Методы изучения агрофизических свойств почвы

А.А.ДУДУК, В.Н.ПРОКОПОВИЧ, Н.В.МАРТИНЧИК

ПРАКТИКУМ ПО ЗЕМЛЕДЕЛИЮ

Гродно 2005

ОТ АВТОРОВ

Данное учебное пособие (практикум) подготовлено в соответствии с учебной программой для высших сельскохозяйственных учебных заведений по специальностям 1-740205 «Агрохимия и почвоведение», 1-740201 «Агрономия», 1-740204 «Плодоовощеводство» 1-740202 «Селекция и семеноводство», 1-330103 «Радиоэкология».

Задачей практикума является ознакомить студентов с методами исследований физических свойства почв, помочь изучить биологию и картирование сорных растений, правильно подбирать культуры и составлять классические и контурно-экологические севообороты, разрабатывать энергосберегающие системы обработки почвы в севообороте, давать им энергетическую оценку.

При изучении физических свойств почвы каждый студент получает индивидуальное задание образцов почвы, взятых в разных полях севооборота, разных слоев почвы, что предполагает элементы научных исследований. После выполнения задания группой студентов есть возможность сравнения, полученных результатов и сделать определенные выводы. Элементы научных исследований возможны и при изучении других разделов.

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ АГРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВЫ

1.1 Влажность почвы и методы ее определения

Влажность почвы - содержание влаги в почве, выраженное в процентах к абсолютно сухой почве. Вода в почве является одним из основных факторов ее плодородия. Недостаток или избыток влаги сильно снижают урожайность сельскохозяйственных культур. Знание полевой влажности почвы позволяет судить об обеспеченности растений влагой и давать оценку агротехническим мероприятиям по регулированию водного режима. Влажность почвы, в зависимости от целей исследований, определяют по отдельным частям пахотного слоя или на глубину корнеобитаемого слоя.

Весовой метод

Влажность почвы обычно определяот весовым методом, путем высушивания пробы до постоянной массы. Пробы почвы для определения влажности в полевых условиях берут специальным игольчатым буром, погружая его в почву на заданную глубину. Для получения достоверных данных пробы отбирают в нескольких местах (повторностях). Пробу почвы помещают в предварительно взвешенный алюминиевый стаканчик (2/3 его объема) и взвешивают с точностью до 0,01г. После этого снимают крышку, помещают на нее стаканчик и ставят в сушильный шкаф и высушивают до постоянной массы при температуре 125 – 130^оС. После сушки стаканчик с почвой закрывают крышкой, охлаждают и взвешивают. Высушивание и взвешивание проводят до постоянной массы.

При определении влажности почвы записи ведут по форме; представляемой в таблице 1.

Таблица 1. Влажность почвы

Название изучаемого варианта	Слой почвы, см	Номер стакан-чика	Масса стаканчика, (В),г	Масса стаканчика с почвой до сушки (В1),г	Масса стаканчика с почвой после высушивания (В2),г	Влаж-ность почвы. (W),%
повторение

Влажность почвы определяют по формуле:

W = , где

W – влажность почвы, %

В – масса алюминиевого стаканчика, г

В₁ – масса стаканчика с почвой до сушки, г

В₂ – масса стаканчика с сухой почвой, г

Запас влаги в почве рассчитывается по формуле:

Р= W ^. ρ ^. h т/га или Р= мм/га, где

Р – запас влаги в почве, т/га или мм/га

W – влажность почвы, %

ρ - объемная масса, г/см³

h – мощность изучаемого слоя почвы, см

Оценка запасов продуктивной влаги

(Вадюнина А.Ф., Кургагина З.А.,1986)

Мощность слоя почвы, см	Запасы воды, мм	Качественная оценка запасов воды
0 - 20	>40	Хорошая
40…20	Удовлетворительная
<20	Неудовлетворительная
0 - 100	>160	Очень хорошая
160…130	Хорошая
130…90	Удовлетворительная
90…60	Плохая
<60	Очень плохая

Органолептический метод определения влажности почвы

Влажность почвы в полевых условиях можно определить органолептически. Этот метод менее точный по сравнению с весовым, но он дает возможность ориентировочно устанавливать начало обработки почвы в весенний период.

1. Почва мокрая – при сжатии комка почвы в руке вода сочится сквозь пальцы.

2. Почва сырая – при сжатии комка почвы вода не сочится сквозь пальцы, ладонь увлажняется, почва легко деформируется, при падении с высоты 1 м комок почвы не рассыпается.

3. Почва влажная – приложенный лист фильтровальной бумаги промокает, при падении с высоты 1 м комок почвы распадается на мелкие комочки.

4.Почва свежая – на ощупь прохладная, при падении с высоты 1 м комок почвы распадается на крупные комки, к рукам не прилипает, при растирании в пальцах не пылит.

