Водные свойства почвы
Материалы и оборудование:почвенные образцы из различных генетических горизонтов разного гранулометрического состава;набор сит;цилиндры; клеящая пленка, бумага и ткань; сантиметровая лента; бюксы; стаканы, чашки Петри; весы; сушильный шкаф.
Содержание работы:
Вода в почве является средой, в которой протекают многочисленные химические процессы. Наличие воды является одним из основных условий возникновения и развития почвообразовательного процесса. Водный режим определяет направление и интенсивность внутрипочвенной миграции веществ, а, следовательно, оказывает воздействие на дифференциацию почвенного профиля на генетические горизонты. От содержания влаги в почве зависят водно-воздушный, питательный и тепловой режимы, физико-химические свойства, а также продуктивность растений.
В лабораторных условиях студентами изучаются следующие характеристики водно-физических и водных свойств:
1. Плотность сложения и плотность твердой фазы, общая пористость и пористость аэрации.
2. Категории, формы и виды почвенной воды.
3.Почвенно-гидрологические константы.
4. Запасы почвенной воды.
Эти характеристики исследуются в опыте с колоннами, заполненными почвой. Они имитируют полуметровый слой почвы, подготовленный по соответствующему варианту.
Варианты опыта
1. Структурная суглинистая почва гумусо-аккумулятивного горизонта (чернозем, серая лесная, дерново-подзолистая). Размер агрегатов – 3-5 мм.
2. Структурная суглинистая почва гумусово-аккумулятивного горизонта (чернозем, серая лесная, дерново-подзолистая). Размер агрегатов – 1-3 мм.
3. Бесструктурная суглинистая почва гумусово-аккумулятивного горизонта (чернозем, серая лесная, дерново-подзолистая). Размер частиц - <1 мм.
4. Бесструктурная песчаная почва. Размер частиц - <1 мм.
5. Слоистая колонна из суглинистой по гранулометрическому составу почвы разного структурного состава. Нижние 30 см колонны заполняются почвой с размером частиц <1 мм, верхние 20 см – такой же почвой, но с агрегатами размером 1-3 мм.
6. Слоистая колонна из почвы разного структурного состава. Нижние 20 см – бесструктурная (<1 мм) почвообразующая порода чернозема суглинистого, верхние 30 см – структурная (1-3, 3-5 мм) почва гумусово-аккумулятивного горизонта чернозема суглинистого.
7. Слоистая колона из почв разного гранулометрического состава. Нижние 20 см колонны заполняются песчаной почвой с частицами < 1 мм, верхние 30 см – суглинистой почвой гумусово-аккумулятивного горизонта с агрегатами размером 1-3 мм или бесструктурной (< 1 мм) суглинистой почвой.
Таким образом, постановкой такого опыта будут изучены следующие факторы, влияющие на характеристики физических и водных свойств почв:
ü степень гумусированности,
ü гранулометрический состав,
ü размер почвенных агрегатов,
ü однородность почвы по структурности и гранулометрическому составу.
Ход работы
Каждый вариант опыта выполняется двумя студентами.
1. Из отдельных цилиндров с помощью клеящей ленты монтируется колонна высотой 50 см. Нижний конец колонны обвязывается тканью.
2. Готовится почва для соответствующего варианта. Она просеивается через набор сит: поддон – сито с ячейками <1 мм – сито с ячейками 3 мм – сито с ячейками 5 мм – крышка. Почва в поддоне используется для вариантов 3-7. Почва, оставшаяся на сите 1 мм, используется для вариантов 2,5 и 6. Почва, оставшаяся на сите 3 мм, используется для вариантов 1 и 6. Подготовленная почва взвешивается с точностью до 1 г и с равномерным уплотнением насыпается в колонну. Эта операция требует внимательности и точности. Важно насыпать почву в строгом соответствии с вариантом опыта, особенно для слоистых колонн. Затем измеряют сантиметровой лентой высоту почвенного слоя в колонне, радиус колонны, подсчитывают массу почвы и записывают эти данные в тетрадь (табл.1). Для слоистых колонн раздельно учитывают массу и мощность каждого слоя почвы.
3. Подготовленная колонна прочно крепится к стойке лабораторного стола. Почва в колонне увлажняется водой, приливаемой сверху постепенно так, чтобы над почвой поддерживался слой воды в 2-3 см. Объем воды для песчаных почв – 400 мл, для суглинистых – 600 мл. После впитывания воды верх колонны для устранения испарения закрывается чашкой Петри.
