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:Общие физические свойства почвы Цель занятия: изучить методы определения общих физических свойств почвы (плотности твердой фазы, плотности сложения, общей пористости и пористости аэра- ции), произвести анализ этих свойств и сделать их агрономическую оценку в предло- женных образцах. Физические свойства почвы являются важнейшим фактором почвенного плодоро- дия. Они во многом зависят от состава и структурной организации почвы. В свою оче- редь, физические свойства почвы определяют водный, воздушный, пищевой и тепловой режимы почвы, влияют на развитие почвообразовательного процесса. Изучение и оценка физических свойств почв важны для определения их агрономической ценности, а также для проведения строительных и иных инженерных работ. Выделяют следующие физические свойства почвы: общие физические свойства, водные, воздушные, тепловые и физико-механические свойства. На практике проводят массовые анализы общих физических свойств почвы: плот- ности твердой фазы, плотности сложения и пористости почвы. Плотность твердой фазы почвы (d) – это масса, заключенная в единице объема твердой фазы почвы. Плотность твердой фазы почвы представляет собой интегриро- ванное значение плотностей всех компонентов твердой фазы почвы: обломочных, гли- нистых, новообразованных минералов и органических соединений. Величина плотно- сти твердой фазы почвы зависит, во-первых, от природы входящих в почву минералов, для которых она колеблется в пределах 2,3 – 4,0 г/см3, и, во-вторых, от количества ор- ганического вещества (1,4 – 1,8 г/см3). Плотность твердой фазы большинства почв со- ставляет 2,4-2,8 г/см3. Знание этого показателя необходимо для вычисления общей по- ристости почвы. Кроме того, он дает некоторую ориентировку в петрографическом со- ставе входящих в почву минералов и указывает на соотношение минеральной и орга- нической частей. Плотностью сложения почвы (dV) называется масса единицы объема абсолютно сухой почвы. Его величина в целинных почвах колеблется от 1,0 до 1,8 г/см3, т.е. ниже, чем плотность твердой фазы. Это связано с тем, что в ненарушенном сложении объем почвы занимает не только твердая фаза, но и поры различного размера. Плотность сло- жения почвы зависит от гранулометрического состава, количества органического веще- ства, сложения и структуры почвы. Знание этого показателя нужно для многих агроно- мических расчетов: для определения пористости, абсолютного запаса в почве воды и других веществ, для расчета поливных и промывных норм, а также доз удобрений. Ан- тропогенные воздействия на почву приводят к изменению равновесной плотности сло- жения, характерной для целинных почв: происходит уплотнение почвы (например, в подпахотном горизонте при формировании «плужной подошвы») или, наоборот, ее разрыхление. Для агрономической оценки плотности сложения почв можно воспользо- ваться табл. 16. Таблица 16 Оценка плотности сложения суглинистых и глинистых почв (по Н.А. Качинскому) Плотность Оценка Плотность Оценка сложения, сложения, г/см3 г/см3 < 1,0 Почва вспушена или богата 1,3 – 1,4 Почва сильно уплотнена органическим веществом 1,0 – 1,1 Свежевспаханная почва 1,4 – 1,6 Типичные величины для подпахотных горизонтов (кроме черноземов) 1,2 – 1,3 Почва уплотнена 1,6 – 1,8 Сильно уплотненные иллю- виальные горизонты Общая пористость (Pобщ) – это суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы почвы. Выражается в процентах от общего объема почвы. Обычно об- щую пористость определяют расчетным путем, используя значения плотности сложе- ния и плотности твердой фазы почвы. Пористость почвы зависит от гранулометрического состава, структурности, дея- тельности почвенной биоты, содержания органического вещества, в пахотных почвах от приемов обработки почвы. В пределах