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:Водные свойства почвы. Цель занятия: Получить представление о формах почвенной влаги, освоить мето- дики определения полевой, гигроскопической влажности почв и их наименьшей влаго- емкости. Вода является обязательным компонентом нормально функционирующей почвы. Она играет важнейшую роль жизненной основы для почвенной биоты, а также служит средой и непосредственно участвует во многих собственно почвенных процессах. Со- держание воды в почве определяет ее физико-механические свойства, водно- воздушный, тепловой и питательный режимы, передвижение веществ в почве, интен- сивность протекания биологических, химических, физико-химических процессов и, в целом, является важнейшим фактором почвенного плодородия. Источником воды в почве могут быть атмосферные осадки и конденсация атмосферной влаги, воды ороше- ния и грунтовые воды. Но водные свойства и водный режим почвы зависят также от ее собственных свойств: гранулометрического состава, структурного состояния, содержа- ния органического вещества и ряда других показателей. Вода постоянно присутствует в почве в жидком и парообразном состоянии, сезон- но или постоянно (мерзлотные почвы) – в твердом состоянии. Перемещение водяного пара в почве происходит из области высокого в область низкого его парциального дав- ления. Поведение жидкой фазы воды зависит от действия гравитационных, осмотиче- ских, капиллярных и сорбционных сил. Существует две категории воды в почве: сво- бодная и связанная. Они, в свою очередь, представлены различными формами почвен- ной воды. I. Свободная вода присутствует в почве в двух формах - гравитационной и ка- пиллярной и играет основную роль в питании растений и функционировании почв. Во- да этой категории может свободно перемещаться в почвенном профиле и выполняет функцию транспорта веществ. Гравитационная вода перемещается по профилю почвы под действием гравита- ционных сил в относительно крупных почвенных порах. Она представлена п р о с а ч и - в а ю щ е й с я в о д о й атмосферных осадков и орошения и г р у н т о в о й в о д о й , скапли- вающейся над водоупорным слоем. Капиллярная вода перемещается по тонким порам почвы под действием разности капиллярных давлений, возникающих при смачивании водой стенок пор и формирова- нии менисков – вогнутых поверхностей столбиков воды. Действие сил поверхностного натяжения при смачивании водой твердых частиц вызывает отрицательное давление на поверхности вогнутых менисков, которое компенсируется поднятием воды в капилля- ре. В зависимости от характера увлажнения различают к а п и л л я р н о - п о д в е ш е н н у ю воду (при атмосферном увлажнении) и к а п и л л я р н о - п о д п е р т у ю воду (при увлажнении от грунтовых вод). II. Связанная вода достаточно прочно удерживается почвенными частицами за счет сорбционного или химического взаимодействия и, в основном, недоступна расте- ниям. Химически связанная вода входит в состав кристаллической решетки почвенных минералов (кристаллогидраты, например, гипс СаSO4·2Н2О), прочно удерживается хи- мическими связями и поэтому непосредственного участия в процессах функциониро- вания и образования почв не принимает. Эта форма воды удаляется из почвы при тем- пературах выше 105 оС. Гигроскопическая вода образуется в результате адсорбции паров воды на поверх- ности твердых частиц почвы, непосредственно примыкает к ним в виде пленки из 2-3 ориентированных слоев молекул воды. Обладает повышенной плотностью, не раство- ряет вещества, растворимые в свободной воде, замерзает при более низкой температу- ре. Эта форма почвенной воды сохраняется в почве, находящейся в воздушно-сухом состоянии. Удаляется из почвы при нагревании ее до 105 оС. При остывании почва сно- ва адсорбирует водяные пары из воздуха. Рыхлосвязанная (пленочная) вода представляет собой внешний слой сорбирован- ной воды со слабой ориентацией молекул. Образуется при соприкосновении твердых частиц почвы с жидкой водой. Эта вода удерживается менее прочно, чем гигроскопиче- ская, и может перемещаться от почвенных частиц с большей пленкой к частицам с тон- кой пленкой. Для растений эта форма воды доступна лишь частично. Основными водными свойствами почвы являются водоудерживающая способ- ность, водопроницаемость и водоподъемная способность. Водоудерживающая способность – свойство почвы удерживать воду, обуслов- ленное действием сорбционных и капиллярных сил. Наибольшее количество воды, ко- торое способна удерживать почва теми или иными силами, называется в л а г о е м к о - стью. Способность почвы сорбировать парообразную воду называется г и г р о с к о п и ч - н о с т ь ю . Почва тем гигроскопичнее, чем больше степень ее дисперсности, т.е. чем тяжелее ее гранулометрический состав. Наибольшее количество влаги, которое может сорбировать почва при влажности воздуха, близкой к 100 % характеризует ее м а к с и - мальную гигроскопичность. П о л н а я в л а г о е м к о с т ь – наибольшее количество воды, которое может вме- стить почва при полном заполнении всех пор водой. В практическом отношении осо- бенно важной характеристикой водоудерживающей способности почвы является н а и - м е н ь ш а я ( п р е д е л ь н о - п о л е в а я ) в л а г о е м к о с т ь – наибольшее количество воды, удерживаемое почвой после стекания всей гравитационной воды. Наименьшая влаго- емкость зависит от гранулометрического и минералогического состава, содержания гу- муса, структурного состояния, пористости и плотности почвы. Наибольшие значения этого показателя характерны для гумусированных почв тяжелого механического соста- ва, обладающих хорошо выраженной макро- и микроструктурой. Водопроницаемость – способность почвы впитывать и пропускать воду. В п и - т ы в а н и е представляет собой процесс последовательного заполнения почвенных пор водой. Передвижение воды в почве, находящейся в состоянии полного водонасыщения, под действием силы тяжести и напора называется ф и л ь т р а ц и е й . Наибольшей водо- проницаемостью обладают легкие по гранулометрическому составу и хорошо острук- туренные суглинистые и глинистые почвы. Водоподъемная способность – свойство почвы вызывать восходящее передвиже- ние содержащейся в ней влаги за счет капиллярных сил. Это свойство имеет большое значение для почв с близким уровнем залегания грунтовых вод. Чем больше водоподъ- емная способность почв (максимальна у суглинков), тем больше высота капиллярного поднятия (капиллярной каймы) воды и степень гидроморфизма почв. Особенно важно водоподъемную способность почв при близком залегании грунтовых вод с высокой минерализацией, когда возникает опасность засоления почв. Общее содержание воды в почве, выраженное в % массы абсолютно сухой почвы, называется в л а ж н о с т ь ю почвы. Лабораторными способами определяют полевую и гигроскопическую влажность почвы. Определение наименьшей влагоемкости почвы возможно в лаборатории для насыпного образца почвы. Лабораторная работа №10 Тема: Подготовка почвы к анализу. Определение полевой влажности почвы. Цель работы: научиться студентов подготавливать почву к анализу, определять полевую влажность почвы лабораторным способом. Образцы, доставляемые в лабораторию, должны быть немедленно доведены до воздушно-сухого состояния. Хранение сырых образцов не допускается, так как под влиянием микро-биологических процессов изменяется свойства почвы. Для просушки образцов рассыпают тонким слоем на большом листе бумаги ,удоляют корни и другие растительные остатки и прикрыв другим листом бумаги, оставляют на 2-3 дня. Определение полевой влажности почвы В поле пробы для определения