, как более тяжелые.

Скорость падения различных по размеру частиц рассчитывают по формуле Стокса: (Stokes, 1845)

2 9

(Д1-Д2)·д η

V= · r2 ·

где V – скорость падения (осаждения) частицы ( в см в секунду)

r – радиус падающей частицы шарообразной формы (в см);

Д1 – удельный вес падающей частицы;

Д2 – удельный вес жидкости, в которой оседает частица;

д – ускорение силы тяжести при свободном падении тела, равное 981 см в секунду;

η – вязкость жидкости.

Зная, с какой скоростью осаждаются механические элементы различного диаметра можно брать пробы почвенных суспензий с определенной глубины, по истечению различных сроков после взмучивания и определить содержание механических элементов.

Выделение скелетной части почвы на ситах

1. При проведении механического анализа прежде всего выделяют камни, хрящ, крупный песок, если они есть в почве. Для этого специально отобранную для механического анализа среднюю пробу в 200 г частями просеивают через сито с отверстием в 1 мм. Почвенные камни раздавливают в ступке пестиком с резиновым наконечником. Просеивание продолжают до тех пор пока на сите останутся только частицы (скелет), которые не поддаются раздавливанию.

2. На оставшихся частицах почвы (скелет) всегда имеется небольшое количество приставших (прилипших) к ним глинистых частиц. Для отделения глинистых частиц от скелета почвы всю ту часть почвы, которая не прошла через сито с отверстием 1 мм переносят в фарфоровую чашку, приливают дистиллированной воды и кипятят около часа, помешивая стеклянной палочкой. После кипячения мутную жидкость сливают повторяют кипячение, пока вода не будет оставаться в чашке прозрачной. Воду сливают,

Результаты взвешивания фракций

Лабораторный номер образца	Глубина взятого образца, см	Навеска почвы, взятая для анализа, г	Содержание фракций в г
>10 мм	10-5 мм	5-3 мм	3-1 мм	<1 мм
а1	а2	а3	а4	а5
31	0-10	200

Содержание отдельных фракций в % от веса почвы высчитывают по формуле:

a1(2345)·100 р

 

X1(2345)= · кГ

где а1(2345) вес отдельных фракций в г;

100 – коэффициент пересчета в проценты;

Р – навеска почвы, взятая для анализа, г;

кГ – коэффициент гигроскопичности.

Примерный расчет

Фракции	Вес фракций в г	Процент к весу абсолютно сухой почвы
5·100 200   >10	а1=5·0	X1= · 1,05=2,6%
7·100 200   10-5	а2 = 7·0	X2= · 1,05=3,7%
6·100 200   5-3	а3 = 6·0	X3= · 1,05=3,2 %
3·100 200   3-1	а4 = 3·0	X4= · 1,05=2,0 %
179·100 200   <1	а5 = 179	X5= · 1,05=88,5 %
Итого	200	100%

оставшиеся в чашке частицы минералов (скелет) высушивают и рассеивают на отдельные фракции через серию сит с диаметром отверстий в 10, 5, 3 и 1 мм. После взвешивания каждой фракции отдельно вычисляют процентное содержание их абсолютно сухую навеску почвы, взятую для анализа. Результаты анализа записывают в таблице в рабочей тетради.

Содержание отдельных фракций в % от веса почвы

Лабораторный номер образца	Глубина взятого образца, см	Навеска почвы, взятая для анализа, г	Содержание фракций в %
>10 мм	10-5мм	5-3 мм	3-1 мм	<1 мм
Р	X1	X2	X3	X5	X5
31	0-10	200

Подготовка почвенных образцов к анализу

I. Кислотно-щелочной анализ метод .

1. Просеянную через 1-миллиметровое сито почву расстилают тонким слоем на стекле или глянцевой бумаге, делят на 10 квадратных участков и роговой ложечкой или совочком равномерно из каждого квадрата берут почву для составления средних проб. Для анализа берут две навески /таблица 5/

Назначение навески	Навеска почвы, г
Суглинистые и тяжелосуглинистые почвы	Супесчаные и песчаные почвы
а) Для определения потери от обработки НСl	10	30
б) Для приготовления анализируемой суспензии	10	30

2. Пробы для анализа отвешивают на часовом стекле (на аналитических весах с точностью до 0,001 г), а затем переносят их в отдельные фарфоровые чашки (а и б).

3. Почвы испытывают на карбонатность. Для этого к почве в чашке прибавляют несколько капель 10%-ного раствора НСl. Если происходит выделение пузырьков СО2, то производят разрушение карбонатов. Для этого в каждую чашку приливают 0.2 н. раствора НСl, перемешивают содержимое чашки стеклянными палочками и дают раствору отстояться. После отстаивания раствор осторожно сливают (не допускать потери почвы при сливе!) и приливают в чашки новые порции 0.2 НСl, перемешивают, дают отстояться и сливают жидкость. Операцию повторяют до прекращения выделения пузырьков СО2.

4. После разрушения карбонатов почву путем постоянного сливания суспензии с помощью 0.05 н. НСl переносят на фильтры в воронках. Причем проба а (для определения потери от обработки соляной кислотой) переносится на предварительно высушенный и взвешенный фильтр.

5. На фильтрах почва промывается 0.05 н. НСl до исчезновения на фильтрате реакции на Са (проба с (NН4)2С2О4). Затем почва промывается дистиллированной водой до исчезновения реакции на Сl (проба с АgNО3). В случае появления мути в фильтрате, что вызывается прохождением коллоидов через фильтр, промывание прекращают даже при наличии реакции на хлор.