5.Почва сухая – при растирании пылит.

1.2.Способы выражения влажности почвы

В зависимости от целей, для которых используются данные, влажность почвы может выражаться различными способами.

1. Содержание влаги при определении влажности почвы выражают в процентах от массы сухой почвы:

,

где В – количество воды в почве,

Р_с – масса сухой почвы,г

2. Для расчетов часто необходимо вычислять влажность в процентах от объема почвы. Вычисление производится умножением влажности почвы, выраженной в процентах от массы сухой почвы, на объемную массу.

W_V = W- ρ_v,

где W - влажность в процентах от массы сухой почвы; ρ_v – объемная масса почвы, г/см³.

3. По аналогии с учетом количества выпавших осадков запасы воды в почве выражают в миллиметрах водного слоя. Запас влаги в миллиметрах
в слое почвы 10 см численно равен влажности, выраженной в процентах от объема почвы:

W_мм= W_V

Каждый миллиметр выпавших осадков на 1 га составляет 10 м³, или 10т.

4. В практике, например, при установлении норм полива запасы влаги в почве выражают в кубометрах или тоннах на 1 га, путем умножения
величины влажности в миллиметрах водяного столба (W_мм) на 10:

W_м³ = W_мм ^.10

5. Для оценки степени обеспеченности почвы влагой вычисляют относительную влажность почвы. Относительная влажность представляет
собой отношение количества влаги, содержащейся в почве в данный момент, к количеству воды, насыщающей почву до ее влагоемкости
(полной, полевой).

При влажности почвы в данный момент W, полной влагоемкости W_полн. относительная влажность

W_отн.=

Оптимальной для роста растений является относительная влажность 60-70 % от полной влагоемкости

6. В агрономической оценке водного режима почв важное значение имеет установление количества продуктивной влаги. Продуктивной
влагой называют всю почвенную влагу (в пределах полевой влагоемкости) сверх величины влажности завядания. Запас продуктивной влаги
определяется по разности между фактической влажностью почвы и влажностью завядания растений:

W_пр.= W-W_зав.

Принято считать, что влажность завядания (W_зав) примерно в полтора раза больше максимальной гигроскопичности.

Максимальной гигроскопичностью называют наибольшее количество воды, которое почва может поглотить из воздуха насыщенного парами воды. Максимальная гигроскопичность в очень сильной степени зависит от гранулометрического состава почвы и содержания в ней гумуса. Чем тяжелее гранулометрический состав и больше содержится гумуса в почве, тем больше максимальная гигроскопичность.

Таблица 2

Максимальная гигроскопичность и влажность завядания некоторых почв (в % и массе сухой почвы)

Почва	Влажность завядания	Максимальная гигроскопичность	Отношение влажности завядания и максимальной гигроскопичности
Песчаная	3,3	2,3	1,44
Супесчаная	6,3	4,4	1,45
Мелкосуглинистая	9,7	6,5	1,49
Среднесуглинистая	13,9	9,8	1,42
Тяжелосуглинистая	16,8	11,4	1,43

Для определения максимальной гигроскопичности навеску почвы в бюксах (10-20 г) помещают в эксикатор, на дне которого налит 10-% раствор серной кислоты или насыщенный раствор сернокислого калия. В эксикаторе над этим раствором создается относительная влажность воздуха 95-98%. Насыщение ведется до постоянной массы, что определяется повторным взвешиванием почвы и продолжается в зависимости от условий 2…4 недели. После наступления обычным высушиванием определяется влажность почвы, которая соответствует максимальной гигроскопичности.

7. Наибольшее количество продуктивной влаги, которое может удержать почва, называют продуктивной влагоемкостью. Она определяется по разнице между полевой влагоемкостью почвы ПВ и влажностью завядания растений W_зав:

W_{прод.влаг.}=ПВ – W_зав.

8. При расчете поливной нормы, а также для суждения об обеспеченно­сти растений влагой, устанавливают дефицит запаса почвенной влаги, который подсчитывается по разности между полевой влагоемкостью ПВ почвы и ее влажностью W:

W_д=ПВ-W

Пример. Рассчитать влажность почвы при различных способах ее выражения. Исходные данные: масса воды – 2,9, масса сухой почвы – 21,9 объемная масса почвы - 1,29 г/ см³, максимальная гигроскопичность - 6,5 %; полевая влагоемкостъ -24,4 %; полная влагоемкость 42,9 %.

1. Влажность в % к массе сухой почвы:

2. Влажность в % к объему почвы

W_V= W^. dv=13,2 ^. 1,29 =17,0%

3.Влажность в миллиметрах для слоя почвы 10 см

W_мм= W_V=17,0 мм.

