Состав и физические свойства почвы (стр. 2 )

Таблица 6

Приемы определения механического состава почв в поле

Механический состав	Ощущение при растирании пальцами	Вид в лупу	Почва в сухом состоянии	Почва во влажном состоянии	Почва при скатывании
Глинистый	тонкий однородный порошок	крупные песчаные зерна отсутствуют	очень твердая и плотная	вязкая, пластичная, мажется	дает гладкий шарик и длинный шнур без трещин
Суглинистый	не совсем однородный порошок	среди преобладающих тонких частиц ясно видны песчаные	плотная	пластичная	образует шарик с трещинами, длинного шнура не дает
Супесчаный	преобладание песчаных частиц с небольшой примесью глины	-	непрочная	не пластичная	в шарик и шнур не скатываются
Песчаный	присутствие исключительно песчаных зерен	-	сыпучая	образует текучую массу	в шарик и шнур не скатываются

Задание 5. Определить механический состав почвенных образцов визуальным способом.

Контрольные вопросы

1.  Что такое механические элементы почвы?

2.  Что называется скелетом почвы и мелкоземом?

3.  Определения «физический песок» и «физическая глина».

4.  Из каких горных пород образуются фракции песка и фракции глинистых частиц?

5.  Какие механические элементы и почему обладают наибольшей активностью?

6.  Что такое механический состав почвы?

7.  На чем основана классификация почв по механическому составу?

8.  Разновидности почв по механическому составу.

9.  Назовите процентное содержание физической глины различных по механическому составу почв степной зоны.

10.  Положительные и отрицательные свойства песчаных почв.

11.  Положительные и отрицательные свойства глинистых почв.

12.  В каких почвах (глинистых или песчаных) больше содержится кальция и магния?

13.  Удельное сопротивление различных по механическому составу почв.

14.  Влияние механического состава на водный, воздушный, тепловой и питательный режимы почв.

15.  Какие почвы и почему называются легкими?

16.  Какие почвы являются лучшими по механическому составу?

17.  Что называется механическим анализом почв?

18.  Сущность механического анализа почв по методу .

19.  Визуальные полевые методы механического анализа почв.

3. СТРУКТУРА ПОЧВЫ

Цель работы: ознакомиться с классификацией структуры почв по типу и размеру, освоить метод определения структуры.

3.1. Структурно-агрегатный анализ почвы

Совокупность агрегатов различной величины, формы и состава называется почвенной структурой.

Основной элемент структуры – комок, состоящий из элементарных механических частиц, склеенных коллоидными пленками (гумус, ил). Микроагрегаты объединены в макроагрегаты.

Вся система пронизана внутриагрегатными (капиллярными) и межагрегатными (некапиллярными) порами различного диаметра (рис. 3).

Различают три типа структуры: кубовидная, призмовидная, плитовидная. Каждый тип в зависимости от характера ребер, граней и размеров подразделяется на более мелкие единицы (рис. 4).

По размеру агрегатов структуру подразделяют на следующие группы: глыбистая – более 10 мм; макроструктура – 10-0,25 мм; грубая микроструктура – 0,25-0,01 мм; тонкая микроструктура – не менее 0,01 мм.

Наиболее ценной в агромелиоративном отношении является макроструктура размером 10-0,25 мм, обеспечивающая оптимальные условия жизни растений.

Важным свойством структуры является ее водопрочность – способность не разрушаться от воды. На водопрочность почвенной структуры влияют механический состав, содержание гумуса, состав поглощенных оснований.

 

Рис. 3. Пористость культурной структурной почвы (по ):

1 - тонкие, преимущественно капиллярные поры в комках, при смачивании почвы

заполняются водой; 2 - средние поры в комках (ячейки, канальцы), при смачивании на короткий период заполняются водой, потом, после рассасывания ее, воздухом;

3 - крупные поры между комками обычно заполнены воздухом; 4 – капиллярные поры на стыке комков, в сырой почве большей частью заполнены водой.

