Методы гранулометрического и микроагрегатного анализа почв (стр. 1 )

МЕТОДЫ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО И МИКРОАГРЕГАТНОГО АНАЛИЗА ПОЧВ

Гранулометрический анализ почвы

Значение анализа. Почва и порода состоят из смеси различных групп механических элементов, которые могут находиться в них в самых разнообразных количественных соотношениях. Под элементарной механической почвенной частицей понимают обособленную минеральную, органо-минеральную или органическую частицу кристаллического или аморфного строения, все молекулы и атомы которой находятся в химической  взаимосвязи.

Гранулометрический состав почв определяет многие стороны процесса почвообразования и хозяйственного использования почв. Важные физические свойства такие как водопроницаемость, воздухопроницаемость, влагоемкость, количество недоступной влаги в почве и весь ее водно-воздушный ражим  в значительной степени зависит от гранулометрического состава. На почвах различного гранулометрического состава резко различна технология обработки и  применения удобрений. Вся система хозяйственного использования почв в земледелии, лесоводстве, строительстве часто в большей степени определяется гранулометрическим составом, чем другими ее свойствами. Поэтому механический анализ является самым распространенным анализом почв и грунтов.

В 1930 году на II Международном конгрессе почвоведов принята международная классификация элементарных частиц почв по их крупности. Однако в СССР и почти в каждой стране имеется исторически сложившаяся своя классификация.

В таблице 2 мы приводили некоторые распространенные в СССР и за рубежом классификации элементарных механических частиц почв по размерам.

Классификация механических элементов почвы по их крупности

Диаметр механических элементов почвы, мм	Охотин	Качинский	Почвенный институт им.	Диаметр механических элементов почвы, мл	Аттерберг
>20	Хрящи гравий	Крупный	Камни	Камни	>6	гравий	грубый
20-10	Средний	6-2	мелкий
10-7	Мелкий	Хрящ	Крупный	2-0,6	песок	Крупный
7-3	Очень мелкий	Средний и мелкий	0,6-0,2	Средний
3-2	Гравий	песок	крупный	0,2	Мелкий
2-1	Песок	Крупный	0,06	Песчаная пыль
1-0,5	Средний	Песок	Крупный	Средний	0,06-0,02	Ил, суглинистый	Грубый
0,5-0,25	Мелкий	Средний	0,02-0,006	тонкий
0,25-0,05	Песчано-пылеватый	Мелкий	Мелкий	0,006-0,002	Глина, ил коллоидальный	Грубый
0,05-0,01	Пыль	пыль	Крупная	пыль	крупная	0,002-0,0006	тонкий
0,01-0,005	Ил	Средняя	Средняя	0,0006-0,0002	коллоиды
0,005-0,002	Глина	Грубая	<0,0002
0,002-0,001	Тонкая	Мелкая	Мелкая
0,001-0,0005	Ил	Грубый
0,0005-0,0001	Тонкий
<0,0001	Коллоиды

Отдельные группы механических элементов по разному влияют на свойства почвы. Это объясняется различным минералогическим и химическим составом механических элементов и их неодинаковыми физическими и физико-химическими свойствами.

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)

  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;

  з – 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: