Почвоведение

Жетысуский государственный университет им.И.Жансугурова Факультет естественно­технический УЧЕБНО­МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ  по почвоведению для специальности 5В060800­«Экология», 5В011600­«География»   4 УДК 631.4 Талдыкорган 2014г. Рекомендовано: УМС ЖГУ им.И.Жансугурова Протокол №____от ___________ Канагатова А.У. Дисциплина «Почвоведение» 5В060800­«Экология», 5В011600­«География»:  учебно­методические пособие по проведению лабораторных работ. /Канагатова  А.У.  ­Талдыкорган: ЖГУ, 2014­ 70с. В  учебно­методическом   пособие  содержатся   темы   лабораторных   занятий   курса «Почвоведение», включающие в себя вопросы, описания   и принцип работы оборудования для проведения   работ,    лабораторные     задания,   контрольные   вопросы,   список   рекомендуемой литературы. Настоящее руководство подготовлен в соответствии с программой лабораторных занятий по   почвоведению.   Приведены   основные   методики   проведения   занятий.   Описаны   наиболее простые методы физического и химического, а также лабораторного морфологического изучения почв. Изложены краткие сведения теоретического характера с целью лучшего усвоения основных положений курса. Настоящий пособие поможет студентам в приобретении знаний, умений и на­ выков,   необходимых   в   их   будущей   работе   по   избранным   специальностям   в   соответствии   с требованиями квалификационной характеристики.  В   течение   семестра   предусматривается   проведение   15   лабораторных   работ,   тематика которых отражает основные разделы программы данного курса. 5 I. ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНОГО ИЗУЧЕНИЯ ПОЧВ И  ТЕХНИКА ОБРАЩЕНИЯ С НИМ Весы Для того или иного вида количественного анализа почвы требуется проба определенного веса   (навеска).   В   зависимости   от   целей   анализа   навеска   может   иметь   различный   вес   –   от нескольких десятков миллиграммов до килограмма и более. Каждый тип весов рассчитан на определенную нагрузку, больше которой взвешивать нельзя. Поэтому для выполнения разных работ применятся весы разных типов.                Весы  Беранже  (тарелочные)   применятся   для   отвешивания   значительных   количеств почвенной массы весом до нескольких килограммов. Наиболее удобны при работе тарелочные весы грузоподъемностью до 2  кг. Взвешивание на этих весах производится с точностью до 1  г (рис. 1).                    Рис 1. Весы Беранже                            Рис 2. Технические  весы с разновесами Технические весы  наиболее широко используются при лабораторных работах по курсу почвоведение.   Они   состоят   из   коромысла,   опирающегося   ребром   прикрепленной     к     нему посредине   призмы   на   углубление   в   цилиндрической   колонке.   Колонка   имеет   внизу   шкалу   и прикреплена к доске ­ подставке. К середине коромысла присоединена длинная тонкая стрелка, указывающая по шкале отклонения коромысла. К концам коромысла в свою очередь подвешены чашки (рис. 2). 6 К коромыслу   прикреплен  отвес.  Весы   находятся  в  рабочем состоянии,   когда колонка расположена   строго   вертикально.   Это   положение   регулируется   винтами   на   ножках   доски   ­ подставки и определяется по отвесу. Весы   включаются   и   выключаются   при   помощи   арретира­   подвижного   стержня, расположенного внутри колонки. Стержень может быть приподнят или опущен, соответственно коромысло   весов   будет   прочно   закреплено   или   иметь   возможность   колебаться.   Движение стержня   осуществляется   поворотом   круглой   ручки   арретира,   находящейся   впереди   доски   – подставки весов. Указательная стрелка после включения весов должна стоять на 0 (на середине шкалы).   Если   этого   нет,   то   равновесия   добиваются   перемещением   по   винтовой   нарезке уравновешивающих грузиков по концам коромысла. При включенном арретире ни регулировать весы, ни что­либо ставить на чашки нельзя. Взвешивают при помощи набора разновесов от 100 г до 10 мг. Следует иметь ввиду, что точность технических весов обычно составляет 10­25 мг. При взвешивании на левую чашку весов кладут часовое стекло или просто небольшой лист бумаги. На правую чашку весов пинцетом переносят разновесы, уравновешивающие бумагу, или уравновешивают   так   же   бумагой.   Затем   на   правую   чашку   ставят   разновесы,   равные   весу требующейся   навески,   а   на   лист   бумаги   на   левой   чашке   небольшими   порциями   переносят взвешиваемую почвенную массу до тех пор, пока весы не придут в равновесие.       Работая с техническими весами, необходимо соблюдать следующие правила:            1.Все операции (перенос разновесов, добавление взвешиваемого                   материала и пр.) совершать при выключенных весах, которые можно включать лишь для того, что бы проверить равновесие.       2.Взвешиваемое вещество помещать не непосредственно на чашку весов, а на часовое стекло, фарфоровую чашку и т.п.       3.Взвешиваемое вещество помещать на левую чашку весов, а разновесы на правую.       4.Нельзя ставить на чашку весов мокрые, грязные или горячие предметы. Разновесы следует брать не пальцами, а пинцетом.            5.Снимая разновесы с весов, необходимо их сразу же убирать в соответствующие гнезда ящика, в котором они хранятся.       6.Рядом с весами на весовом столе никаких других работ производить не следует. Весы аптекарские  могут с успехом заменять технические весы. Особенно удобны они для работы в помещении, не являющимся стационарной лабораторией, в котором лабораторное оборудование размещается временно. Весы этого типа состоят из металлического коромысла, опирающегося ребром прикрепленной к его середине призмы на подвес. К середине коромысла прикреплена стрелка, направленная вверх. Пластмассовые чашки весом подвешены на шнурках к кольцам, которые соединены с призмами на концах коромысла (рис. 3).  Для работы аптекарские весы подвешивают при помощи кольца, прикрепленного вверху подвеса, на штатив, горизонтально укрепленный стержень и т.п. Под чашки весов подставляют деревянные кубики не дающие колебаться коромыслу при накладывании на чашки взвешиваемого вещества   и   разновесов.   При   взвешивании   кубики   удалят.   Перед   работой   чашки   весов уравновешивают мелкими листиками бумаги. Правила   взвешивания   те   же,   что   и   для   технических   весов.   Как   технические,   так   и аптекарские весы должны находиться на специальном весовом столе, на котором никаких других работ, кроме взвешивания не производят. 7 Рис 3. Аптекарские весы Аналитические весы употребляют для особо точных и ответственных определении. При выполнении лабораторных работ аналитические весы, как правило, не используются, однако они весьма нужны для более точных определений, проводимых при курсовых работах. Взвешивания на весах этого типа производится с точностью до 0,5 – 0,2 мг. Для студенческих работ вполне достаточна точность в 1 мг. Эти весы монтируются в стеклянном ящике, в  котором имеются 2 боковые дверцы, а передняя стенка поднимается Принцип устройства аналитических весов тот же, что и технических, однако конструкция первых значительно более сложная. Корпус весового блока выполнен из нержавеющей стали, а весоизмерительная ячейка ­ из коррозионностойкого материала, что обеспечивает надежность при работе в «агрессивных» средах.  