ответы на предмет. 2. Методы исследований на ионномолекулярном уровне, уровне элементарных частиц, микро и макроагрегатов
 Скачать 114.89 Kb.
|
|
6. Методы диагностики переуплотнения почвы. Проблеме уплотнения почвы уделяют особое внимание в сельском хозяйстве – при постоянном воздействии тяжелой сельскохозяйственной техники происходит значительное уплотнение почвенных горизонтов вследствие чего можно недополучить до четверти урожая с полей. Возникновение уплотнений возможно в любом типе почвы, но при этом одни почвы подвержены уплотнению сильнее, нежели другие. Так же немаловажным фактором является увлажненность почвы – в весенний период, период обильного снеготаяния при воздействии на почву - уплотнение происходит интенсивнее, нежели сухой почвы или в зимний период. Методика определения сопротивления пенетрации (твердости почвы).Определения сопротивления пенетрации проводят специальными приборами – пенетрометрами, которые ранее назывались твердомерами. В результате при использовании пенетрометров мы экспериментально определяем силу, которая необходима для внедрения штампа (конусного либо цилиндрического) в почву. Эту силу можно измерить с помощью пружины, как в пенетрометре МВ-2,такконструкции Н.А. Качинского. Значения регистрируемой силы F следует относить к постоянной площади цилиндрического или конусного основания штампа S, получая значения сдавливающего напряжения (или давления). Зависимость показания шкалы пенетрометра от придаваемой нагрузки линейная. Поэтому для пружинных пенетрометров (МВ-2 и Качинского) необходимо найти константу прибора К – величину напряжения сжатия (МВ-2) или растяжения (пенетрометр Качинского) на единицу шкалы h (Па/см или (кг/см2)/см, т.е. давление/длина). 7. Определение физико-механических свойств почвы. К физико–механическим свойствам относятся пластичность, липкость, набухание, усадка, связность, твердость и удельное сопротивление. Пластичность — способность почвы изменять свою форму под влиянием внешних сил и сохранять эту форму впоследствии. Метод Федорова. Используют прибор для определения предела текучести (балансирный конус Васильева). На поверхность почвы, находящейся в стаканчике, падает конус с высоты 34 см. Конус должен проникать в почву точно на 10 мм, в противном случае почву нужно увлажнять или подсушивать добавлением сухой почвы. Предел пластичности характеризуется содержанием влаги в почве, при котором конус проникает на 10 мм. Определение числа пластичности. Число пластичности определяет область, в пределах которой почва находится в пластичном состоянии. Под пластичностью почвы понимают ее способность деформироваться под действием внешних механических сил без разрыва сплошности и сохранять полученную форму неопределенно долгое время после прекращения действия механической силы. Пластичность обуславливает некоторое внутреннее равновесие между твердой и жидкой фазами. Под числом пластичности Pe понимают разность между пределом текучести ПТ и пределом пластичности ПП: Рe = ПТ - ПП . Число пластичности количественно характеризует область, в которой почва находится в пластичном состоянии. Липкостью называют способность почвы прилипать к соприкасающимся с ней предметам. Для определения липкости берут 100 г воздушно-сухой почвы, просеянной через сито с диаметром отверстий 1 мм. Навеску помещают в фарфоровую чашку и доводят до определенной влажности, доливая к почве необходимое количество воды. Необходимо определять липкость при разных значениях влажности почвы, начиная с такой, при которой диск не будет прилипать к почве. После доливания воды почву в чашке тщательно перемешивают до равномерного увлажнения, переносят ее в специальную чашку с ровным дном, поверхность выравнивают и прикладывают к ней диск. Отпустив арретир прибора, на диск кладут груз (гирю) для более полного соприкосновения его с почвой. Через минуту гирю снимают и в тигель осторожно насыпают песок до момента отрыва диска от почвы. Почву вновь переносят в фарфоровую чашку, доводят до необходимого увлажнения и определяют липкость. Песок, пошедший на отрыв диска от