Рис. 4. Главнейшие виды почвенной структуры (по ): I – тип: 1 - крупнокомковатая; 2 – среднекомковатая; 3 - мелкокомковатая; 4 - пылеватая; 5 - крупноореховатая; 6 - ореховатая; 7 - мелкоореховатая; 8 - крупнозернистая; 9 - зернистая; 10 - порошистая; 11- «бусы» из зерен почвы. I I – тип: 12 - столбчатая; 13 - столбовидная; 14 - крупнопризматическая; 15 - призматическая; 16 - мелкопризматическая; 17 - тонкопризматическая. I I I – тип: 18 - сланцеватая; 19 - пластинчатая; 20 - листоватая; 21- грубочешуйчатая; 22 - мелкочешуйчатая.

Плитовидный тип

Призмовидный тип

Кубовидный тип

Различным типам почв и их генетическим горизонтам присущи определенные формы структуры. Так, комковато-зернистая структура свойственна гумусовому горизонту черноземов, ореховатая и призматическая – иллювиальным горизонтам лесных и лесостепных почв, столбчатая – иллювиальному горизонту солонцов и т. д.

Задание 6. Провести структурно-агрегатный анализ почвы.

Структурно-агрегатный анализ почвы с целью определения доли различных структурных агрегатов чаще проводят по методу . Суть метода заключается в просеивании почвы через набор сит с различными отверстиями. Для этого берут навеску от 0,5 до 2,5 кг воздушно-сухой почвы. Большие комочки разрушают до диаметра 1 см. Отбирают среднюю пробу объемом разовой загрузки и просеивают через колонку сит (диаметр отверстий – 10; 5; 4 3; 2; 1; 0,5 и 0,25 мм). Агрегаты с каждого сита переносят в фарфоровые чашки и взвешивают. Затем рассчитывают долю каждой фракции, в том числе и агрегатов менее 0,25 мм. Оформить результаты определения в виде таблицы и провести оценку структурности по табл. 7.

Таблица 7

Оценка структурного состояния почвы

Содержание агрегатов размером 0,25-10 мм, % от массы воздушно-сухой почвы	Оценка структурного состояния
>80	отличное
80-60	хорошее
60-40	удовлетворительное
40-20	неудовлетворительное
<20	плохое

3.2. Определение водопрочности агрегатов

Определение водопрочности структурных агрегатов почвы по методу , который основан на учете агрегатов, расплывшихся в воде за определенный промежуток времени.

Задание 7. Определить водопрочность структурных агрегатов.

12

В сосуд с водой помещают сито, покрытое фильтровальной бумагой (вода должна смачивать бумагу снизу). На бумаге раскладывают по 10 структурных агрегатов каждой фракции после структурно-агрегатного анализа. Когда произойдет капиллярное насыщение агрегатов, в сосуд осторожно доливают воду так, чтобы она покрывала агрегаты слоем 0,5 см. Через 10 мин подсчитывают количество полностью расплывшихся агрегатов. Водопрочность комочков, не расплывшихся за это время, выражается в процентах (%) от общего количества. Заполнить табл. 8 и рассчитать процент водопрочности.

Таблица 8

Водопрочность структурных агрегатов

Размер агрегатов, мм	Количество агрегатов, шт	Процент водопрочности
взятых для опыта	в том числе нерасплывшихся
>3
3-2
2-1
1-0,5
0,5-0,25

Водопрочность структурных агрегатов при необходимости можно определить путем «мокрого» просеивания по методике .

Контрольные вопросы

1.  Что такое структура почв?

2.  Основные типы и формы структуры.

3.  Какая структура является наиболее ценной в агромелиоративном отношении?

4.  Чем склеены песчинки и пылинки в структурном агрегате?

5.  В чем заключается сущность агрегатного анализа почв?

6.  От чего зависит водопрочность структуры?

7.  Какая структура у черноземов, каштановых почв, солонцов?

4. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ

Цель работы: ознакомиться с основными физическими свойствами почвы и методами их определения.