Конструктивно весы состоят из двух блоков: весового и электронного, соединенных между собой кабелем длиной от 1,5 до 5 метров. Такое конструктивное решение позволяет разместить весовой   блок   в   изолированном   боксе,   установить   его   в   дозаторе,   в   другом   помещении,   а электронный блок ­ в удобном для оператора месте. При взвешивании переднее стекло должно быть закрыто, а навеску и разновесы вносят через боковые дверцы.  Электронные   лабораторные   весы  ВК   имеют   возможность   работы   в   нескольких единицах измерения веса  и режимах взвешивания  (рис.4). Лабораторные весы  рекомендуется приобретать в комплекте с калибровочными гирями. Работа от встроенного аккумулятора  Жидкокристаллический индикатор с подсветкой   Подсчет суммарной массы товара  Процентное взвешивание  Счетный режим  Интерфейс RS­232 для связи с PC  Два вида калибровки: линейная и стандартная гирями класса F2. 8 Рис. 4. Электронные весы Нагревательные приборы При   лабораторных   работах   пользуются   различными   нагревательными   приборами: электрическими   плитками,   газовыми   горелками,   термостатами,   муфельными   и   тигельными печами и др. Устройство   электрических   плиток   общеизвестно.   Газовая   горелка   представляет   собой вертикальную   трубу   с   отверстием   внизу,   укрепленную   на   подставке   (рис.5).   По   резиновому шлангу от крана в подставку поступает газ. Через отверстие внизу трубки входит воздух. Газ, смешивающийся с воздухом, зажигается у верхнего конца горелки. Приток воздуха в горелку регулируется вращающейся муфтой. Рис. 5. Газовая горелка                             Рис. 6. Водяная баня                           Для нагревания кипящих при низкой температуре жидкостей, а так же для предохранения от   перегревания   посуды   и   растворов   при   проведении   некоторых   операций   используют   так называемые  водяные   бани.   Это   устройство   позволяет   вести   нагревание   не   посредственно   на пламени газовой горелки или поверхности плитки, а в кипящей воде. Водяная баня для газовой горелки имеет форму полусферы, укрепленной на треножнике (рис.6). Крышка бани состоит из металлических колец, чтобы в это отверстие вошел металлический сосуд, наливают в баню воду 9 и ставят сосуд так, чтобы он частично погрузился в воду. Затем под баню ставят горелку и зажигают ее. Для нагревания вещества на протяжении длительного времени при определенной, не очень высокой   температуре   (обычно   в   интервале   100­200ºС)   применятся  термостаты.   Термостат имеет цилиндрический или прямоугольный корпус с двойными металлическими стенками (рис.7). Между   ними   располагается   обмотка   из   нихромовой   проволки,   пересыпанная   изоляционным материалом.   Внутри   рабочей   камеры   находятся   съемные   жестяные   или   сетчатые   полки,   на которые   ставят   фарфоровые   чашки   или   другую   лабораторную   посуду   с   анализируемым веществом. У термостатов последних выпусков на дверцах имеется смотровое стекло (7.2).  Корпус   укреплен   на   подставке.   Внутри   нее   расположено   устройство,   регулирующее температуру.   На   передней   стенке   подставки   смонтирован   выключатель   прибора   (рис.7,3) сигнальная лампа (рис.7,4)  и ручка терморегулятора (рис.7,5).  Сверху   корпуса   имеется   отверстие   для   термометра   и   вентиляции   (рис.7,6).   В   задней стенке   подставки   выведен   шнур   для   включения   в   электросеть.   Термостат   разогревается   до температуры 100ºС через 1,5­2 часа, поэтому прибор надо включать заблаговременно до начала занятий.  Для нагревания вещества при очень высокой температуре, в частности для прокаливания образцов   почвы   и   золы   растений,   служат  муфельные   и   тигельные   печи.   Они   имеют   разные габариты,   а   максимальная   температура   нагревания   зависит   от   материалов,   из   которых приготовлен нагревательный элемент. Муфельная печь   состоит из корпуса, изготовленного из листовой стали, внутри которого находится шамотный   муфель с нагревательным элементом. Выводные   контакты   расположены   на   левой   стенке   печи   и   защищены   крышкой.   Здесь   же находится ручка терморегулятора (рис.8).                          Рис. 7. Термостаты с прямоугольным и цилиндрическим корпусом: 1 – корпус; 2 – дверца со смотровым стеклом; 3 – выключатель прибора; 4 –сигнальная лампа; 5 – ручка терморегулятора; 6­отверстие для термометра. 10 Рис. 8 . Муфельная печь   Муфель – это толстостенная  коробка из огнеупорного материала. Пространство между корпусом   и   муфелем   заполнено   теплоизоляционным   материалом   (смесью   асбеста   и   слюды). Открытая часть закрывается дверцей с вкладышем из шамота.    При пользовании любыми нагревательными приборами необходимо выполнять требования техники безопасности и соблюдать противопожарные правила. Работая с электрическими приборами, следует обращать внимание на состояние проводов и контактов. Устанавливая какой­ либо сосуд на электроплитку, надо проверить, не касается ли спираль   сосуда.   Газовая   горелка   должна   зажигаться   при   закрытом   отверстии   для   притока воздуха, открывается это отверстие постепенно, чтобы пламя «не проскакивало» внутрь горелки. При   работе   с   газом   должны   быть   включены   вентиляционные   устройства.   Нагревательные приборы должны быть хорошо изолированы (их ставят, например, на лист асбеста) и находиться вдали от легко воспламеняющихся предметов. При окончании работы или уходе из лаборатории нагревательные приборы выключают. Муфельная   и   тигельная   печь —   нагревательное   устройство,   предназначенное   для нагрева разнообразных материалов до определенной температуры (рис. 9). Главной особенностью этой   печи   является   наличие   т. н.   муфеля,   защищающего   обрабатываемый   материал   и являющегося главным рабочим пространством муфельной печи (муфель предохраняет материал или изделие от контакта с топливом и продуктами его сгорания, в том числе газами). Муфельные печи со сменными муфелями и стационарной нагревательной камерой работают по следующему принципу. В постоянно разогретую печь загружается муфель с садкой. После нагрева до заданной температуры   и   выдержки   муфель   извлекается   из   печи   для   охлаждения   и   на   его   место устанавливается другой. 11 Рис. 9. Тигельная печь Приготовление дистиллированной воды На выполнение лабораторных работ расходуется большое количество дистиллированной воды.   Поэтому   важной   задачей   организации   лабораторных   работ   является   обеспечение дистиллированной водой. Приготовление ее не сложно и может быть налажено в любых   условиях   (рис.   10).     Для   этого   на   электрическую   плитку   или   любой   другой нагревательный   прибор   ставят   бачок,   в   крышку   которого   одним   концом   вмонтирована   П­ образная трубка диаметром 4­5  см. Другой ее конец соединен с холодильником (винтообразно изогнутой   трубкой,   помещенной   в   ведро)   и   проходит   сквозь   стенку   ведра   наружу.   В   ведро наливают холодную воду. Пар из бачка по трубке поступает в холодильник, где конденсируется вода.  На конец   трубки  холодильника   надевают     шланг,  по которому дистиллированная  вода стекает в какой­либо сосуд. Дистиллятор имеет следующее устройство (рис. 11).  В стальном цилиндрическом корпусе (рис. 11.1).     