Большой практикум. Практикум по почвоведению с основами геологии красноярск 2006 удк ббк рецензенты Ю. Н. Трубников

• Название: Практикум по почвоведению с основами геологии красноярск 2006 удк ббк рецензенты Ю. Н. Трубников
• Анкор: Большой практикум.doc
• Дата: 17.12.2017
• Размер: 13.42 Mb.
• Имя файла: Большой практикум.doc
• Тип: Практикум; #11930
• страница: 17 из 62

Раздел 3. Физика почв

3.1. Водные и физические свойства почв (лабораторная работа)
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:

• 
  степень гумусированности,
  
• 
  гранулометрический состав,
  
• 
  размер почвенных агрегатов,
  
• 
  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. 18.
Таблица 18.

Физические свойства почвы

Вари ант	Слой почвы в колон не	Высота слоя почвы, см	Радиус колон ны, см	Масса возду шно-сухой почвы, г	Влаж ность почвы, взятой для опыта, %	Масса сухой почвы в колон Не, г	Объем почвы в колон не,см3	Плот ность почвы, г/см3	Плот ность твердой фазы, г/см3	Об щая пори стость, %

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 пористость вычисляется 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 аэрации рассчитывается после определения влажности в слоях колонны по формуле:

Р_аэр = 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 на1/2-1/3 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. 19.

Таблица 19.

Влажность почвы после высушивания

Глубина взятия проб, см	№ бюк са	Масса пустого бюкса, г	Масса бюкса с влажной почвой, г	Масса бюкса с высушенной почвой, г	Масса испари Вшейся 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. 18).
Обсуждение результатов

По данным табл.1 и 2 дайте ответы на вопросы и сформулируйте выводы:

1. 
   Какой категории и форме почвенной воды соответствует влажность почвы, взятой для опыта?
   
2. 
   Какой почвенно-гидрологической константе соответствует эта влажность? Ее агрономическое значение.
   
3. 
   Дать агрономическую оценку полученным данным по плотности почвы, общей пористости и пористости аэрации.
   
4. 
   Дать сравнительную характеристику показателям физических свойств по вариантам опыта.
   
5. 
   Построить график распределения влаги в колонне. В график заносятся данные, выраженные в % от объема почвы.
   
6. 
   По величине влажности почвы, взятой для опыта, определить значение МАВ и рассчитать значения МГ И ВЗ. Эти значения занести в тетрадь и график:
   

МГ = МАВ ∙ 2

ВЗ = МГ ∙ 1,5

7. 
   В этот же график занести величину общей пористости и выделить площадь, занятую почвой в жидкой, твердой и газообразной фазе, принимая весь объем почвы за 100%.
   
8. 
   По графику определить величину НВ, ВРК и диапазон активной (продуктивной) влаги (ДАВ).
   
9. 
   На основании анализа графического материала сделать вывод о том, какие категории, формы и виды воды имеются в почве колонны на разной глубине. Описать характер изменения влажности в профиле почвы. Дать оценку ДАВ.
   
10. 
    Сделать выводы о зависимости всех изученных физических и водных свойств почвы от генетических особенностей, структуры и гранулометрического состава (см. прил.).
    
11. 
    По величине МАВ, МГ, ВЗ, влажности почвы после увлажнения колонны, НВ рассчитать запасы воды в м³/га и мм для слоя 0-20 и слоя 0-50 см. В слоистых колоннах все данные вычисляются и записываются отдельно для каждой части колонны. Оценка запасов воды проводится по данным 8 приложения.
    

По полученным данным рассчитайте:

Запас воды в почве после увлажнения колонны:

В м³/га = (W₁∙Н₁) + … (W_n∙Н_n),

В мм = В м³∙0,1

Максимальный запас почвенной воды:

МЗВ м³/га = (НВ₁∙Н₁) + (НВ₂∙Н₂) + …(НВ_n∙Нn),

МЗВ мм = МЗВ м³/га∙0,1

Дефицит запаса почвенной воды:

ДВ м³/га = МЗВ м³/га – В м³/га,

ДВ мм = МЗВ мм – В мм

Запас недоступной воды в почве:

ЗНВ м³/га = (ВЗ₁∙Н₁) + (ВЗ₂∙Н₂) + …(ВЗ_n∙Н_n),

ЗНВ мм = ЗНВ м³/га∙0,1

Запас доступной (полезной) воды в почве:

ЗПВ м³/га = В м³/га – ЗНВ м³/га,

ЗПВ мм = В мм – ЗНВ мм

Максимальный запас доступной воды в почве:

МЗПВ м³/га = МЗВ м³/га – ЗНВ м³/га,

МЗПВ мм = МЗВ мм – ЗНВ мм,

где W₁, Н₁ – соответственно полевая влажность в % от объема и мощность первого слоя в колонне;

W₂, Н₂ – то же второго слоя и т.д.;

НВ₁, НВ₂, НВ₃ – наименьшая влагоемкость в % от объема для первого, второго и т.д. слоев почвы в колонне;

ВЗ₁, ВЗ₂, ВЗ₃ – влажность завядания в % от объема для первого, второго и т.д. слоев почвы в колонне.
Формами контроля работы служат:

1. 
   Наличие в тетради краткого конспекта методики работы, результатов определений в табл. 18,19, графика и данных по запасам воды.
   
2. 
   Наличие в тетради выводов и обобщений.
   
3. 
   решение упражнений и задач по физическим и водным свойствам почвы.
   
4. 
   Защита работы.
   
5. 
   Семинар.
   

3.2. Оценка показателей водных и физических свойств почв

(самостоятельная работа)
Материалы и оборудование: учебное пособие, учебники по почвоведению, конспекты лекций; справочные материалы; компьютер; рабочая тетрадь для самостоятельной работы.

<p><i>Содержание работыi> заключается в решении задач и упражнений, которые выдает преподаватель индивидуально для каждого студента. Упражнения представляют собой вопрос или задание в форме вопросов, на которые нужно ответить. </p>

<h3>Дать оценку: </h3>

<li>Общей пористости почвы. li>

<li>Пористости аэрации. li>

<li>Какой категории и почвенно-гидрологической константе соответствует влажность воздушно-сухой почвы, степень доступности ее растениям? li>

<li>МГ, ВЗ, какой категории и форме почвенной воды соответствуют эти показатели, степень доступности растениям. li>

<li>Какой категории почвенной воды соответствует влажность почвы после дождей? li>

<li>Общий и доступный для растений запас влаги в слое 0-20 см. </li>

<h3>Нанести на график: h3>

<li>Значение влажности воздушно-сухой почвы. li>

<li>Значения МГ и ВЗ. li>

<li>Значение полевой влажности. li>

<li>Значение Р_общ. </li>

<h3>По графику определить: h3>

<li>Величину НВ. li>

<li>Диапазон активной влаги. li>

<li>Формы и виды свободной воды. li>