лабороторные по почве. Практикум по почвоведению Семей2014 удк 338. 24 339. 138 758 ббк 85. 9 Ж 77 Жанадилов А. Ю. Практикум по почвоведению Семей, 2014. 87 с
 Скачать 0.49 Mb.
|
|
Тема: Гранулометрический состав почвы. Физические свойства почвы определяются состоянием (составом, соотношением, взаимодействием и динамикой) четырех фаз вещества почвы: твердой, жидкой, газооб- разной и живой (почвенной биоты). К физическим свойствам почвы относятся грану- лометрический состав, структура, водные, воздушные, тепловые, общие физические и физико-механические свойства. Во многом эти свойства почвы являются ее вновь при- обретенными, 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 поч- венной биоты. 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 (мелиора- ции), 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 ос- новных физических свойств почвы, уметь проводить агрономическую оценку этих свойств. Гранулометрический состав почвы Цель занятия: Получить представление о гранулометрическом составе почв, его классификации и методах лабораторного определения, освоить метод Рутковского. Гранулометрический состав – важнейшая характеристика 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 природно- го тела. Кроме того, гранулометрический состав почв определяет их физические, вод- но-физические и физико-механические свойства: водопроницаемость, влагоемкость, пористость, усадка и набухание, воздушный и тепловой режим и др. Знание грануло- метрического состава важно при определении производственной ценности почвы, спо- собов обработки, сроков полевых работ, нормы удобрений, размещения сельскохозяй- ственных культур и т.д. Гранулометрический состав представляет собой соотношение в почве твердых частиц различного размера. В почве механические элементы агрегированы в структур- ные отдельности, поэтому гранулометрический состав изучают после разрушения поч- венных 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. Час- тицы крупнее 1 мм носят название с к е л е т а почвы. Его участие в почвообразовании невелико, наоборот, скелетные почвы обладают рядом неблагоприятных агрофизиче- ских свойств. Кроме того, принято выделять группу частиц мельче 0,01 мм – ф и з и ч е - с к у ю г л и н у и группу частиц крупнее 0,01 мм – ф и з и ч е с к и й п е с о к . Эти подраз- деления гранулометрического состава довольно условны, почвенно-генетическое и классификационное значение имеет более дифференцированное выделение групп час- тиц – ф р а к ц и й г р а н у л о м е т р и ч е с к о г о с о с т а в а (табл. 2). Таблица 2 Классификация механических элементов почв (по Н.А. Качинскому)
Фракции частиц различной величины имеют различный минеральный состав. Час- тицы крупнее 3 мм состоят почти исключительно из обломков горных пород и отдель- ных породообразующих минералов. Частицы величиной от 3 до 0,25 мм – исключи- тельно породообразующие минералы, причем с уменьшением размеров частиц возрас- тает процентное содержание кварца. Частицы от 0,25 до 0,01 мм состоят почти полно- стью из кварца. Частицы мельче 0,001 мм представляют преимущественно смесь гли- нистых минералов с незначительным количеством гидроксидов железа и некоторых других минеральных образований. Физические свойства гранулометрических фракций также существенно различа- ются между собой. С уменьшением величины частиц возрастают гигроскопичность, высота капиллярного подъема воды, емкость поглощения. Наибольшее значение для формирования важных агрофизических и агрохимических свойств почв имеет илистая фракция (<0,001 мм). Такие свойства, как пластичность, липкость и набухание, в час- тицах крупнее 0,005 мм практически отсутствуют. По преобладанию частиц той или иной фракции почвы относят к щебнистым, пес- чаным, суглинистым, глинистым разновидностям. Существуют различные классифика- ции почв по гранулометрическому составу, наибольшее распространение в отечествен- ном почвоведении имеет классификация Н.А. Качинского (табл. 3). По этой классифи- кации все почвы подразделяются на категории в зависимости от содержания в них фи- зической глины. Кроме того, в этой классификации учтены особенности гранулометри- ческого состава почв с различным типом почвообразования. Классификация грунтов по механическому составу В.В. Охотина (табл. 4) исполь- зуется в геологических исследованиях (для рыхлых горных пород), а также при опреде- лении гранулометрического состава почв по методу Рутковского. Таблица 3 Классификация почв по механическому составу (по Н.А. Качинскому)