расположена камера испарения. В ее дно вмонтированы нагревательные элементы, посредствам кабеля присоединяемые к электросети с напряжением 220 в.  В камере  испарения  вода нагревается,  образующийся  пар    через  патрубок (рис.  11.2). поступает в конденсационную камеру, расположенную внутри конденсатора (рис. 11.3).  Через   ниппель   (рис.   11.4).       в   конденсатор   поступает   холодная   водопроводная   вода, охлаждающая конденсационную камеру. Сконденсированный  дистилят через ниппель (рис. 11.5). вытекает и при помощи резинового шланга собирается в бутыли большой емкости (10­20 л). Вода, использованная для охлаждения пара, затем стекает  по сливной трубе (рис. 11.6).   в уравниватель (рис. 11.7).   оттуда через патрубок (рис. 11.8).     поступает в камеру испарения. Вода в камере испарения поддерживается на постоянном уровне. Избыточная вода стекает через ниппель (рис. 11.9).   12 Рис. 10.Установка для получения                            Рис.11. Дистиллятор   дистиллированной воды                                1­корпус с камерой испарения; 2­   вертикальный                                                                                  патрубок; 3­   конденсационная камера; 4­ниппель                                                                           поступления холодной   воды из водопроводы; 5­                                                                        ниппель   поступления воды из водопровода; 6 ­                                                                                 сливная труба; 7­ уравниватель; 8 ­ горизонтальный                                                                      патрубок; 9 – ниппель избыточной воды На   столе   должна   находится   рабочая   бутыль   дистиллированной   воды   емкостью   10   л, снабженная   простейшим   сифоном   или   выводным   шлангом   с   зажимом.   Из   рабочей   бутыли берется   вода   для   выполнения   анализов,   ополаскивание   посуды,   приготовления   требуемых растворов и т.д. Лабораторная посуда и оборудование Для   определения   химических   и   физических   свойств   почвы,   выполнения   различных анализов,   требуется   специальное   оборудование,   в   первую   очередь   лабораторная   посуда. Наиболее употребительные колбы, стаканы, пробирки, воронки, фарфоровые чашки и тигли. Колбы   применяются   круглые   плоскодонные,   емкостью   100,   250,   500   и   1000  см   ³,   и конические   плоскодонные   (колбы   Эрленмейера),   емкостью   50,   100,   250,   1500   и   2000  см³ (рис.12).   Колбы   бывают   из   простого   стекла   или   термостойкого.Для   проведения   некоторых анализов можно использовать только колбы из термостойкого стекла. Термостойкая стеклянная посуда   помечается   специальным   штампом.   Колбы   и   другую   химическую   посуду   ставить непосредственно на керамику электроплитки или на пламя газовой горелки не рекомендуется. Для нагревания кипячения или выпаривания раствора колбы следует ставить на   асбестовую сетку (рис.13), которую накладывают на электроплитку или на треножник при работе с газовой горелкой.  13 Рис. 12. Колба круглая плоскодонная (а) и коническая (б)           а     б Снятые с нагревательного прибора колбы нельзя ставить на холодную поверхность, так как стекло может треснуть.Стаканы   химические,   так   же   как   и   колбы,   изготавливаются   из обычного и термостойкого стекла.  Емкость стаканов, используемых при лабораторных работах по   почвоведению   100,   200   и   500  см³.     Рис. 13. Асбестовая сетка и треножник       Рис. 14. Химический стакан и пробирка        Помимо   стеклянных   стаканов,   выпускаются   стаканы   из   фарфора,   которые   так   же используются при лабораторных работах. Пробирки имеют размеры 15 *  150 мм  или   20 * 200 мм (рис.14). Пробирки хрупки; для их хранения удобны специальные штативы. По ходу анализа часто приходится нагревать в пробирках растворы. При этом пробирка может лопнуть. Что ­ бы не   повредить   руки,   пользуются   специальным   держателем   (рис.15).   Как   и   другая   стеклянная посуда, пробирки бывают из обычного и термостойкого стекла.  14 Рис.  15. Держатель для пробирок                            Рис. 16. Железный штатив Бунзена                                                                          1­подставка,   2­стойка,  3­крестообразная                                                                           муфта,  4­кольцо,     5­зажимы        Для установки посуды в определенном положении при проведении лабораторных работ применяются железные штативы Бунзена. Штатив состоит из массивной чугунной подставки и стержневой стойки диаметром около 1см  и высотой 80  см  (рис.16) .   К штативу прилагается несколько крестообразных муфт с винтами. Муфты можно свободно передвигать по стержневой стойке и винтом закреплять на нужной стороне. Второй винт муфты служит для закрепления устройств, держащих лабораторную посуду, например кольца различного диаметра и зажимы.  Фарфоровые   чашки  (рис.17)   широко   используется   при   изучении   физических   и химических   свойств   почвы.   Они   применяются   для   высушивания   образцов   почвы   и   ее гранулометрических фракций для выпаривания растворов, сжигания растений и др.      Диаметр чашек от 60 до 250 мм. Фарфоровые   тигли  с   крышками     применяют   для   прокаливания   почвенной   массы   и озоленея растения. Размеры тиглей в диаметре от 25 до 57  мм, по высоте от 20 до 50  мм. Размеры и соотношения диаметра и высоты у тиглей разные. Фарфоровые тигли вставляют в муфельную печь и извлекают оттуда при помощи тигельных щипцов (рис.18).                             Рис.17.Фарфоровая чашка и фарфоровый       Рис. 18.Тигельные шипцы тигель с крышкой Бюксы (рис.19) представляют собой небольшие стаканчики с притертой крышкой. Они служат для точного взвешивания и доведения до постоянного веса пробы почвы в термостате.  15 Измерительные   сосуды   и   приспособления  являются   важной   частью   лабораторного оборудования   для   производства   анализов   почвы.   Для   отмеривания   определенных   растворов, жидких реактивов и воды обычно применяются измерительные цилиндры и мензурки, стенки которых   отградуированы   на   единицы   объема   (рис.20).   Измерительные   цилиндры   и   мензурки выпускают   емкость   от   50   до   1000  см³.   Для   целей   лабораторных   работ   особенно   нужны измерительные цилиндры объемов 1000 см3 с делением в 1 см3.  Для  взятия   заданных   объемов  приготовления  растворов  определенной  нормальности   и выполнения некоторых анализов употребляются  мерные колбы. Они круглые плоскодонные, с меткой на шейке, указывающей ограничительный объем. Измерительные колбы бывают емкостью от 10 до 2000  см³. Наиболее употребительны колбы емкостью 100, 200, 500  см³.  Колбы этого типа при студенческих лабораторных работах можно использовать вместо пикнометров.                                                                                         (а)                               (б)                                Рис. 19.Бюксы                                          Рис.  20.Измерительный цилиндр (а)                                                                 и    мензурка (б)       Для взятия заданных наибольших объемов жидких реактивов и испытуемых растворов используется пипетки. Это стеклянные трубки с расширением посередине  и оттянутым нижним концом   (рис.   21,  а).   