влажности почвы берут буром из скважин или ножом со стенки разреза. Образцы отбирают из отдельных горизонтов почвы. Цель работы: научится определять полевую влажность почвы весовым методом. Материалы и оборудование: 1) алюминиевые бюксы, 2) эксикатор, 3) сушильный шкаф, 4) технические весы. Ход выполнения работы: Алюминиевый бюкс взвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г, наполняют 1/3 часть его почвой, закрывают крышкой и снова взвешивают. Затем ставят в сушильный шкаф при t = 100-105°С и сушат до постоянной массы. Крышку надо снять и надеть на дно стаканчика. После просушивания закрытый стаканчик охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Полевую влажность почвы рассчитывают по формуле: W=100 •a/в, где W полевая влажность, %; а масса испарившейся влаги, г; в масса сухой почвы, г. Результаты записывают по форме таблицы 13. Таблица 13 Форма записи определения влажности и отдельных водных свойств почвы
Лабораторная работа №11 Тема: Определение полевой влажности почвы Определение полевой влажности почвы позволяет установить общее количество воды (во всех ее формах), содержащееся в почве в момент изъятия пробы. Отбор пробы производится в поле ножом из стенки разреза или почвенным буром в специальный стаканчик (алюминиевый бюкс). Пробы отбирают по горизонтам почвы, или регулярно, через каждые 5-10 см. Если надо взять одну пробу из большого по мощности горизонта (из слоя 50 см), то ее отбирают из средины его или по несколько граммов из средней, верхней и нижней частей. Порядок работы 1. На технических весах определяют массу металлического бюкса с крышкой. 2. Наполняют 1/3 часть бюкса почвой и закрывают крышкой (в таком виде обра- зец можно сохранять не более 1-2 ч). 3. Определяют массу бюкса с почвой и помещают его в термостат при темпера- туре 100-105оС. Крышку при этом снимают и надевают на дно бюкса. Сушить почву следует до постоянного веса (обычно процесс занимает около 6 ч). 4. Окончание сушки почвы определяют следующим образом. Через 2 ч после на- чала сушки бюкс вынимают, охлаждают в эксикаторе (5-10 мин) и взвешивают. Затем просушивают снова в течение 2 ч, охлаждают и взвешивают. Если вес стаканчика ос- тался постоянным (или разница не превышает 5 %), просушивание заканчивают, в про- тивном случае операцию повторяют еще раз. 5. Полевую влажность (WП) вычисляют по формуле: P −P WП = 1 2 ⋅100% P2 − P0 где Р1 – масса бюкса с почвой до высушивания; Р2 - масса бюкса с почвой после высушивания; Р0 - масса бюкса без почвы. Оборудование: металлические бюксы с крышками, термостат, эксикатор, запол- ненный хлоридом кальция СаCl2, технические весы. 4.2. Определение гигроскопической влажности почвы Гигроскопическую влагу определяют в почве, из которой удалены свободная и пленочная вода. Такое состояние почвы, называемое воздушно-сухим, достигается в том случае, когда почва длительное время находится в сухом помещении. Гигроскопи- ческая влага удаляется из почвы при нагревании ее до температуры 100-105 оС. Порядок работы 1. Методом квартования из воздушно-сухой почвы, измельченной и пропущен- ной через сито с диаметром отверстий 1 мм, берут навеску около 5 г. Навеску перено- сят в предварительно взвешенный бюкс без крышки и помещают в термостат с темпе- ратурой 100-105 оС. 2. После 2 ч просушивания бюкс извлекают из термостата, охлаждают в эксика- торе и взвешивают. Затем снова помещают бюкс в термостат на 1-2 ч. Если после вто- рого просушивания масса не уменьшилась, можно рассчитывать гигроскопическую влагу. 3. Влажность (WГ) вычисляют по формуле: P1 − P2 WГ = ⋅ 100% P2 − P0 где Р1 – масса бюкса с почвой до высушивания; Р2 - масса бюкса с почвой после высушивания; Р0 - масса бюкса без почвы. Гигроскопическая влажность используется для пересчета результатов различных анализов воздушно-сухой почвы на абсолютно-сухую. Для этого рассчитывается коэф- фициент гигроскопичности почвы (КГ), на который умножают результаты анализа воз- душно-сухой почвы. 