Таблица 4 Классификация грунтов по механическому составу (по В.В. Охотину) Наименование % частиц ме- % частиц % частиц нее 0,005 мм 0,005-0,25 мм 0,25-2 мм (глина) (пыль) (песок) Тяжелая глина >60 - - Глина 60-30 - - Пылеватая глина 30-20 Больше, чем каждой из двух других фракций Тяжелый суглинок 30-20 - Больше, чем пылеватых Пылеватый тяжелый 30-20 Больше, чем пылева- суглинок тых Средний суглинок 20-15 - Больше, чем пылеватых Пылеватый средний 20-15 Больше, чем песчаных - суглинок Легкий суглинок 15-10 - Больше, чем пылеватых Пылеватый легкий 15-10 Больше, чем песчаных - суглинок Тяжелая супесь 10-6 Больше, чем пылеватых Пылеватая тяжелая 10-6 Больше, чем песчаных - супесь Легкая супесь 6-3 - Больше, чем пылеватых Песок <3 Название разновидности почвы по гранулометрическому составу дается после оп- ределения его для пахотного слоя почвы (0-25 см), а также для нижнего горизонта, если его гранулометрический состав резко отличается от верхнего горизонта. Например, чернозем типичный среднесуглинистый, или дерново-луговая тяжелосуглинистая почва на песчаных отложениях. Подразделение почв по гранулометрическому составу может быть и более дробным, если хотят отразить соотношение различных фракций: песка (> 0,05 мм), пыли (0,05-0,001 мм), ила (<0,01 мм). Например, чернозем легкоглинистый пылевато-иловатый, если в составе глинистых частиц преобладает фракция ила, а на втором месте – пыль. Определение гранулометрического состава может быть предварительно произве- дено полевым методом, но более точное определение производится в лабораторных ус- ловиях с использованием различных методов выделения фракций гранулометрического состава. Песчаные и более крупные частицы могут быть выделены с помощью набора сит с различной величиной отверстий (ситовой метод). Для разделения пылеватых и илистых (глинистых) частиц применяются различные варианты седиментационного анализа. К ним относятся так называемые «пипеточные» методы, в том числе и наибо- лее широко используемый метод Качинского. Общим принципом седиментационного анализа является использование закона Стокса, согласно которому скорость оседания (седиментации) частиц в воде пропорциональна их размеру и массе: V = K · R2, где V – скорость оседания частицы; R – радиус частицы; К – константа, зависящая от природы жидкости и частицы. 2 d − d1 К= ⋅g⋅ , 9 η где g – ускорение силы тяжести, d – плотность частицы, d1 – плотность жидкой среды, η – коэффициент вязкости жидкости. Методы седиментационного анализа отличаются точностью определения, но и, вместе с тем, сложностью техники выполнения, длительностью и использованием спе- циального оборудования. Ниже приводится описание седиментационного анализа (ва- риант Качинского), рекомендуемого для выполнения курсовых и дипломных работ. Кроме того, приводится описание более простого метода Рутковского, который может быть рекомендован для лабораторных занятий. Лабораторная работа №4 Тема: Определение гранулометрического состава почв пирофосфатным методом. Определение гранулометрического состава почв методом пипетки (вариант Н.А. Качинского с подготовкой почвы к анализу пирофосфатным методом по С.И. Долгову и А.