На   расширенной   части   указан   объем.   Выше   имеется   метка,   до   которой набирают жидкость. Пипетки бывают объемом от 1 до 100 см³   в кубе. Жидкость набирают до метки при помощи небольшой резиновой груши, надетой на верхний конец пипетки. Ни в коем случае нельзя набирать химические реактивы ртом, втягивая в себя воздух!  Для   очень   точного   отмеривания   разных   объемов   жидкости   служат  бюретки   (Мора). Бюретки  представляют   собой   стеклянные  трубки  с   делением  0,1см3  имеющий   внизу  краник. Приоткрывая краник и  по каплям выпуская жидкость, можно определить объем использованной жидкости с точностью до 0,05 см3. Во избежание вытекание жидкости краник следует смазывать вазелином,   а   что   бы   неопытному   человеку   при   титровании   не   выдернуть   краник,   его прихватывают круглой резинкой.  Переливания   жидкостей   и   фильтрование   растворов   осуществляется   с   помощью стеклянных воронок  (рис. 21, б). Стенки воронки расположены под углом 60 или 450. Конец трубки косо срезан для лучшего стекания жидкости. Диаметр воронок может быть от 10 до 200 мм. Посуда, предназначенная для выполнения лабораторных работ, должна быть совершенно чистой. Мыть посуду нужно сразу после окончания работы,     используя для этого ерши разных размеров,   а   отмывать   ее   после   химических   определений   следует   с   применением   соды   или 16 раствора   хромпика   (хромовокислого   калия).   Непосредственно   перед   проведением   анализов чистую посуду споласкивают дистиллированной водой.  Вымытую посуду не вытирают, а просушивают на специальной сушильной доске (рис. 22) . Такую сушильную доску легко изготовить своими силами или в мастерской.                   Рис. 21. Пипетка (а) и воронка (б)              Рис.22. Сушильная доска  Для   анализа   почвенную   массу   растирают   в  фарфоровых   ступках  фарфоровыми пестиками  (рис.  23). Диаметр ступок обычно 5 – 10  см.  Если  при растирании  требуется  не измельчение минеральных зерен, а лишь разрушение почвенных агрегатов, то на пестик надевают резиновый наконечник или вместо пестика используют резиновую пробку. Часовые стекла используются для взятия навесок почвы на технических и аналитических весах. Для этой целей наиболее удобны стекла диаметром 50 – 70 мм.  Для сохранения подготовленных проб, выделенных фракций и т п. служат  стеклянные колоколы,   или  кристаллизаторы.   Последние   представляют   собой   низкие   плоскодонные цилиндрические сосуды диаметром от 50 до 250  мм  и более. Они употребляются так же при выполнении некоторых лабораторных работ. Предохранение от поглащения влаги из воздуха пробой просушенной почвы, прокаленной золы растений и т п. достигает при помощи эксикатора. Его устройство охарактеризовано ниже, при описании определения полевой влажности почвы.  Твердые   и   сыпучие   реактивы   хранят   в   банках   с   притертыми   стеклянными   пробками. Жидкие реактивы содержат в толстостенных бутылках со стеклянными пробками.   В лаборатории должны находиться реактивы лишь в таком количестве, которые нужно для текущей работы, содержатся  в закрытом вытяжном шкафу. Большие количество кислот, щелочей,   легко   испаряющихся   органических   соединений   должны   храниться   на   специальном складе Помимо   указанного   выше   оборудования,   для   организации   и   проведения   лабораторных работ   требуются   следующие   принадлежности:   стеклянные   трубки   различного   диаметра (преимущественно от 5 до 35 мм),  стеклянные палочки, резиновые пробки и резиновые трубки (шланги) различных диаметров предметные стекла (их нарезают из ненужных фотопластинок), бутылки   емкостью   0,5  л,   стеклянные   консервные   банки   с   плотно   закрывающимися полиэтиленовыми крышками, металлические бюксы с крышками, бутыли емкостью 10 и 20 л  для хранения   дистиллированной   воды,   сверла   для   резиновых   пробок   и   изоляционная   лента   для 17 монтирования установок, восковые карандаши для надписей на стеклянной посуде, марля для изготовления салфеток. В лаборатории должен быть запас фильтровальной бумаги и фильтров разного диаметра. Рис. 23. Фарфоровая ступка с пестикоми резиновой пробкой Для   обработки   аналитических   данных   и   вычерчивания   графиков   необходимо   иметь миллиметровую бумагу, тушь разных цветов и чертежные принадлежности. Характеристика   специальных   приборов   и   отдельных   установок   дается   при   описании лабораторных работ.  18 II. ЛАБОРАТОРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ Физические   свойства   почвы   определяются   состоянием   (составом,   соотношением, взаимодействием и динамикой) четырех фаз вещества почвы: твердой, жидкой, газообразной и живой   (почвенной   бионты).   К   физическим   свойствам   почвы   относятся   гранулометрический состав,   структура,   водные,   воздушные,   тепловые,   общие   физические   и   физико­механические свойства.   Во   многом   эти   свойства   почвы   являются   ее   вновь   приобретенными,   новыми, прогрессивными   по   сравнению   со   свойствами   горных   пород,   из   которых   она   образуется. Физические   свойства   почвы   оказывают   большое   влияние   на   развитие   почвообразовательного процесса, плодородие почвы и условия обитания почвенной бионты. Исследование физических свойств имеет большое значение для производственной оценки (бонитировки)   почвы.   Физические   свойства   почвы   необходимо   учитывать   при   определении системы ее обработки, мероприятий по улучшению ее свойств (мелиорации), противоэрозионных мероприятий.   Данные   лабораторных   анализов   физических   свойств   почвы   используются   при строительстве зданий, инженерных сооружений, в дорожном строительстве. В  ходе  практических  занятий   студенты  должны   освоить  выполнение   анализов  основных физических свойств почвы, уметь проводить агрономическую оценку этих свойств. ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ (МЕХАНИЧЕСКИЙ) И  АГРЕГАТНЫЙ СОСТАВ ПОЧВЫ Гранулометрический состав ­ важнейшая характеристика почвы. Под гранулометрическим составом почв и грунтов подразумевают относительное содержание частиц различной величины. Это содержание обычно выражают в весовых процентах высушенной при 1050 С почвы. От него зависят практически все свойства и, в целом, плодородие. Почти все морфологические свойства почвы   определяются   ее   гранулометрическим   составом,   поэтому   его   изучение   в   поле   и лаборатории является самым необходимым этапом исследования почвы как природного тела. Кроме того, гранулометрический состав почв определяет их физические, водно­физические и физико­механические   свойства:   водопроницаемость,   влагоемкость,   пористость,   усадка   и набухание, воздушный и тепловой режим и др. Знание гранулометрического состава важно при определении   производственной   ценности   почвы,   способов   обработки,   сроков   полевых   работ, нормы удобрений, размещения сельскохозяйственных культур и т.д. Гранулометрический   состав   представляет   собой   соотношение   в   почве   твердых   частиц различного размера. В почве механические элементы агрегированы в структурные отдельности, поэтому   гранулометрический   состав   изучают   после   разрушения   почвенных   агрегатов физическими   (растирание,   кипячение)   или   химическими   методами.   