4.1.  Объемная масса (плотность) почвы

Почва состоит из четырех фаз: твердой, жидкой, газообразной и живой. Твердая фаза представлена минеральными и органическими веществами, жидкая – водой с растворенными в ней соединениями (почвенный раствор), газообразная – воздухом, живая – почвенной флорой и фауной.

В почве с ненарушенным строением минеральная часть занимает в среднем 45% объема, органическое вещество – 7%, почвенный раствор – 23%, воздух – 25%. При испарении воды ее место занимает воздух. Большую часть органического вещества (до 85%) составляет гумус. Корни растений составляют примерно 10%, почвенная флора и фауна – около 5%.

Объемной массой или плотностью почвы называют массу единицы объема абсолютно сухой почвы в ненарушенном сложении. Выражается она в г/см3. При определении плотности узнают массу почвы в определенном объеме со всеми порами и промежутками, имеющимися в почве.

Плотность почвы зависит от механического состава, содержания органических веществ, структурного состояния и сложения.

В вертикальном профиле почв обычно верхние горизонты имеют меньшую плотность, чем нижние горизонты, что объясняется большим содержанием перегноя, лучшей структурой и более рыхлым сложением вследствие обработки.

Плотность почв колеблется от 1,0 до 1,8 г/см3. У почв с небольшим содержанием гумуса плотность около 1,3–1,6 г/см3, в нижних горизонтах почв она составляет 1,6–1,8 г/см3, плотность торфяных горизонтов ниже 1 г/см3. Глинистые почвы в разрыхленном состоянии легче песчаных, в уплотненном – могут быть тяжелее. Знание объемной массы (плотности) почвы необходимо для вычисления запасов воды, воздуха, питательных веществ в различных горизонтах почвы или в целом во всей ее толще.

Задание 8. Определить объемную массу (плотность) почвы.

Порядок проведения работы

1.  Взвешивают на технохимических весах металлический цилиндр (вместимостью около 500 мл) с крышками.

2.  В почвенном разрезе выделяют генетические горизонты или слои, из которых будут брать пробы на плотность почвы.

3.  Снимают с цилиндра обе крышки и врезают его в почву с помощью оголовка или накрывают сверху деревянным бруском толщиной 3-4 см, а затем широким деревянным молотком вколачивают в почву так, чтобы верхний край цилиндра был точно на уровне почвы.

4.  Закрывают цилиндр сверху крышкой. Почву вокруг цилиндра окапывают, подрезают снизу ножом, вынимают цилиндр из почвы. Почву с нижнего конца цилиндра срезают вровень с его краями, закрывают крышкой и очищают наружные стенки от приставшей почвы.

Пробу берут в 3–6-кратной повторности из каждого горизонта. Взяв пробу из верхнего горизонта, берут пробы из нижележащего, для чего верхний слой почвы снимают лопатой и образовавшуюся площадку выравнивают ножом с таким расчетом, чтобы можно было взять пробу повторно. Одновременно берут пробы для определения полевой влажности.

5.  Рассчитать объемную массу почвы по формуле:

,

где dv – объемная масса, г/см3 ;

m – масса сухой почвы в цилиндре, г;

V – объем цилиндра, см3. Его рассчитывают следующим образом:

,

где π=3,14;

r – радиус цилиндра, см;

h – высота цилиндра, см.

Массу сухой почвы m находят по формуле:

,

где А – масса влажной почвы в патроне, г;

W – влажность почвы, %.

Окончательная формула имеет вид

.

4.2.  Удельная масса (плотность твердой фазы) почвы

Удельная масса или плотность твердой фазы почвы – это масса 1 см3 абсолютно сухой почвы без учета пор, т. е. в нарушенном состоянии, выраженная в граммах. Удельная масса твердой фазы зависит от минералогического состава почвы и от количества органических веществ, но не зависит от сложения почвы. Поскольку поры составляют примерно половину объема почв, то масса твердой фазы примерно в 2 раза больше объемной массы.