4. Запас воды в тоннах или м³/ га для слоя почвы

10 см

W_м³=W_т=W_мм ^. 10=17,0 ^. 10= 170м³/ га.

Относительная влажность в процентах от полной влагоемкости почвы

Относительная влажность в процентах от полевой влагоемкости почвы

5. Влажность завядания растений;

N_зав.=W_гигр.^.1,5= 6,5^.1,5= 9,7%

6. Запас продуктивной влаги

Wnp =W- W_зав = 13,2 - 9,7 = 3,5 %.

7. Продуктивная влагоемкость

W_{пр.влаг.}= ПВ-W_зав= 24,4-9,7 =14,7%.

8. Дефицит запаса почвенной влаги

W_д = ПВ – W = 24,4 - 13,2 = 11,2 %.

Характеристика водных свойств почвы в различных измерениях приве­дена в табл. 1,2 (глубина слоя почвы -10 см, объемная масса- 1,29 г/см³, масса сухой почвы в слое 10 см - 1290 т/ га).

Таблица 3

Характеристика водных свойств почвы в различных измерениях

	Влажность почвы
Водные свойства почвы	в % к массе сухой почвы	в % к объ­ему почвы	в мм вод­ного слоя	м3/га	в%к полной влагоем-кости
Полевая влажность   влажность	13,2	17,0	17,0		30,8
Максимальная гигроскопичность	6,5	8,4	8,4		-
Влажность завядания	9,7	12?5	12,5	12,5	-
Капиллярная влагоемкость	24,4	31,5	31,5		-
Полная влагоем­кость	42,9	55,3	55,3		-
Запас продуктив­ной влаги	3,5	4,5	4,5		-
Продуктивная влагоемкость	14.7	19.0	19.0		-
Дефицит запаса почвенной влаги	11,2	14,4	14,4		-

1.3. Определение капиллярной и полной

влагоемкости почвы

Почва обладает способностью удерживать воду в мелких капиллярных порах. Капиллярная вода передвигается под действием менисковых сил. Наибольшее количество воды, которую может удержать почва при непо­средственном соприкосновении с уровнем грунтовых вод, называют капиллярной влагоемкостью. Плотные почвы тяжелого гранулометриче­ского состава с повышенной капиллярной пористостью отличаются более высокой капиллярной влагоемкостью.

При близком залегании уровня грунтовых вод капиллярная влагоемкость примерно достигает полевой влагоемкости, под которой понимают наибольшее количество воды, удерживаемое почвой в подвешенном состоянии без подтока воды снизу. Следовательно, по капиллярной влагоемкости можно определить приближенно величину полевой влаго­емкости, знание которой позволяет установить: 1) продуктивную влагоемкость почвы, то есть наибольшее количество доступной для растений влаги, которое может содержать почва; 2) пористость аэрации; 3) капил­лярную пористость.

При увлажнении почвы, равном полевой влагоемкости, необходимо применять меры для предотвращения капиллярного подтока воды к поверхности и ее испарения из почвы путем рыхления поверхности.

Капиллярная влагоемкость в лабораторных условиях определяется ме­тодом насыщения образцов почвы ненарушенного сложения в цилиндрах на мокрой фильтровальной бумаге

Порядок выполнения работы.

1. Для определения капиллярной вла­гоемкости используют образец в цилиндре после определения плотности. Крышки цилиндров снимают, с нижней стороны цилиндра подвязывают марлю с фильтровальной бумагой, чтобы предотвратить потерю почвы. Марля и фильтровальная бумага в увлажненном состоянии должны быть взвешены. К этой массе плюсуют массу цилиндра с почвой до насыщения. Цилиндр с почвой ставят в ванну на фильтровальную бумагу, концы которой опущены в воду. Крышки кладут на верх цилиндра. Насыщение длится 1-4 дня в зависимости от гранулометрического состава и содер­жания органического вещества в почве и от ее исходной влажности.

Полное насыщение капилляров влагой определяется по изменению окраски почвы в верхней части цилиндра, что происходит при капиллярном увлажнении всей почвы в цилиндре. После насыщения воду из марли слегка отжимают, цилиндр с почвой и крышками взвешивают. Результаты взвешивания записывают в тетрадь. После взвешивания цилиндр с почвой используют в последующем при определении полной влагоемкости.

При определении капиллярной влагоемкости запись ведут по следую­щей форме:

Слой почвы, см;

Масса почвы с цилиндром после капиллярного насыщения, г;

Масса цилиндра с марлей, г

Масса сухой почвы в цилиндре, г

Масса воды в почве, г

Капиллярная влагоемкость, % от массы сухой почвы.

Капиллярную влагоемкость, % от массы сухой почвы рассчитывают по формуле:

,

где В – масса воды в почве, г

Р_с – масса сухой почвы,г

Вес сухой почвы берется из работы 1,6. Масса воды в почве устанавли­вается по разности между массой цилиндра с почвой после капиллярного насыщения и массой цилиндра плюс масса сухой почвы.