Механические   элементы почвы классифицируют по размеру. Так, частицы размером менее 1 мм называют м е л к о з е м о м . Мелкозем образует основную массу почвы. Частицы крупнее 1  мм  носят название  с к е л е т а почвы. Его участие в почвообразовании невелико, наоборот, скелетные почвы обладают рядом неблагоприятных агрофизических свойств. Кроме того, принято выделять группу частиц мельче 0,01 мм ­ ф из ич е с к у ю  г л ин у  и группу частиц крупнее 0,01 мм ­ ф из ич е с к ий  п е с о к .  Эти подразделения   гранулометрического   состава   довольно   условны,   почвенно­генетическое   и 19 классификационное   значение   имеет   более   дифференцированное   выделение   групп   частиц   ­ ф р а к ц ий  г р а н у л о м е т р ич е с к о г о  с о с т а в а . Лабораторная работа № 1 Тема: Определение гранулометрического состава почв без приборов Цель занятия: изучить методы определения гранулометрического состава почв без приборов. Оборудование: образцы почв, вода, лотки раздаточные. Этот   метод   может   быть   выполнен   в   любых   условиях   и   поэтому   рекомендуется   для массовых анализов при лаборатоных занятиях. Порядок работы 1. Щепотку почвы тщательно растираем в ладони. 2. Небольшое количество материала смачивают водой до консистенции густой вязкой массы. 3. Скатывают шарик диаметром 1­2 см. 4. Раскатывают шнур и сгибают в кольцо (рис.24). 5. Делают выводы о гранулометрическом составе почвы по внешнему виду шнура из почвы. Рис. 24. Показатели определения механического состава почвы  методом раскатывания  Механический состав Вид образца в плане после раскатывания 20 Шнур не образуется — п е с о к Зачатки шнура — с у п е с ь Шнур дробится при раскатыва­ нии— л е г к и й    с у г л и н о к Шнур  сплошной,   кольцо  при свертывании распадается— с р е д н и й    с у г л и н о к   Шнур сплошной, кольцо с тре­ щинами — т  я  ж  е л ы й    с у г ­ л и н о к Шнур   сплошной, кольцо цель­ н о е — г л и н а Вопросы для контроля: 1. Назовите основные фракции гранулометрического состава почвы? 1. Как производится классификация почв по гранулометрическому составу? 2. Назовите   полевые   и   лабораторные   методы   определения   гранулометрического состава почв? Лабораторная работа № 2 Тема: Определение гранулометрического состава почвы по методу Рутковского Цель   занятия:  изучить   методы   определения   гранулометрического   состава   почв   по   методу Рутковского   Оборудование: фарфоровая ступка, пестик с резиновым наконечником (или большая резиновая пробка), сито с диаметром отверстий 0,5 мм, мерные цилиндры на 100, 25, 10 см3, деревянная палочка, химические стаканы емкостью 150 и 500 см3 , секундомер, линейка, технические весы. Реактивы: 5,5% ­ный раствор хлорида кальция.  21 Метод основывается на способности глинистых частиц почв и грунтов набухать в воде. Применение этого метода позволяет выделить глинистую, пылеватую и песчаную фракции без подсушивания исходного материала и без последующего взвешивания фракций. Точность метода оценивается   ±   5%.   Для   классификации   почв   по   результатам   гранулометрического   анализа используют классификацию В. В. Охотина (табл. 1). Порядок работы Для анализа берут средний образец почвы методом квартования. Тщательно перемешанный образец высыпают на лист бумаги и распределяют тонким слоем в виде более или менее ровного круга.   Затем   линейкой   круг   делят   на   четыре   равные   части   (квадранты).   Первый   и   третий квадранты удаляют, а оставшийся материал вновь таким же образом квартуют. После двух ­ трехкратного квартования из средней пробы на технических весах берут навеску массой 30 г. Приготовление: 5,5 г СаС12 растворить в 100 см дистиллированной воды. Определение содержания фракции крупнее 0,5 мм. 1. 30­граммовую   навеску   исследуемой   почвы   в   воздушно­сухом   состоянии   осторожно порциями растирают в фарфоровой ступке пестиком с резиновым наконечником   (или большой резиновой пробкой) и просеивают через сито 0,5 мм до полного освобождения песчаных зерен. Фракцию частиц крупнее 0,5 мм взвешивают и находят ее процентное содержание. Определение содержания песчаной фракции (частицы крупнее 0,05 мм). 2. Просеянную массу  высыпают  в мерный  цилиндр  емкостью 100  см3. Для уплотнения массы   дном   цилиндра   осторожно   постукивают   о   мягкую   подкладку   или   о   ладонь.   Объем уплотненной массы должен составить 10 см3. 3. В цилиндр доливают 50 см3 воды и деревянной палочкой почвенный материал растирают до тех пор, пока на стенках цилиндра не перестанут образовываться мазки глины. 4. Затем воду доливают до 100 см3, содержимое размешивают палочкой и отстаивают 90 с, после чего 70­75 см3 суспензии сливают. В цилиндр снова доливают воды до 100 см3, и операция повторяется до тех пор, пока жидкость после отстаивания не станет почти прозрачной. 5. Суспензию сливают до отметки «15 см3», содержимое взмучивают, доливают водой до 30 см3 и смесь сливают через 30 с.  Отмучивание производят до полного осветления жидкости, после чего воду доливают до 100 см3, содержимое отстаивают и определяют объем песка (V0,05­ 0,5), осевшего на дно цилиндра. Если нижняя часть цилиндра лишена делений, то объем замеряют при   помощи   линейки,   предварительно   определив   ширину   одного   деления   цилиндра   в миллиметрах. 6. Находят   процентное   содержание   х   фракции   0,05­0,5  мм  по   пропорции: 10 см3 соответствует (100 ­ % частиц > 0,5 мм) %, Vo,o5­o,5 соответствует х %. Таблица № 1 % частиц  0,25­2 мм  (песок) ­ ­ Классификация грунтов по механическому составу ( по В.В. Охотину) Наименование Тяжелая глина Глина Пылеватая глина Тяжелый суглинок % частиц ме­ нее 0,005 мм (глина) >60 60­30 30­20 30­20 % частиц  0,005­0,25 мм (пыль) ­ ­ Больше, чем каждой из двух других фракций ­ 22 Больше, чем пылеватых Пылеватый тяжелый суглинок Средний суглинок Пылеватый средний суглинок Легкий суглинок Пылеватый легкий суглинок Тяжелая супесь Пылеватая тяжелая супесь Легкая супесь Песок 30­20 20­15 20­15 15­10 15­10 10­6 10­6 6­3 <3 Больше, чем пылева­ тых ­ Больше, чем пылеватых Больше, чем песчаных ­ ­ Больше, чем песчаных Больше, чем пылеватых ­ Больше, чем песчаных ­ Больше, чем пылеватых ­ Больше, чем пылеватых Определение содержания глинистой фракции (частицы менее 0,005 мм) В цилиндр доливают воды до 50 см3 и анализируемый материал растирают палочкой (как 7. Оставшуюся   часть   навески,   пропущенной   через   сито   0,5  мм,   переносят   в   цилиндр. Объем почвенной массы после уплотнения должен быть равным 5  см3. Для удобства в нижней неградуированной части цилиндра делают отметку, соответствующую 5 см3, или почву отмеряют в цилиндре на 25 см3, а затем пересыпают в цилиндр на 100 см3. 8. указано в п. 3). 9. К полученной суспензии добавляют 3 см3 5,5%­ного раствора хлорида кальция (в качестве коагулятора). Суспензию размешивают и добавляют воды до 100 см3, после чего цилиндр ставят на отстаивание (24 ч). 10. см3 первоначального объема по формуле: После отстаивания замеряют объем набухшей массы и определяют прирост объема на 1                                                              Kv =  ­­­­­­­­­­­  ,           V0                                     V1 – V0 где Kv ­ прирост объема на 1 см3 , Vo ­ начальный объем анализированного материала, V1 ­ объем набухшей массы после 24­часового отстаивания. 