100 + W Г КГ = 100 Переводной коэффициент воздушно-сухой почвы в сухую вычисляют по формуле: 100 K= 100 + W Г Оборудование: металлические бюксы без крышек, термостат, эксикатор, запол- ненный хлоридом кальция СаCl2, технические весы. Лабораторная работа №12 Тема: Определение наименьшей влагоемкости почвы(из насыпного образца). Наименьшую влагоемкость можно определить в лаборатории для почвы с нена- рушенным сложением (отобранной в металлический цилиндр специальным приспособ- лением – буром Качинского), или менее точно – для насыпного образца почвы с нару- шенным сложением. Порядок работы 1. Стеклянную трубку диаметром 2–3 см, длиной 15 см с одного конца обвя- зывают марлевой салфеткой, под которую подкладывают бумажный фильтр, и оп- ределяют массу на технических весах. 2. Трубку заполняют слегка измельченным почвенным материалом до отметки 10–12 см. Для уплотнения материала нижним концом трубки осторожно постукива- ют о листовую резину. 3. Определяют массу трубки с почвой на технических весах, разность второго и первого определения составляет массу почвы 4. Трубку медленно погружают в сосуд с водой таким образом, чтобы уровень воды был на 1 см выше отметки на трубке, и оставляют ее в таком положении на 15 мин. 5. Спустя указанное время трубку с почвой извлекают из воды и в вертикаль- ном положении закрепляют в штативе на 1 мин, чтобы дать возможность стечь из- бытку воды. 6. Затем трубку снимают со штатива, протирают снаружи фильтровальной бу- магой для удаления оставшейся воды и определяют массу на технических весах. 7. Расчет воды, удерживаемой почвой после насыщения, производят по формуле Р − Р2 А= 3 ⋅ 100% Р 2 − Р1 где А — количество воды, удерживаемое почвой после насыщения, Р1 – масса трубки, Р2 – масса трубки с почвой, Р3 – масса трубки с почвой после ее насыщения водой, Р2 – Р1 – масса почвы, Р3 – Р2 – масса воды, удерживаемой почвой после насыщения. 8. Наименьшую влагоемкость (НВ) определяют суммированием процентного содержания гигроскопической воды (WГ) и воды, удерживаемой почвой после насы- щения (А): НВ = WГ + A. Оборудование: фарфоровая ступка с пестиком, стеклянная трубка диаметром 2-3 см, длиной 20 см, марля, фильтровальная бумага, высокий химический стакан, желез- ный штатив с зажимом, технические весы. Задание: 1. Из почвенного разреза или с помощью почвенного бура отобрать пробы почвы в алюминиевые бюксы через каждые 10 см до глубины 1 – 1,5 м для определения поле- вой влажности почвы. Одновременно отобрать образцы в бумажные пакетики для оп- ределения гигроскопической влажности и наименьшей влагоемкости данной почвы. 2. В лаборатории произвести определение полевой влажности термостатным ме- тодом и оставить образцы для высыхания до воздушно-сухого состояния для определе- ния гигроскопической влажности и наименьшей влагоемкости. 3. На следующем занятии определить гигроскопическую влажность почвы и ее наименьшую влагоемкость. Результаты анализов занести в табл. 14. Таблица 14 Результаты определения водных свойств почвы ____________________________ Глубина отбора Полевая влажность, Гигроскопическая Наименьшая образцов, см % влажность, % влагоемкость, % 0-10 10-20 20-30 и т.д. 4. Построить график распределения по профилю почвы гигроскопической и по- левой влажности, а также наименьшей влагоемкости, откладывая по вертикальной оси глубину, а по горизонтальной оси – значения отдельных водных свойств почвы (%), которые обозначить разными типами линий. 5. Охарактеризовать водные свойства исследованной почвы. Какие причины, по вашему мнению, привели к полученному распределению водных свойств по профилю почвы? Вопросы для контроля: 1. Назовите и охарактеризуйте основные формы почвенной влаги. 