2. В почве более тяжелого гранулометрического состава больше со­держится органического вещества, она рыхлее и выше ее полная влаго­емкосгь. Знание полной влагоемкости и полевой влажности почвы позволяет судить о ее физической спелости и влагообеспеченности растений.

Полную влагоемкосгь определяют после капиллярного насыщения цилиндра с почвой, который ставят в ванну с водой. Она должна полно­стью покрывать почвенный образец. После насыщения, которое длится не более одного дня, цилиндр с почвой вынимают из ванны, закрывают крышкой и взвешивают. Результаты взвешивания записывают в тетрадь.

При рыхлом и очень рыхлом сложении почвы часть воды не удержива­ется почвой. В этом случае необходимо над почвой держать слой воды в 1-3 см, а при изъятии цилиндра из воды под него нужно подставить чашку Петри в тот момент, когда зеркало воды сольется с поверхностью почвы. Избыточную воду, стекшую в чашку, следует отнести к массе полной влагоемкости.

При определении полной влагоемкости запись ведут по следующей форме:

Слой почвы, см;

Масса почвы с цилиндром после полного насы-

щения, г;

Масса цилиндра с марлей, г;

Масса воды в почве, г

Масса сухой почвы в цилиндре, г;

Полная влагоемкость, % от массы сухой почвы.

,

где В – масса воды в почве, г

Рсух – масса сухой почвы, г

Масса сухой почвы берется из работы 1.6. Масса воды в почве уста­навливается по разности между массой цилиндра с почвой после полного насыщения и массой пустого цилиндра с марлей плюс масса сухой почвы.

Вычисление полной влагоемкости в % от массы почвы по общей ее пористости производят по формуле

где V_общ- пористость общая, % от объема почвы;

ρv - плотность, г/ см³.

Пример. Определить полную влагоемкость почвы по ее общей порис­тости. Общая пористость - 52,4 %, плотность – 1,22 г/ см³.

ПВ = Vобщ = 52,4 % от объема почвы;

от массы почвы

Таким образом, полную влагоемкость почвы можно установить вычис­лением по ее общей пористости. При сплошной заполненности пор полная влагоемкость численно должна быть равна объему пор почвы.

Результаты определения полной влагоемкости расчетным путем и мето­дом насыщения часто не совпадают из-за наличия в почве защемленного воздуха или ее набухания при увлажнении. Набухание изменяет высоту и объем образца почвы.

1.4. Определение водопроницаемости и водоподъемной способности почвы

Водопроницаемость почвы – важное физическое свойство, которое обусловливает использование атмосферных осадков и поливной воды. При хорошей водопроницаемости вода почти полностью проникает в почву, создавая запасы. При плохой водопроницаемости вода стекает по поверхности. Путем изменения водопроницаемости обеспечивают нор­мальный сток избыточной воды, предотвращают переувлажнение почвы и ее эрозию (смыв и размыв). В отдельных случаях, создание хорошей водопроницаемости почвы положительно влияет на работу дренажной системы, отводящей избыточную воду. Следовательно, изменяя водопроницаемость почвы, можно регулировать водный режим в зависимости от складывающихся условий увлажнения.

Водопроницаемость почвы зависит от многих факторов:гранулометнического состава, содержания гумуса, пористости, структуры, влажности почвы, температуры воды. Как слишком незначительная, так и очень большая водопроницаемость почвы нежелательна. В первом случае вода будет стекать или застаиваться на поверхности, во втором - быстро просачи­ваться вглубь. Нежелательное движение воды усиливают повышенная глыбистость пашни, наличие трещин и других крупных (некапиллярных) пор. Чем больше напор воды, тем меньше длина фильтрационного пути и чем больше площадь поперечного сечения потока, тем больше расход воды на фильтрацию.

Водопроницаемость почвы чаще всего выражают в миллиметрах водно­го столба в минуту, а иногда в сантиметрах в час или в литрах в сутки. По ней часто судят о других физических свойствах почвы (гранулометрическом и структурном составе, плотности и др.)

Большое значение в улучшении водопроницаемости почвы имеет вне­сение повышенных доз органических удобрений, возделывание много­летних трав, надлежащая обработка.

Оценка водопроницаемости почвы по скорости впитывания воды:

Водопроницаемость Скорость впитывания,

мм мин

Очень высокая ..... .......... ......... . ............. >1,5

Высокая ..........................................…….. 1,5-0,5

Наилучшая .........................................…... 0,3-0,5

Хорошая ......... ... ................................. … 0,3-0,1 5

Пониженная. ....... ... ..... ...........................0,15-0,07

Низкая... ........... ...... . ...... ..... ................... <0,07