11. Содержание глинистых частиц в анализируемом грунте определяют по формуле: х = 22,7 • Кv, где х ­ содержание глинистых частиц, %; Кv, ­ прирост объема на 1 см3 первоначально взятого объема грунта. Вычисление содержания пылеватой фракции (0,05­0,005 мм) Содержание пылеватой фракции определяют как разность от вычитания из 100 % суммы процентного   содержания   глинистых   (<   0,005  мм),   песчаных   частиц   (0,05­0,5  мм)   и   частиц крупнее 0,5 мм. 23 12.По   классификации   грунтов   по   механическому   составу   В.В.   Охотина   (см.   табл.1) определяют наименование почвы по гранулометрическому составу. Задание: 1. Определить гранулометрический состав выданного преподавателем образца почвы из какого­ либо генетического горизонта почвы по методу Рутковского. 2. Получив данные от других студентов, выполняющих анализ образцов из других горизонтов данной почвы, построить график распределения глинистых частиц (< 0,005  мм) по профилю почвы,   откладывая   на   горизонтальной   оси   процентное   содержание   глинистых   частиц,   а   на вертикальной оси ­ глубину отбора образцов. Вопросы для контроля: 1. На чем основаны седиментационные методы определения гранулометрического состава почв?  2. Опишите ход определения гранулометрического состава почвы по методу Рутковского? ПОЧВЕННАЯ ВЛАГА  И ВОДНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВА Цель   занятия:  Получить   представление   о   формах   почвенной   влаги,   освоить   методики определения полевой, гигроскопической влажности почв и их наименьшей влагоемкости. Вода является обязательным компонентом нормально функционирующей почвы. Она играет важнейшую   роль   жизненной   основы   для   почвенной   биоты,   а   также   служит   средой   и непосредственно   участвует   во   многих   почвенных   процессах.   Содержание   воды   в   почве определяет   ее   физико­механические   свойства,   водно­воздушный,   тепловой   и   питательный режимы, передвижение веществ в почве, интенсивность протекания биологических, химических, физико­химических   процессов   и,   в   целом,   является   важнейшим   фактором   почвенного плодородия.   Источником   воды   в   почве   могут   быть   атмосферные   осадки   и   конденсация атмосферной влаги, воды орошения и грунтовые воды. Водные свойства и водный режим почвы зависят   также   от   ее   собственных   свойств:   гранулометрического   состава,   структурного состояния, содержания органического вещества и ряда других показателей. Вода постоянно присутствует в почве в жидком и парообразном состоянии, сезонно или постоянно   (мерзлотные   почвы)   ­   в   твердом   состоянии.   Перемещение   водяного   пара   в   почве происходит   из   области   высокого   в   область   низкого   его   парциального   давления.   Поведение жидкой   фазы   воды   зависит   от   действия   гравитационных,   осмотических,   капиллярных   и сорбционных сил. Существует две категории воды в почве: свободная и связанная. Они, в свою очередь, представлены различными формами почвенной воды. 24 I. Свободная вода присутствует в почве в двух формах ­ гравитационной и капиллярной и играет основную роль в питании растений и функционировании почв. Вода этой категории может свободно перемещаться в почвенном профиле и выполняет функцию транспорта веществ. Гравитационная вода перемещается по профилю почвы под действием гравитационных сил в   относительно   крупных   почвенных   порах.   Она   представлена  п р о с а ч и в а ю щ е йс я   в о д о й атмосферных осадков и орошения и  г р ун т о в о й   в о д о й ,   скапливающейся над водоупорным слоем. Капиллярная   вода  перемещается   по   тонким   порам   почвы   под   действием   разности капиллярных   давлений,   возникающих   при   смачивании   водой   стенок   пор   и   формировании менисков ­ вогнутых поверхностей столбиков воды. Действие сил поверхностного натяжения при смачивании водой твердых частиц вызывает отрицательное давление на поверхности вогнутых менисков, которое компенсируется поднятием воды в капилляре. В зависимости от характера увлажнения различают  к а п ил л я р н о ­ п о д в е ш е н н у ю   воду (при атмосферном увлажнении) и к а п ил л я р н о ­ п о д п е р т у ю   воду (при увлажнении от грунтовых вод). II. Связанная   вода  достаточно   прочно   удерживается   почвенными   частицами   за   счет сорбционного или химического взаимодействия и, в основном, недоступна растениям. Химически связанная вода входит в состав кристаллической решетки почвенных минералов (кристаллогидраты, например, гипс СаS04 ∙2Н2О), прочно удерживается химическими связями и поэтому   непосредственного   участия   в   процессах   функционирования   и   образования   почв   не принимает. Эта форма воды удаляется из почвы при температурах выше 105о С. Гигроскопическая   вода  образуется   в   результате   адсорбции   паров   воды   на   поверхности твердых частиц почвы, непосредственно примыкает к ним в виде пленки из 2­3 ориентированных слоев молекул воды. Обладает повышенной плотностью, не растворяет вещества, растворимые в свободной   воде,   замерзает   при   более   низкой   температуре.   Эта   форма   почвенной   воды сохраняется   в   почве,   находящейся   в   воздушно­сухом   состоянии.   Удаляется   из   почвы   при нагревании ее до 105о С. При остывании почва снова адсорбирует водяные пары из воздуха. Рыхлосвязанная (пленочная) вода представляет собой внешний слой сорбированной воды со   слабой   ориентацией   молекул.   Образуется   при   соприкосновении   твердых   частиц   почвы   с жидкой   водой.   Эта   вода   удерживается   менее   прочно,   чем   гигроскопическая,   и   может перемещаться   от   почвенных   частиц   с   большей   пленкой   к   частицам   с   тонкой   пленкой.   Для растений эта форма воды доступна лишь частично. Основными   водными   свойствами   почвы   являются   водоудерживающая   способность, водопроницаемость и водоподъемная способность. Водоудерживающая   способность  ­   свойство   почвы   удерживать   воду,   обусловленное действием  сорбционных и капиллярных  сил. Наибольшее количество воды, которое способна удерживать почва теми или иными силами, называется в л а г о е м к о с т ь ю . Способность почвы сорбировать парообразную воду называется  г иг р о с к о п ич н о с т ь ю . Почва   тем   гигроскопичнее,   чем   больше   степень   ее   дисперсности,   т.е.   чем   тяжелее   ее гранулометрический состав. Наибольшее количество влаги, которое может сорбировать почва при   влажности   воздуха,  м а к с и м а л ь н у ю г иг р о с к о п ич н о с т ь .   близкой   к   100   %   характеризует   ее П о л н а я   в л а г о е м к о с т ь   ­ наибольшее количество воды, которое может вместить почва при   полном   заполнении   всех   пор   водой.   В   практическом   отношении   особенно   важной характеристикой водоудерживающей способности почвы является н а и м е н ь ш а я  ( п р е д е л ь н о ­ п о л е в а я )   в л а г о е м к о с т ь   ­   наибольшее   количество   воды,   удерживаемое   почвой   после стекания всей гравитационной воды. Наименьшая влагоемкость зависит от гранулометрического и   минералогического   состава,   содержания   гумуса,   структурного   состояния,   пористости   и плотности почвы. Наибольшие значения этого показателя характерны для гумусированных почв тяжелого механического состава, обладающих хорошо выраженной макро­ и микроструктурой. Водопроницаемость  ­  способность   почвы   впитывать   и   пропускать   воду.  