почвы, взвешивают и рассчитывают липкость (г/см2) путем деления массы песка на площадь диска. Набухание — увеличение объема почвы и грунта в процессе смачивания. Из методов определения степени набухания наиболее распространен метод Васильева. При этом испытуемый образец почвы или грунта помещают в металлическое кольцо между перфорированными пластинками, степень набухания точно фиксируется, индикатором (мессурой). Автором метода сконструирован также прибор, принцип устройства которого положен в основу позже предложенных приборов. В настоящее время промышленностью выпускается серийно прибор ПНГ. Сжатие почвы при изменении влажности и действии других факторов называют усадкой почвы. Образец измельченной в ступке и просеянной через сито с отверстиями 1 мм воздушно-сухой почвы доводят до влажности, соответствующей верхнему пределу пластичности, и переносят в специальную формочку размером 5 х 3 х 2 см. Стенки формочки предварительно смазывают вазелином. Поверхность почвы в формочке выравнивают и прочерчивают по диагонали неглубокие бороздки. После этого почву подсушивают на воздухе до отставания почвы от стенок формочки и затем высушивают до постоянной массы в термостате при температуре 105°С. Связанность – способность почвы сопротивляться внешнему усилию, которое стремиться разъединить почвенные частицы. Структурную связность определяют испытанием на расплющивание цилиндрических образцов грунта сначала природного сложения и природной влажности, а затем образцов того же грунта при той же влажности, но нарушенной структуры. Отбор образцов для испытания производят при помощи пробобрателя. Для приведения пробобрателя в рабочее положение поршень поднимают на 10 мм вверх от режущего края и закрепляют поворотом шпильки в верхнем пазу гильзы. Внутрь закладывают кружок из фильтровальной бумаги. Зачистив поверхность грунта в месте взятия пробы, погружают пробобратель в грунт до начала наружного утолщения трубки пробобрателя. Наполненный грунтом пробобратель отделяют от остального грунта ножом, срезают лишний грунт в уровень с краями пробобрателя, покрывают поверхность грунта вторым бумажным фильтром и выталкивают пробу поршнем на стеклянную пластинку (на матовую сторону). Затем цилиндрик грунта накрывают сверху второй стеклянной пластинкой, также матовой стороной к пробе. Подготовленный к испытанию образец грунта помещают на опорную часть прибора и осторожно опускают на него резиновый штамп с грузом, так, чтобы ось образца совпадала с осью штампа. Под действием груза происходит расплющивание образца грунта. Через 5—10 сек шток с грузом поднимают в первоначальное положение. Диаметр расплющенного образца в двух взаимно перпендикулярных направлениях измеряют линейкой с точностью до 0,5 мм и вычисляют средний диаметр образца D. Для испытания грунта с нарушенной структурой некоторое количество грунта непосредственно на месте отбора быстро, во избежание потери влаги, тщательно переминают ножом, укладывают в чашечку слоем не менее 2 см, выравнивают поверхность и отбирают при помощи пробобрателя образец. Дальнейший порядок испытания остается тот же. В результате испытания получают средний диаметр образца с нарушенной струтурой Ди. Испытание повторяют не менее трех раз для образцов с ненарушенной структурой и не менее двух раз для образцов с нарушенной структурой. Допустимые отклонения от средних результатов не должны превышать 10%. Методика определения сопротивления твердости почвы. Определения сопротивления пенетрации проводят специальными приборами – пенетрометрами, которые ранее назывались твердомерами. В результате при использовании пенетрометров мы экспериментально определяем силу, которая необходима для внедрения штампа (конусного либо цилиндрического) в почву. Эту силу можно измерить с помощью пружины, как в пенетрометре МВ-2,такконструкции Н.