В среднем удельная масса большинства почв равна 2,5-2,6 г/см3 и изменяется в зависимости от указанных причин. Чем больше почва содержит гумуса, тем меньше ее удельная масса. У торфов удельная масса колеблется от 1,4 до 1,7 г/см3. Песчаные почвы тяжелее глинистых. Некоторые скелетные почвы имеют удельную массу около 3 г/см3.

Знание удельной массы необходимо для расчета пористости почвы. Удельную массу определяют пикнометрическим способом. Для ее вычисления надо знать объем и массу твердой фазы.

Задание 9. Ознакомиться с определением удельной массы почвы пикнометрическим методом и рассчитать ее.

Порядок проведения работы

При пикнометрическим методе объем твердой фазы находят путем вытеснения воды взятой навеской почвы.

1. Образец почвы доводят до воздушно-сухого состояния и просеивают через сито с диаметром отверстий 1 мм.

2. В пикнометр (или мерную колбу) объемом 100 мл наливают до метки прокипяченную и охлажденную дистиллированную воду и взвешивают на аналитических весах (получают «А»).

3. На аналитических весах в стеклянный стаканчик отвешивают 9-10 г просеянной воздушно-сухой почвы.

Одновременно берут навеску для определения гигроскопической влаги (ГВ).

4. Из взвешенного пикнометра выливают примерно ½ объема воды и аккуратно через воронку всыпают в него навеску почвы. Пустой стаканчик взвешивают. По разности между весами стаканчика с навеской и пустого стаканчика находят массу почвы взятой для определения удельной массы (получают «а»).

5. Почву и воду в пикнометре кипятят в течение 30 мин для удаления воздуха.

6. После кипячения пикнометр с содержимым охлаждают, доливают прокипяченную и охлажденную воду до метки и взвешивают на аналитических весах (получают «С»).

7. Расчет удельной массы ведут по формуле:

,

где D – удельная масса, г/см3;

А – масса пикнометра с водой, г;

В – масса абсолютно сухой почвы, г;

С – масса пикнометра с водой и почвой, г.

Навеску абсолютно сухой почвы В находят по формуле:

,

где а – навеска воздушно-сухой почвы;

ГВ – гигроскопическая влага, %.

Оформить результаты определения удельной массы почвы в виде таблицы.

4.3.  Пористость и воздухообеспеченность почвы

Пористостью или скважностью почвы называют суммарный объем пор между ее частицами в единице объема и выражают в процентах.

Общее количество и размеры пор зависят от размера и формы почвенных частиц, их упаковки, наличия микро - и макроагрегатов. Обычно, чем крупнее и однороднее почвенные частицы, тем меньше общая пористость. Пористость песчаных почв равна 30–40 %, суглинистых – 55–65%.

В зависимости от величины пор различают капиллярную и некапиллярную пористость. Капиллярная пористость равна объему капиллярных промежутков почвы (менее 0,03 мм), некапиллярная – объему крупных пор. Различают также межагрегатную и внутриагрегатную пористость. Последняя образуется внутри структурных отдельностей – микро - и макроагрегатов. Эти поры обычно меньшего размера и представлены в основном капиллярами, они создают водоудерживающую и водоподъемную способность почвы. Крупные поры определяют общую влагоемкость, фильтрацию, аэрацию почв (рис. 4).

При обработке почвы пористость увеличивается, но уменьшается доля капиллярных пор. При поливах, наоборот, суммарный объем пор уменьшается, но увеличивается доля капилляров. Наиболее благоприятное сочетание водного и воздушного режимов почвы бывает при соотношении капиллярной и некапиллярной пористости 1:1.

Задание 10. Определить общую пористость и пористость аэрации почвы (воздухообеспеченность).

Общую пористость можно определить, если известна плотность почвы (объемная масса) – dv и плотность ее твердой фазы (удельная масса) – Д по формуле:

,

где S – общая пористость, объем., %;

dv – объемная масса, г/см3;

Д – удельная масса, г/см3 .

Пористость аэрации или воздухообеспеченность почвы – это часть пористости почвы, заполненная воздухом. Она равна разности между объемом общей пористости и объемом воды, которая содержится в почве. В агромелиоративном отношении важно, чтобы почвы имели пористость аэрации не менее 20% общего объема почвы.