И. Личмановой) Метод основывается на зависимости, существующей между скоростью падения частицы (в столбе жидкости) и ее диаметром. После взмучивания суспензии почвы в мерном цилиндре через определенные промежутки времени с разной глубины отбира- ют пипеткой пробы почвенной суспензии и после их высушивания определяют содер- жание механических элементов. Порядок работы 1. Из воздушно-сухой почвы, пропущенной через сито с отверстиями в 1 мм, от- вешивают 10 г (с точностью до 0,01 г) и помещают в фарфоровую чашку диаметром 10- 12 см. Наливают в стаканчик 4%-ный раствор пирофосфата натрия: для некарбонатных, незасоленных, незагипсованных почв легкого гранулометрического состава берут 5 см3 раствора на 10 г почвы, для тяжелосуглинистых, глинистых и карбонатных почв – 10 см3, для засоленных и загипсованных 20 см3. Если используются цилиндры объемом 500 см3, то навеску почвы и количество пирофосфата натрия уменьшают вдвое. 2. Почву в фарфоровой чашке смачивают раствором пирофосфата до тестообраз- ного состояния и осторожно растирают пестиком с резиновым наконечником в течение 10 минут. Выливают в чашку с почвой остаток раствора пирофосфата, добавляют дис- тиллированную воду, размешивают и переносят в литровый цилиндр через сито с от- верстиями 0,25 мм, вставленное в стеклянную воронку. Размешивание с добавлением новых порций воды продолжают до тех пор, пока вся почва не окажется перенесенной в мерный цилиндр. Объем суспензии в цилиндре доводят дистиллированной водой до 1 дм3. 3. Песок на сите промывают дистиллированной водой в цилиндр до тех пор, пока из-под сита не пойдет прозрачная вода. Перевернув сито, песок смывают водой в фар- форовую чашку, из которой путем декантации без потерь песок переносят в сушильный стаканчик. Избыток воды из стаканчика сливают, остаток выпаривают на электроплит- ке (не доводя до кипения), затем – высушивают в сушильном шкафу при 105 оС до по- стоянной массы. Стаканчик охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Рассчитывают со- держание крупного и среднего песка. 4. Суспензию в цилиндре взбалтывают мешалкой (быстрые движения вверх и вниз) в течение 1 мин и записывают время конца помешивания. Если мерный цилиндр закрывается пробкой, то взбалтывание суспензии производят десятикратным перевора- чиванием цилиндра вверх дном и обратно. Далее приступают к отбору проб суспензии пипеткой объемом 25 см3. Всего отбирают 4 пробы. Глубину отбора и интервалы вре- мени определяют, исходя из данных табл. 5. Таблица 5 Сроки и глубины взятия проб пипеткой Плотность № Диаметр Глубина Время отстаивания при температурах, оС твердой пробы частиц, погружения фазы поч- мм менее пипетки, см 15 20 25 вы, г/см3 1 0,05 25 149 с 132 с 117 с 2,4 2 0,01 10 24 мин 51 с 21 мин 59 с 19 мин 33 с 3 0,005 10 1 ч 39 мин 1 ч 28 мин 1 ч 18 мин 4 0,001 7 29 ч 00 мин 25 ч 28 мин 22 ч 49 мин 1 0,05 25 139 с 123 с 109 с 2,5 2 0,01 10 23 мин 12 с 20 мин 31 с 18 мин 15 с 3 0,005 10 1 ч 33 мин 1 ч 22 мин 1 ч 13 мин 4 0,001 7 27 ч 04 мин 23 ч 56 мин 21 ч 17 мин 1 0,05 25 130 с 115 с 103 с 2,6 2 0,01 10 21 мин 45 с 19 мин 44 с 17 мин 06 с 3 0,005 10 1 ч 27 мин 1 ч 17 мин 1 ч 08 мин 4 0,001 7 25 ч 22 мин 22 ч 26 мин 19 ч 57 мин 1 0,05 25 123 с 109 с 97 с 2,7 2 0,01 10 20 мин 28 с 18 мин 06 с 16 мин 06 с 3 0,005 10 1 ч 21 мин 1 ч 12 мин 1 ч 05 мин 4 0,001 7 23 ч 53 мин 21 ч 07 мин 18 ч 48 мин Как видно из табл. 4, при определении сроков отбора пробы необходимо знать плотность твердой фазы почвы. Для этого ее определяют заранее , или поль- зуются ориентировочными оценками, приведенными в табл. 6. Таблица 6 Плотность твердой фазы различных типов почв Глубина, см Типы почв Легкие Подзолистые Черноземы Черноземы Каштановые всех типов и серые лес- обыкновенные южные ные 0-20 2,60-2,65 2,60 2,40 2,55 2,60 20-40 2,65 2,65 2,50 2,60 2,65 40-100 2,65 2,70 2,65 2,65 2,70 100 2,65 2,70 2,70 2,70 2,75 5. За минуту до истечения срока отстаивания цилиндр ставят под пипетку и ос- торожно опускают ее на заданную глубину. Засасывание проб в пипетку проводят в те- чение 20-30 с. Для первой пробы с диаметром частиц менее 0,05 мм время, затраченное на ее взятие, может отразиться на точности анализа, поэтому пробу следует начинать брать на 10 с раньше и заканчивать на 10 с позже времени, указанного в табл. 5. 