2. Назовите важнейшие водные свойства почвы. От каких факторов зависят эти свойства? 3. Опишите методику определение полевой влажности почвы. 4. Как определяют гигроскопическую влажность почвы. 5. Опишите ход определения наименьшей влагоемкости почвы. Лабораторная работа № 13. Тема: Физико-механические свойства почвы. Определение капиллярной влагоёмкости почвы. Плотность твёрдой фазы почвы (удельный вес) определяют пикнометрическим способом. Для ее вычисления надо знать объем и массу твердой фазы почвы. При пикнометрическом способе объем твёрдой фазы находят путем вытеснения воды взятой навеской почвы. Цель работы: научится определять плотность твёрдой фазы почвы в лабораторных условиях. Материалы и оборудование: 1) пикнометры или мерные колбы на 100 мл, 2) аналитические весы, 3) электрическая плитка или песчаная баня. Ход выполнения работы: в колбу наливают 250 мл дистиллированной воды, кипятят около получаса для удаления из нее растворённого воздуха и охлаждают до комнатной температуры. В пикнометр (или мерную колбу на 100 мл) наливают до метки прокипяченную и охлажденную дистиллированную воду, измеряют t0 и взвешивают. Взвешивают 9-10 грамм воздушно-сухой почвы. Из пикнометра выливают немного более 1/2 объема воды и всыпают в него навеску почвы. Почву и воду в пикнометре кипятят 30 минут, для удаления воздуха, доливая дистиллированной водой по мере выкипания до половины его объема. После кипячения пикнометр с содержимым охлаждают до комнатной t0 и доливают прокипяченую и охлажденную воду до метки, вытирают снаружи фильтровальной бумагой и взвешивают. Плотность твердой фазы вычисляют по формуле: d = A•[(B + A) - C]-1•dH20-1 Где d плотность твердой фазы почвы, г/см3; А масса навески сухой почвы, г; В масса пикнометра с водой, г; C масса пикнометра с водой и почвой, г, а dH20 плотность воды, принимаемая за 1 г/см3.Результаты записываются по форме табл. 15. Таблица 15 Результаты определения плотности твёрдой фазы почвы
Определение капиллярной влагоёмкости почвы Капиллярная влагоемкость максимальное количество каппилярно-подпертой воды, которое может содержаться в почве. Как и влажность, влагоёмкость определяется в % к весу сухой почвы. Цель работы: научится определять гигроскопическую влажность почвы весовым методом. Материалы и оборудование: 1) стеклянные цилиндры без дна, 2) марля, 3) ванночки, 4) фильтровальная бумага, 5) технические весы. Ход выполнения работы: стеклянный цилиндр без дна обвязывают марлей с нижней стороны. В предварительно взвешенный на технических весах цилиндр насыпают, слегка уплотняя постукиванием, почву на высоту 10 см. Определяют массу цилиндра с почвой. Цилиндр с почвой помещают в специальную ванночку с водой так, чтобы дно цилиндра стояло на фильтровальной бумаге, концы которой опущены в воду. Вода по порам бумаги передается почве и происходит капиллярное насыщение последней. Через каждые сутки цилиндр взвешивают на технических весах до тех пор, пока масса его не будет постоянной. Это укажет на то, что почва достигла полного капиллярного насыщения. Капиллярную влагоемкость рассчитывают по формуле: КВ = 100 • (В-М)/М, где КВ капиллярная влагоемкость, %; В масса почвы в цилиндре после насыщения, г; М масса сухой почвы в цилиндре, г. Поскольку в цилиндр помещается воздушно-сухая навеска, а рассчёты производятся на массу абсолютно сухой почвы, массу абсолютно сухой почвы предварительно надо вычислить, используя значение коэффициента пересчёта, полученное в предыдущей работе (предполагается, что все лабораторные работы выполняются с тем же почвенным образцом) по формуле: M = m/KH2O, где М масса абсолютно сухой почвы, m масса воздушно-сухой почвы, а KH2O коэффициент гигроскопичности. Лабораторная работа №14 |