Пористость аэрации вычисляют на основании данных общей пористости и объемной массы почвы. Прежде всего необходимо вычислить, какой объем почвы занимает влага, т. е. установить содержание воды в объемных процентах по формуле:

,

где – влажность почвы, объем., %;

dv – объемная масса, г/см3;

w – влажность почвы, вес., %.

Рассчитать пористость аэрации можно по формуле:

,

где Аэ – пористость аэрации, объем. %;

S – общая пористость, объем., %;

– влажность почвы, объем., %.

Задание 11. Рассчитать физические характеристики и заполнить табл. 9 и 10.

Таблица 9

Физические свойства почвы

Название почвы	dv, г/см3	Д, г/см3	S, %	Аэ, %

Контрольные вопросы

1.  Из каких фаз состоит почва?

2.  Что составляет твердую фазу почвы?

3.  Назовите основные физические свойства почвы.

4.  Чем отличаются объемная и удельная масса?

5.  Как изменяется объемная масса почвы от обработки, содержания гумуса?

6.  Оптимальная величина объемной массы почвы для сельскохозяйственных культур.

7.  Как определить объем твердой фазы почвы?

8.  Влияние гумуса на удельную массу почвы.

9.  Объем пор в песчаных и глинистых почвах?

10.  Значение капиллярных и некапиллярных пор и их оптимальное соотношение?

11.  Какие почвы обладают лучшей аэрацией?

12.  Влияние орошения и обработок почв на пористость?

13.  Как влияет влажность на физические свойства почв?

14.  В каких единицах выражается объемная масса, пористость?

ЛИТЕРАТУРА

1.  Кауричев / , , и др.; Под. ред. . – М.: Агропромиздат, 1989. – 719 с.

2.  Добровольский почв с основами почвоведения / . – М.: ВЛАДОС, 1999. – 384 с.

3.  Плюснин почвоведение / ,

. – М.: Колос, 1983. – 318 с.

4.  Практикум по почвоведению / под. ред. . – М.: Агропромиздат, 1986. – 336 с.

5.  Добровольский по географии почв с основами почвоведения / . – М.: ВЛАДОС, 2001. –144 с.

6.  Вадюкина исследования физических свойств почв / , . – М.: Агропромиздат, 1986. – 415 с.

Таблица 10

Исходные данные для расчета физических свойств почвы

Глубина, см	Влажная почва + тара, г	Сухая почва + тара, г	Масса тары, г	Масса воды, г	Масса сухой почвы, г	Объем обоймы, см3	Влажность, %	Объемная масса, г/см3
На гребне
0-5	182,92	169,97	68,82			100
	168,65	156,30	51,00			100
	180,28	164,65	69,36			100
10-15	224,63	196,88	62,18			100
	218,31	197,53	68,86			100
	211,18	188,72	68,75			100
20-25	198,71	176,09	53,16			100
	212,84	193,89	68,56			100
	227,53	204,90	68,66			100
В борозде
0-5	217,15	193,65	69,13			100
	220,84	195,43	69,79			100
	212,34	185,66	55,53			100
10-15	235,45	205,00	55,64			100
	257,45	222,95	52,87			100
	237,06	205,03	52,06			100
20-25	228,78	200,89	54,31			100
	225,37	196,50	53,84			100
	235,39	205,75	54,06			100

19

 

Состав и физические свойства почвы

Методические указания к выполнению практических работ

по дисциплине «Науки о Земле»

Составили: ШМЫГЛЯ ЛЮБОВЬ НИКОЛАЕВНА

ТАТАРИНЦЕВА ЕЛЕНА АЛЕКСАНДРОВНА

Рецензент

Корректор

Подписано в печать Формат 60*84 1/16

Бум. тип. Усл.-печ. л. Уч.-изд. л.

Тираж 100 экз. Заказ Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

Саратов,

Отпечатано в РИЦ СГТУ. Саратов,