6. Взятую пробу выпаривают на электрической плитке, высушивают в сушиль- ном шкафу при 105 оС до постоянной массы и взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,001 г. 7. Расчет массы проб, а также их процентного содержания ведут, занося данные в табл. 6. Таблица 7 Форма записи результатов взвешивания и расчета содержания частиц Показатели Крупный и Проба средний песок 1 2 3 4 1-0,25 0,05 0,01 0,005 0,001 Номер стаканчика Масса стаканчика, г Масса стаканчика с пробой, г Масса пробы, г Объем взятой пробы, мл Содержание проб, % Содержание крупного и среднего песка (1-0,25 мм) вычисляют по формуле: 100 ⋅ m1 ⋅ К Г n Пк ,ср = , m где nПк, ср – количество крупного и среднего песка, %; m1 – масса частиц, оставшихся на сите, г; m – навеска почвы, взятая для анализа, г; КГ – коэффициент пересчета на абсолютно сухую почву. Содержание частиц первой пробы вычисляют по формуле: m1 ⋅ V ⋅ 100 ⋅ К Г n1 = , V1 ⋅ m где n1 – содержание частиц первой пробы, %; m1 – масса первой пробы, г; V – объем суспензии в цилиндре, см3; M – навеска почвы, взятая для анализа, г; КГ – коэффициент пересчета на сухую почву. По этой же формуле рассчитывают содержание частиц второй, третьей и четвер- той проб (n2, n3, n4). Содержание крупной пыли (0,05-0,01 мм) находят путем вычитания n1-n2; средней пыли (0,01-0,005 мм) – n2-n3; мелкой пыли (0,005-0,001 мм) – n3-n4; содержание ила равно содержанию частиц четвертой пробы (n4). Содержание мелкого песка (0,25-0,05 мм) находят по разности: nПм = 100-(nПк, ср+n1) В связи с тем, что масса растворенного пирофосфата натрия участвует во всех взвешиваниях суспензии, она соответственно увеличивает разницу между массами сус- пензии и воды. Эта масса пирофосфата натрия не сказывается на расчете содержания промежуточных фракций (0,05-0,01 и 0,01-0,005 мм), но ее нужно вычесть из массы глинистых частиц, определяемых в последней пробе суспензии. Поэтому при подсчетах из массы фракции <0,001 мм вычитают поправку, соответствующую содержанию в суспензии пептизатора (при внесении 20 см3 4%-ного раствора пирофосфата натрия и объеме пипетки 25 мл она равна 0,02 г). 8. При анализе засоленных почв может произойти полная или частичная коагу- ляция суспензии в цилиндре. В таких случаях пробу не берут, а цилиндр с суспензией оставляют на 1-2 суток до полного осветления жидкости. После осветления жидкость сливают и определяют в ней содержание солей (сухой остаток – разд. 9.1). Из сухого остатка вычитают поправку, соответствующую содержанию пептизатора (0,02 г в 25 см3). Массу плотного остатка вычитают из массы взятой навески почвы, и в дальней- шем все расчеты содержания фракций ведут в % к массе бессолевой навески. К осадку в цилиндре вновь приливают 20 см3 4%-ного раствора пирофосфата натрия, тщательно перемешивают, доводят объем до 1 л. и анализируют суспензию методом пипетки. 9. По содержанию физической глины (<0,01 мм, n2) и данным табл. 2 определя- ют основное название почвы по гранулометрическому составу. Дополнительное назва- ние дают по преобладающей (одной или двум) фракциям: песчаной (1-0,05 мм), круп- нопылеватой (0,05-0,01 мм), пылеватой (0,01-0,001 мм) и иловатой (мельче 0,001 мм). При двойном дополнительном названии название преобладающей фракции ставится на второе место. Если необходимо определить лишь основное название почвы по гранулометриче- скому составу, то достаточно взять первую и вторую пробы. При этом время на прове- дение анализа сокращается до 4 ч. Оборудование: сита с диаметром отверстий 1 и 0,25 мм, пестик с резиновым нако- нечником, химические стаканы на 150 см3; мерные цилиндры на 1 дм3; установка для гранулометрического анализа грунтов по А.Н. Майсуряну или более простой вариант: штатив с держателем, пипетка на 25 см3, кран, резиновый шланг, резиновая груша; ме- шалка; промывалка с дистиллированной водой; чашки фарфоровые; сушильные ста- канчики; сушильный шкаф; эксикатор; весы технические; весы аналитические. Реактивы: 4%-ный раствор пирофосфата натрия (Na2P2O7). Лабораторная работа №5 |