А. Качинского. Значения регистрируемой силы F следует относить к постоянной площади цилиндрического или конусного основания штампа S, получая значения сдавливающего напряжения (или давления). Зависимость показания шкалы пенетрометра от придаваемой нагрузки линейная. Поэтому для пружинных пенетрометров (МВ-2 и Качинского) необходимо найти константу прибора К – величину напряжения сжатия (МВ-2) или растяжения (пенетрометр Качинского) на единицу шкалы h (Па/см или (кг/см2)/см). Удельное сопротивление – усилие, затраченное на подрезание пласта, его оборот и трение о рабочую поверхность. Выражается в кг/см2. Тяговое усилие при вспашке затрачивается на преодоление трения почвы о металл, на деформацию почвы — растяжение, сжатие, сдвиг, кручение и отбрасывание пласта в сторону. В зависимости от гранулометрического состава, физико-химических свойств, влажности почвы и ее агрохозяйственного состояния удельное сопротивление колеблется в пределах 0,2-1,2 кг/см2. Оно возрастает по мере перехода от легких почв к глинистым, по мере увеличения солонцеватости почв и ухудшения их структурного состояния. Большое влияние на величину удельного сопротивления оказывает влажность почвы. При низкой влажности, близкой к влажности устойчивого завядания, удельное сопротивление достигает максимального значения. В процессе обработки иссушенной почвы резко возрастают энергетические затраты, почва распыляется, а если она плохо оструктурена, то формируются глыбы. 8. Водно-воздушные свойства почвы. Методы их изучения. Водными (водно-физическими, гидрофизическими) свойствами называют совокупность свойств почвы, которые определяют поведение почвенной воды в ее толще. Основными водными свойствами почвы являются влагоемкость, водопроницаемость, водоподъемная способность. 1) Влагоемкость – способность почвы поглощать и удерживать определенное количество воды. В зависимости от сил, удерживающих воду, влагоемкость дифференцируют на полную влагоёмкость, максимальную адсорбционную, максимальную молекулярную, капиллярную, наименьшую (или полевую). Для определения полевой влагоемкости (ПВ) на выбранном участке двойным рядом валиков огораживают площадки размером не менее 1x1 м. Поверхность площадки выравнивают и покрывают крупным песком слоем 2 см. Выполняя данный анализ, можно использовать металлические или плотные деревянные рамы. Рядом с площадкой по генетическим горизонтам или отдельным слоям (0—10, 10—20 см и т. д.) бурами берут образцы почвы для определения ее пористости, влажности и плотности. По этим данным определяют фактический запас воды и пористость почвы в каждом ее отдельном слое и в общей толще изучаемой почвы (50 или 100 см). Вычитая из общего объема пор объем их, занятый водой, определяют количество воды, необходимое для заполнения всех пор в изучаемом слое воды. Для гарантии полного промачивания количество воды увеличивают в 1,5 раза. Вычисленное количество воды равномерно подают на площадку и защитную полосу так, чтобы слой ее на поверхности почвы был толщиной 2—5 см. После впитывания всей воды площадку и защитную полосу закрывают полиэтиленовой пленкой, а сверху соломой, опилками или другим мульчирующим материалом. В дальнейшем через каждые 3—4 дня отбирают пробы для определения влажности почвы через каждые 10 см на всю глубину изучаемого слоя до тех пор, пока в каждом слое установится более или менее постоянная влажность. Эта влажность и будет характеризовать полевую влагоемкость почвы, которую выражают в процентах к массе абсолютно сухой почвы, в мм или м3 в слое 0—50 и 0—100 см на 1 га. 2) Водопроницаемость – способность почв впитывать и пропускать сквозь себя воду, поступающую с поверхности. В полевых условиях для определения водопроницаемости в почву на глубину 5--10 см вдавливают металлический каркас размером 25 х 25 см или цилиндры. Вокруг каркаса врезают другой, но большей площади (50 х 50 см). Почву у стенок каркаса тщательно уплотняют. Внутри каждого каркаса устанавливают линейку для контроля уровня воды, в оба каркаса помещают термометры. Учитывают расход воды по внутреннему каркасу, а внешний выполняет защитную роль. Напор воды должен равняться 5 см. В первый час опыта расход воды учитывают через каждые 10 минут, во второй час - 30 минут, в третий и каждый последующий час - спустя 60 минут. Одновременно отмечается температура воды. В жаркую погоду делают поправку на испарение воды с поверхности. Для этого рядом с площадкой ставят сосуд с водой. По испарению воды с его поверхности, отмечаемому каждый час и рассчитанному на единицу площади, вносят поправку в показатели водопроницаемости почвы. 