4. Рассчитываются показатели физических свойств почвы в колонне. Результаты записываются в табл. 1.
5. Через неделю колонна разбирается и из разных глубин отбираются почвенные пробы на влажность. Для этого колонну кладут на разосланную на столе пленку, отделяют сверху по одному цилиндру и отбирают пробы из каждого 5-сантиметрового слоя, чтобы полученная влажность соответствовала определенному слою почвы. В итоге она будет определена в слоях: 0-5, 5-10, 10-15, 15-20 и т.д. см. Данные записываются в табл.2. Необходимо внимательно просмотреть эту таблицу перед тем, как разбирать колонну и отбирать почвенные образцы.
6. На основании полученных данных выполняются графические работы, расчеты, проводится обсуждение результатов опыта и формируются выводы. Каждый студент защищает работу индивидуально.
Определение физических свойств почвы
Результаты определения показателей физических свойств почвы записываются в табл. 1.
Таблица 1
Физические свойства почвы
| Вариант | Слой почвы в колонне | Высота слоя почвы, см | Радиус колонны, см | Масса воздушно-сухой почвы, г | Влажность почвы, взятой для опыта, % | Масса сухой почвы в колонне, г | Объем почвы в колонне,см3 | Плотность почвы, г/см3 | Плотность твердой фазы, г/см3 | Общая пористость, % |
Требуется рассчитать:
Массу сухой почвы в колонне. Для расчета этой величины необходимо знать массу воздушно-сухой почвы в колонне (она учитывается при закладке опыта), а также влажность почвы, взятой для опыта (она устанавливается накануне).
Например, влажность почвы при закладке опыта составила 4%, масса воздушно-сухой почвы в колонне – 1000 г. Влажность, равная 4%, означает, что 4 г Н2О содержится в 100 г почвы,
Х г Н2О --------------- 1000 г почвы.
Х = (4 ∙ 1000) : 100 = 40 г Н2О содержится в 1000 г почвы.
От массы воздушно-сухой почвы, равной 1000 г, отнимаем массу воды (40 г) и получаем массу сухой почвы: 1000 г – 40 г = 960 г.
Объем почвы в колоне.Измерив высоту и радиус колонны, вычисляется объем почвы в кубических сантиметрах по формуле:
V = π ∙ R2 ∙ h
Плотность сложения почвы рассчитывается по формуле:
d = B : V,
где В – масса сухой почвы в колонне, г,
V – объем почвы в колонне, см3.
Плотность твердой фазы(величина устанавливается для каждой почвы по опубликованным материалам или базе данных кафедры).
Общая пористостьвычисляется по соотношению плотности твердой фазы и плотности сложения по формуле:
Р = 100 (1 – d : D),
где Р – общая пористость, %.
d – плотность сложения, г/см3,
D – плотность твердой фазы почвы, г/см3.
Пористость аэрациирассчитывается после определения влажности в слоях колонны по формуле:
Раэр = Р – (а∙ d),
где Р – общая пористость, %,
а – влажность почвы, %,
d – плотность сложения, г/см3.
Определение водных свойств почвы
Через неделю после закладки опыта определяется влажность почвы в каждом 5-сантиметровом слое термовесовым методом. Для этого на технохимических весах взвешивают алюминиевые бюксы с крышкой, помещают в них на 1/2-1/3 объема почву и снова взвешивают. Образцы высушивают в сушильном шкафу при температуре 1050 С в течение 5-7 часов. Полевую влажность рассчитывают в процентах по формуле:
W = (а : б) ∙ 100,
где W – полевая влажность, %,
а – масса испарившейся влаги, г,
б – масса сухой почвы после высушивания, г,
100 – коэффициент пересчета в проценты.
Результаты определения полевой влажности заносятся в табл. 2.
Таблица 2
Влажность почвы после высушивания
| Глубина взятия проб, см | № бюкса | Масса пустого бюкса, г | Масса бюкса с влажной почвой, г | Масса бюкса с высушенной почвой, г | Масса испарившейся воды, г | Масса сухой почвы, г | Влажность почвы, % | Влажность почвы в % от объема | Пористость аэрации, % |
Для определения влажности почвы в % от объема следует полевую влажность умножить на величину плотности сложения (см. табл. 2).