В п и т ы в а н ие представляет собой процесс последовательного заполнения почвенных пор водой. Передвижение воды в почве, находящейся в состоянии полного водонасыщения, под действием силы тяжести и 25 напора   называется  ф ил ь т р а ц ие й .   Наибольшей   водопроницаемостью   обладают   легкие   по гранулометрическому составу и хорошо оструктуренные суглинистые и глинистые почвы. Водоподъемная   способность  ­   свойство   почвы   вызывать   восходящее   передвижение содержащейся в ней влаги за счет капиллярных сил. Это свойство имеет большое значение для почв с близким уровнем залегания грунтовых вод. Чем больше водоподъемная способность почв (максимальна у суглинков), тем больше высота капиллярного поднятия (капиллярной каймы) воды и степень гидроморфизма почв. Особенно важно водоподъемную способность почв при близком   залегании   грунтовых   вод   с   высокой   минерализацией,   когда   возникает   опасность засоления почв. Общее   содержание   воды   в   почве,   выраженное   в  %  массы   абсолютно   сухой   почвы, называется  в л а ж н о с т ь ю   почвы.   Лабораторными   способами   определяют   полевую   и гигроскопическую влажность почвы. Определение наименьшей влагоемкости почвы возможно в лаборатории для насыпного образца почвы. Лабораторная работа № 3 Тема: Определение полевой влажности почвы Цель: Изучение методов определения полевой влажности, приобретение практических навыков проведения анализа. Оборудование:  металлические   бюксы   с   крышками,   термостат,   эксикатор,   заполненный хлоридом кальция СаС12, технические весы. Определение полевой влажности почвы позволяет установить общее количество воды (во всех ее формах), содержащееся в почве в момент изъятия пробы. Отбор пробы производится в поле ножом из стенки разреза или почвенным буром в специальный стаканчик (алюминиевый бюкс). Пробы отбирают по горизонтам почвы, или регулярно, через каждые 5­10 см. Если надо взять одну пробу из большого по мощности горизонта (из слоя 50 см), то ее отбирают из средины его или по несколько граммов из средней, верхней и нижней частей. Порядок работы 1. На технических весах определяют массу металлического бюкса с крышкой. 2. Наполняют 1/3 часть бюкса почвой и закрывают крышкой (в таком виде образец можно сохранять не более 1­2 ч). 3. Определяют массу бюкса с почвой и помещают его в термостат при температуре 100­ 105оС.   Крышку   при   этом   снимают   и   надевают   на   дно   бюкса.   Сушить   почву   следует   до постоянного веса (обычно процесс занимает около 6 ч). 26 4. Окончание сушки почвы определяют следующим образом. Через 2 ч после начала сушки бюкс вынимают, охлаждают в эксикаторе (5­10 мин) и взвешивают. Затем просушивают снова в течение 2 ч, охлаждают и взвешивают. Если вес стаканчика остался постоянным (или разница не превышает 5 %), просушивание заканчивают, в противном случае операцию повторяют еще раз. 5. Полевую влажность (Wn) вычисляют по формуле: P1 – P2 Wn =    ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­     . 100% P2 – P0 где Р1 ­ масса бюкса с почвой до высушивания;  Р2 ­ масса бюкса с почвой после высушивания;  Р0 ­ масса бюкса без почвы. Вопросы для контроля: 1. Опишите водные свойства почвы ? 2. Охарактеризуйте водный режим почвы ? 3. Опишите две категории воды в почве:  свободная и связанная?  4. Опишите водоудерживающую способность почвы ?   Лабораторная работа № 4 Тема: Определение гигроскопической влаги Цель: изучить способы определения гигроскопической влаги Оборудование: металлические бюксы без крышек, термостат, эксикатор, заполненный хлоридом кальция СаС12, технические весы. Гигроскопическая   вода  образуется   в   результате   адсорбции   паров   воды   на   поверхности твердых частиц почвы, непосредственно примыкает к ним в виде пленки из 2­3 ориентированных слоев молекул воды. Обладает повышенной плотностью, не растворяет вещества, растворимые в свободной   воде,   замерзает   при   более   низкой   температуре.   Эта   форма   почвенной   воды сохраняется   в   почве,   находящейся   в   воздушно­сухом   состоянии.   Удаляется   из   почвы   при нагревании   ее   до   105оС.   При   остывании   почва   снова   адсорбирует   водяные   пары   из   воздуха. Гигроскопическую влагу определяют в почве, из которой удалены свободная и пленочная вода. Такое   состояние  почвы,  называемое  воздушно­сухим,  достигается  в  том  случае,  когда  почва длительное время находится в сухом помещении. Гигроскопическая влага удаляется из почвы при нагревании ее до температуры 100­105 оС. Порядок работы 1. Методом квартования  из воздушно­сухой  почвы, измельченной и пропущенной через сито с диаметром отверстий 1 мм, берут навеску около 5 г. Навеску переносят в предварительно 27 взвешенный бюкс / или фарфоровая чашка/ без крышки и помещают в термостат с температурой 100­105о С. 2. После  2  ч  просушивания  бюкс извлекают  из  термостата, охлаждают  в  эксикаторе и взвешивают. Затем снова помещают бюкс в термостат на 1­2 ч. Если после второго просушивания масса не уменьшилась, можно рассчитывать гигроскопическую влагу. 3. Влажность (Wr) вычисляют по формуле: P1 – P2 Wr =     ­­­­­­­­­­­­­­­­     . 100% P2 – P0 где P1 ­ масса бюкса с почвой до высушивания;  Р2 ­ масса бюкса с почвой после высушивания;  Ро ­ масса бюкса без почвы.  Гигроскопическая влажность используется для пересчета результатов различных анализов воздушно­сухой   почвы   на   абсолютно­сухую.   Для   этого   рассчитывается   коэффициент гигроскопичности почвы ( К Г ) ,  на который умножают результаты анализа воздушно­сухой почвы 100 + Wr  Кr =      ­­­­­­­­­­­­­     . 100% 100 Переводной коэффициент воздушно­сухой почвы в сухую вычисляют по формуле:                                                  Кr = ­­­­­­­­­­­­­­­­                     100   100 + Wr Вопросы для контроля: 1. Назовите общие физические свойства почвы. Каково их значение для почвенного  плодородия? 2. Опишите методику пикнометрического определения плотности твердой фазы почвы? Лабораторная работа № 5 Тема: Определение наименьшей влагоемкости почвы (из насыпного образца) Цель: изучить методы определения влагоемкости почвы, определить влагоемкость почвы. Оборудование: фарфоровая ступка с пестиком, стеклянная трубка диаметром 2­3 см, длиной 20 см, марля, фильтровальная бумага, высокий химический стакан, железный штатив с зажимом, технические весы. 28 Наименьшую влагоемкость можно определить в лаборатории для почвы с ненарушенным сложением   (отобранной   в   металлический   цилиндр   специальным   приспособлением   ­   буром Качинского), или менее точно ­ для насыпного образца почвы с нарушенным сложением. Порядок работы 1. Стеклянную трубку диаметром 2­3  см,  длиной 15  см  с одного конца обвязывают марлевой салфеткой, под которую подкладывают бумажный фильтр, и определяют массу на технических весах. 2. Трубку заполняют слегка измельченным почвенным материалом до отметки 10­12  см. Для уплотнения материала нижним концом трубки осторожно постукивают о листовую резину. 