3) Водоподъемная способность – способность почвы вызывать восходящее перемещение воды посредством капиллярных сил. Они наиболее сильно проявляются в порах диаметром 0,1– 0,003 мм; более мелкие поры заполнены связанной водой. Водоподъемную способность почвы определяют в лабораторных условиях. Для этого в штатив устанавливают стеклянные трубки диаметром 2,5—3 см (с сантиметровыми делениями и длиной 1 м). Нижние концы трубок обвязывают полотном. Каждую трубку заполняют исследуемой почвой, нижние концы трубок погружают в стаканы или ванночки с водой на глубину 0,5 см. зависимости от размера частиц, а отсюда и размера капилляров в почве вода с неодинаковой скоростью будет подниматься вверх. По изменению окраски увлажненной почвы в трубках следят за скоростью и высотой поднявшейся по капиллярам воды, отмечая ее уровень через 5, 10, 30 и 60 мин и далее через каждый час до прекращения подъема уровня. По 3—5 пробам почвы получают результаты ее водоподъемной способности. Наиболее важными воздушными свойствами почв являются воздухоёмкость, воздухопроницаемость, аэрация. 1) Воздухоемкость - объем пор, содержащих почвенный воздух при влажности, равной наименьшей влагоемкости почвы. Объём, занимаемый в почве воздухом, определяют буровым методом (Н. А. Качинский) или с помощью специального аэропикнометра. Буровой метод. Цилиндром определённого объёма берут образец почвы с ненарушенным строением, определяют массу сырой почвы, влажность W, для вычисления массы сухой почвы, плотность скелета почвы Dv (объёмная масса), а также плотность твёрдой фазы почвы D (удельная масса). Отношение сухой почвы к её объёму в цилиндре даёт плотность почвы Dv. Удельная масса для конкретной почвы величина постоянная. 2) Воздухопроницаемость - свойство почвы пропускать через себя воздух. Манометрический метод основан на учёте времени T выращивания градиента давления в сосуде, соединном последовательно с почвой и атмосферой. В почву врезают металлическое кольцо, в центр которого вставлена стеклянная или из прозрачной пластмассы трубка, касающаяся почвы. Трубка укреплена на треноге. Поверхность почвы внутри кольца заливают парафином. В сосуд с термометром накачивают автомобильным насосом воздух до тех пор, пока столб воды в манометрической трубке не поднимется до отметки 30-40 см. Затем кран на трубке, через которую поступал воздух, закрывают, открывают кран. Воздух из сосуда через шланг и трубку поступает в почву; давление в сосуде падает. Учитывают время выравнивания давления в сосуде с атмосферным давлением через почву (tn) и затем снова накачивают воздух в сосуд и выпускают его в атмосферу (t2). 3) Процессы обмена почвенного воздуха с атмосферным называют аэрацией или газообменом. Интенсивность аэрации между почвой и атмосферой определяют косвенно – по количеству выделившейся из почвы углекислоты или другого газа и непосредственно – путём измерения количества проникшего и выделившегося из почвы воздуха – «дыхания» почвы. Метод Штатнова. Биологическую активность почвы определяют косвенно по выделению СО2 почвой. В полевых условиях на поверхность почвы без растительности под колпак (стеклянный сосуд или эксикатор) ставят подставку, на которой устанавливают чашку Петри или широкий бюкс с 0,1 мольным раствором NaOH (поглотителем СО2). Раствор должен покрывать дно сосуда тонким слоем (10 – 20 мл). Одновременно для контроля рядом ставят широкий плоскодонный сосуд с 1 %-ным раствором H2SO4 слоем 0,5-1см для изоляции от внешнего воздуха. На подставке в него устанавливают сосуд с поглотителем, накрытый колпаком – изолятором. Через 1 – 2 часа раствор поглотителя сливают через воронку в коническую колбочку, ополаскивают воронку в фарфоровую чашку дисцилированной водой без СО2 (кипячёной в течение двух часов). Перед титрованием в колбочку прибавляют 1 мл 50 % раствора BaCl2 для связывания поглощённого CO2. 