6. по окончании промывания проба почвы (а), взятая для определения от обработки соляной кислотой, переносится в заранее взвешенный стаканчик (бюкс) вместе с фильтром и высушивается до постоянного веса. После этого проводят расчет на потерю от обработки, результаты записывают в рабочую тетрадь (таблица 6)

Потери почвы от обработки НСl

Лабоартоный номер образца	Глубина взятия образца, см	Навеска почвы, взята для анализа, г	Вес сухого фильтра, г	Вес пустого бюкса, г	Вес бюкса с почвой и фильтром после высушивания, г	Вес почвы после обработки, г	Потеря обработки в % от веса почвы
а	б	С	Д	д(с+б)	п
31	0-10

7. Расчет потери почвы от обработки ведут по формуле:

[д-(с+б)]·100 а·кГ

 

П=

где [д-(с+б) – вес после обработки НСl, г;

100 – коэффициент пересчета в проценты;

а – навеска почвы, взятая для определения;

кГ – коэффициент гигроскопичности почвы.

8. Другую почвенную пробу (б) смывают с фильтра в фарфоровую чашку слабой струей дистиллированной воды. Затем фильтр очищают от приставших к нему частиц почвы стеклянной палочкой в другой фарфоровой чашке, куда раньше приливают небольшое количество дистиллированной воды. После этого фильтр выжимают и выбрасывают.

9. Из обеих фарфоровых чашек суспензию почвы переносят в коническую колбу емкостью 750 мл, тщательно смывая остатки почвы с чашек дистиллированной водой. После этого в колбу доливают дистиллированную воду приблизительно до 250 мл и прибавляют раствор 1.0 н. NаОН из расчета 1 мл на каждые 10 мг-экв емкости поглощения.

10. Колбу оставляют на 2 часа, при этом ее встряхивают вручную через каждые 15 минут. Затем колбу накрывают воронкой и кипятят в течении часа. Кипение не должно быть бурным. После охлаждения суспензии приступают к определению механического состава почвы методом пипетки.

II. Метод подготовки почв с раствором щавеливо-кислого натрия

1. На аналитических весах берут 20 г (с точностью до 0,01 г) средней пробы почвы, просеянной через сито с отверстиями 1 мм (средняя проба почвы отбирается так же, как описано нами раньше0.

2. Почву помещают в фарфоровую чашку и приливают туда раствор щавеливокислого натрия (26,8 г соли Nа2С2О4 в литре дистиллированной воды), соответствующий двойной емкости обмена анализируемой почвы (например емкость обмена = 10 мг-экв, приливают 20 мл раствора Nа2С2О4).

3. Приливают в чашку еще 20 мл дистиллированной воды. почву тщательно перемешивают с раствором стеклянной палочкой, затем переносят в коническую колбу емкостью 250 мл струей дистиллированной воды.

4. Колбу закрывают воронкой и кипятят в течении 1 часа. Кипение должно быть медленным и равномерным. Реакция замещения обменных оснований происходит по следующему уравнению:

почва) Са+ Nа2С2О4→почва)NaNа +СаС2О4 (нерастворимый осадок).

5. После охлаждения суспензии приступают к определению механического состава почвы методом пипетки. Этот метод применяют для подготовки к механическому анализу некарбонатных и карбонатных почв.

III. Метод растирания с раствором пирофосфата и натрия (Nа4Р2О7)

1.  Из средней пробы образца почвы на аналитических весах берут навеску в 10 г ( с точностью до 0,01 г).

2. Навеску почвы переносят в фарфоровую чашку и приливают туда 4%-ный раствор Nа4Р2О7 (40 г безводной соли Nа4Р2О7 растворяют в 1 л дистиллированной воды). Для почв некарбонатных и незасоленных берут 5 мл раствора, для карбонатных – 10, а для засоленных и гипсоносных – 20 мл.

Na Na Na

Са Са Са

3. Содержимое фарфоровой чашки осторожно, без нажима растирают в течении 15 минут пипеткой с резиновой головкой. Реакция насыщения почвы натрием идет в том случае по следующему уравнению:

почва + Nа4Р2О7→почва +Са2Р2О7 (нерастворимый осадок)

После окончания растирания приступают к определению механического состава почвы методом пипетки.

Мы привели три различных метода подготовки почвы к механическому анализу в зависимости от наличия в лаборатории реактивом можно использовать любой из этих методов, так как они по данным Яо Синь-лян дают практически одинаковые результаты /таблица 7/.

Выходы физической глины и ила при механическом анализе почв в зависимости от различных методов подготовки почв к анализу.

Метод подготовки	Почвы некарбонатные, 12 образцов	Почвы карбонатные, 6 образцов
Физическая глина	Ил	Физическая глина	Ил
Кислотно-щелочной	100	103	81	99
Щавелевокислый	101	102	102	105
Пирофосфатный	100	100	100	100

За 100% принят выход при пирофосфатном принят выход при пирофосфатном методе подготовки. Из данных таблицы 7 видно, что различные методы подготовки почвы к механическому анализу практически равноценны. Однако наиболее универсальным методом подготовки почвы следует все же признать пирофосфатный, так как он значительно сокращает время на подготовку образца к механическому анализу и дает более устойчивую суспензию для образцов засоленных почв.