3. Определяют   массу   трубки   с   почвой   на   технических   весах,   разность   второго   и   первого определения составляет массу почвы 4. Трубку медленно погружают в сосуд с водой таким образом, чтобы уровень воды был на 1 см выше отметки на трубке, и оставляют ее в таком положении на 15 мин. 5. Спустя указанное время трубку с почвой извлекают из воды и в вертикальном положении закрепляют в штативе на 1 мин, чтобы дать возможность стечь избытку воды. 6. Затем трубку снимают со штатива, протирают снаружи фильтровальной бумагой для удаления оставшейся воды и определяют массу на технических весах. 7. Расчет воды, удерживаемой почвой после насыщения, производят по формуле P3  – P2 A =      ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­     .  100% P2 – P 1 где А — количество воды, удерживаемое почвой после насыщения,  Р1 ­ масса трубки,  Р2 ­ масса трубки с почвой, Р3 ­ масса трубки с почвой после ее насыщения водой,  Р2 ­ Рi ­ масса почвы, Р3 ­ Р2 ­ масса воды, удерживаемой почвой после насыщения. 8. Наименьшую влагоемкость  (НВ)  определяют суммированием процентного содержания гигроскопической воды (WГ) и воды, удерживаемой почвой после насыщения (А): НВ = WГ + A. Задание: 1.   Из   почвенного   разреза   или   с   помощью   почвенного   бура   отобрать   пробы   почвы   в алюминиевые   бюксы   через   каждые   10  см  до   глубины   1   ­   1,5  м  для   определения   полевой влажности   почвы.   Одновременно   отобрать   образцы   в   бумажные   пакетики   для   определения гигроскопической влажности и наименьшей влагоемкости данной почвы. 2. В лаборатории произвести определение полевой влажности термостатным методом и оставить   образцы   для   высыхания   до   воздушно­сухого   состояния   для   определения гигроскопической влажности и наименьшей влагоемкости. 3. На   следующем   занятии   определить   гигроскопическую   влажность   почвы   и   ее наименьшую влагоемкость. Результаты анализов занести в табл. 2. 29 Результаты определения водных свойств почвы Таблица 2 Полевая влажность, % Гигроскопическая  влажность, % Наименьшая  влагоемкость, % Глубина отбора  образцов, см 0­10 10­20 20­30 и т.д. 4. Построить   график   распределения   по   профилю   почвы   гигроскопической   и   полевой влажности, а также наименьшей влагоемкости, откладывая по вертикальной оси глубину, а по горизонтальной   оси   ­   значения   отдельных   водных   свойств   почвы   (%),   которые   обозначить разными типами линий. 5. Охарактеризовать водные свойства исследованной почвы. Какие причины, по вашему мнению, привели к полученному распределению водных свойств по профилю почвы? Вопросы для контроля: 1. Назовите и охарактеризуйте основные формы почвенной влаги? 2. Назовите важнейшие водные свойства почвы. От каких факторов зависят            эти свойства? 3. Опишите водоподъемную способность почвы? 4. Опишите методику определение полевой влажности почвы? 5. Как определяют гигроскопическую влажность почвы? 6. Опишите водопроницаемость почвы? 7. Опишите ход определения наименьшей влагоемкости почвы? ОБЩИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ Физические свойства почвы являются важнейшим фактором почвенного плодородия. Они во многом зависят от состава и структурной организации почвы. В свою очередь, физические свойства почвы определяют водный, воздушный, пищевой и тепловой режимы почвы, влияют на развитие почвообразовательного процесса. Изучение и оценка физических свойств почв важны для определения их агрономической ценности, а также для проведения строительных и иных инженерных работ. Выделяют   следующие   физические   свойства   почвы:   общие   физические   свойства,   водные, воздушные, тепловые и физико­механические свойства. На   практике   проводят   массовые   анализы   общих   физических   свойств   почвы:   плотности твердой фазы, плотности сложения и пористости почвы. Плотность твердой фазы почвы (d) ­ это масса, заключенная в единице объема твердой фазы   почвы.   Плотность   твердой   фазы   почвы   представляет   собой   интегрированное   значение плотностей всех компонентов твердой фазы почвы: обломочных, глинистых, новообразованных минералов и органических соединений. Величина плотности твердой фазы почвы зависит, во­ первых, от природы входящих в почву минералов, для которых она колеблется в пределах 2,3 ­ 30 4,0  г/см3,   и,   во­вторых,   от   количества   органического   вещества   (1,4   ­   1,8  г/см3).   Плотность твердой фазы большинства почв составляет 2,4­2,8  г/см3. Знание этого показателя необходимо для   вычисления   общей   пористости   почвы.   Кроме   того,   он   дает   некоторую   ориентировку   в петрографическом   составе   входящих   в   почву   минералов   и   указывает   на   соотношение минеральной и органической частей. Плотностью сложения почвы  ( d V)   называется масса единицы объема абсолютно сухой почвы. Его величина в целинных почвах колеблется от 1,0 до 1,8 г/см3, т.е. ниже, чем плотность твердой фазы. Это связано с тем, что в ненарушенном сложении объем почвы занимает не только твердая   фаза,   но   и   поры   различного   размера.   Плотность   сложения   почвы   зависит   от гранулометрического состава, количества органического вещества, сложения и структуры почвы. Знание   этого   показателя   нужно   для   многих   агрономических   расчетов:   для   определения пористости,   абсолютного   запаса   в   почве   воды   и   других   веществ,   для   расчета   поливных   и промывных   норм,   а   также   доз   удобрений.   Антропогенные   воздействия   на   почву   приводят   к изменению   равновесной   плотности   сложения,   характерной   для   целинных   почв:   происходит уплотнение почвы (например, в подпахотном горизонте при формировании «плужной подошвы») или, наоборот, ее разрыхление. Для агрономической оценки плотности сложения почв можно воспользоваться табл. 3. Общая пористость (Робщ) ­ это суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы почвы. Выражается в процентах от общего объема почвы. Обычно общую пористость определяют расчетным путем, используя значения плотности сложения и плотности твердой фазы почвы. Пористость почвы зависит от гранулометрического состава, структурности, деятельности почвенной биоты, содержания органического вещества, в пахотных почвах от приемов обработки почвы.   В   пределах   почвенного   профиля   пористость   меняется   по   отдельным   генетическим горизонтам,   как   правило,   уменьшаясь   с   глубиной.   Общая   пористость   складывается   из межагрегатных   пор   (пор   аэрации)   и   капиллярных   пор   (пустоты   менее   8  мкм  в   диаметре). Некапиллярная пористость играет важную роль в воздухообмене почвы (аэрации), оптимально, когда   она   составляет   55­65   %   общей   пористости.   Капиллярная   пористость   способствует удержанию влаги в почве. Таблица № 3  Оценка плотности сложения суглинистых и глинистых почв (по Н.А. Качинскому) Плотность сложения, г/см3 < 1,0 1,0 ­ 1,1 Оценка Почва вспушена или  богата органическим  веществом Свежевспаханная почва Плотность сложения, г/см3 Оценка 1,3 ­ 1,4 Почва сильно уплотнена 1,2 ­ 1,3 Почва уплотнена 1,6 ­ 1,8 1,4 ­ 1,6 Типичные величины для  подпахотных горизонтов (кроме  черноземов) Сильно уплотненные иллю­ виальные горизонты Оценку общей пористости можно провести, используя данные табл. 4. Таблица  № 4 Оценка общей пористости суглинистых и глинистых почв в вегетационный период    (по Н. А.  Качинскому) 31