10. Значение учета содержания воды в образцах и методы ее определения. Почвенная влага является практически единственным источником влагообеспечения наземных растений, Поэтому влажность почвы определяет продуктивность культурных и природных фитоценозов, регулирует состав последних, а также состав связанных с ними зоо- и микробиоценозов. Почвенная влага оказывает огромное влияние на перемещение веществ в ее профиле. Особенности водного режима почв обуславливают; в одних случаях, элювиальные процессы (за счет выноса растворенных или взвешенных веществ с нисходящим гравитационным током влаги), а других процессы накопления солей и засоления (за счет восходящих потоков влаги, содержащей растворенные вещества, в силу транспирации и капиллярных явлений). С колебаниями влажности связаны процессы превращения веществ в почве (их растворение и кристаллизация, окисление и восстановление), а также набухание и усадка почвенной массы. Степень увлажнения оказывает большое влияние и на морфологические свойства почвы - на усиление или ослабление интенсивности окраски, плотность, сложение и связность почвенной массы, степень выраженности структуры и др. Таким образом, изучение влажности почвы в ее сезонной и многолетней динамике - необходимая часть экологических, агропочвенных, почвенно-генетических исследований. Это изучение включает, во-первых, собственно наблюдения за динамикой влажности, которые складываются из суммы единичных измерений влажности за некоторый отрезок времени, и, во-вторых, обработку и интерпретацию полученного материала. Влажность почвы характеризуется количеством воды, содержащейся в почве в момент определения. При изучении влажности почвы используют весовые (гравиметрические), электрометрические, радиометрические и тензиометрические методы. Весовые методы. Наиболее распространенным среди них является сушка образца почвы в сушильном шкафу при 105° до постоянной массы. Электрометрические методы. При использовании этих методов содержание влаги определяют по электропроводности гипсового блока или сопротивления (транзистора), помещенного в почву. При этом измеряют скорость нагревания или охлаждения зонда, помещенного в почву, или же учитывают величину нагрева зонда постоянной мощности за определенный промежуток времени. В основу этого метода положена зависимость между влажностью и тепловыми свойствами почвы. Радиометрические методы. Основаны быстрых нейтронов. Быстрые нейтроны затормаживаются и рассеиваются атомами водорода, содержащимися в почвенной воде. Возникающий поток медленных тепловых нейтронов, плотность которого зависит от влажности почвы, учитывается с помощью детекторов и по калибровочному графику определяется объемная влажность почвы. Тензиометрические методы. Основаны на использовании приборов, определяющих всасывающую силу почвы. Пористый керамический сосуд прибора, заполненный водой, помещается в почву. Вода из него переходит в почву до тех пор, пока не установится равновесие между величиной всасывающей силы почвы при данной ее влажности и всасывающей силы в приборе, зависящей от величины вакуума в нем. Принцип весового метода. Полевая влажность – это влажность почвы в данный момент времени. Алюминиевый или стеклянный стаканчик (бюкс) просушивают до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 100…1050С, охлаждают в эксикаторе и взвешивают на аналитических весах. В этот стаканчик насыпают около 5 г воздушно-сухой почвы. Слой почвы в бюксе не должен превышать 5мм. Стаканчик с почвой взвешивают на тех же весах и с такой же точностью. Почву в стаканчике сушат в сушильном шкафу 5 часов, после чего стаканчик закрывают крышкой, охлаждают в эксикаторе с СаСl2 и взвешивают. Затем просушивают снова около 2-х часов. Если разница во взвешивании после первой и второй сушке не превышает 0,003г, то просушивание заканчивают. Влажность W вычисляют по формуле: W = b−c/ c−a ⋅ 100%, где а- масса пустого стаканчика, г; b- масса стаканчика с почвой до высушивания, г; с- масса стаканчика с почвой после высушивания, г. |