почвенного профиля пористость меняется по отдельным генетическим горизонтам, как правило, уменьшаясь с глубиной. Общая по- ристость складывается из межагрегатных пор (пор аэрации) и капиллярных пор (пусто- ты менее 8 мкм в диаметре). Некапиллярная пористость играет важную роль в воздухо- обмене почвы (аэрации), оптимально, когда она составляет 55-65 % общей пористости. Капиллярная пористость способствует удержанию влаги в почве. Оценку общей пористости можно провести, используя данные табл. 17. Таблица 17 Оценка общей пористости суглинистых и глинистых почв в вегетационный период (по Н.А. Качинскому) Общая по- Оценка Общая по- Оценка ристость, % ристость, % > 70 Почва вспушена (избыточ- < 50 Неудовлетворительная для но пористая) пахотного горизонта 65 – 55 Отличная пористость 40 – 25 Характерна для уплотнен- (культурный пахотный го- ных иллювиальных гори- ризонт) зонтов – чрезмерно низкая 55 – 50 Удовлетворительная для пахотного горизонта 5.1. Определение плотности твердой фазы почвы При пикнометрическом способе определения плотности твердой фазы почвы объ- ем твердой фазы почвы находят путем вытеснения воды взятой навеской почвы. Пик- нометр представляет собой мерную колбу (на 50, 100 см3 с расширением в верхней час- ти и пробкой с капилляром или без него). Порядок работы 1. Методом квартования отбирают среднюю пробу образца воздушно-сухой поч- вы. 2. Пробу растирают в ступке и пропускают через сито с диаметром отверстий 1 мм. Берут пробу на определение гигроскопической влажности почвы (см. разд. 4.2). 3. В пикнометр объемом (или мерную колбу) наливают до метки дистиллирован- ную воду, которую накануне прокипятили в течение получаса для удаления растворен- ного воздуха и закрывают пробкой. Взвешивают пикнометр с водой на технических ве- сах. 4. Из пикнометра отливают примерно половину объема воды и помещают в него навеску почвы 5 г (для пикнометра объемом 50 см3) или 10 г (для пикнометра на 100 см3). 5. Пикнометры с водой и почвой (без пробки!) кипятят на электрической плитке 30 мин для удаления воздуха из почвенных агрегатов. При этом следят, чтобы кипение не было слишком бурным и не произошло выброса суспензии из пикнометра. 6. Пикнометр охлаждают в воде, закрыв пробкой, затем доливают дистиллиро- ванной водой до метки и взвешивают в закрытом виде на технических весах. 7. Величину плотности твердой фазы почвы (d) вычисляют по формуле: A d= , ( A + B) − C где А – масса абсолютно сухой почвы, В – масса пикнометра с водой, С – масса пикнометра с водой и почвой. А0 ⋅ 100 А= , 100 + W Г где А0 – масса навески воздушно-сухой почвы, WГ – гигроскопическая влажность почвы, % Оборудование: фарфоровая ступка с пестиком, металлическое сито с отверстия- ми диаметром 1 мм, технические весы, пикнометры ли мерные колбы на 50 или 100 см3, термостат, плитка электрическая, эксикатор, химические стаканы. Лабораторная работа №15 Тема: Определение плотности сложения почвы Для определения этого показателя необходимо отобрать образец почвы в ее естественномсложении, так, чтобы не нарушить объемноерасположение структурных агрегатов и пор. Отбор образцов производят с помощью специального приспособления – бура Качинского в металлические цилиндры . При этом отбирают также пробу для определения полевойвлажности почвы. Цилиндры закрываютсякрышками и транспортируются в лабораториюдля взвешивания, которое необходимо произвести в этот же день. Образцы почвы в ненарушенном сложении можно отобрать также с помощьюспециальных режущих колец в бумажные пакетыили алюминиевых бюксов. В последнем случаеобразцы можно использовать одновременно дляопределения полевой влажности почвы. При отборе проб следует избегать уплотнения почвы и аккуратно подрезать ее вровень с краями цилиндров (колец или бюксов). Главная задача – определить массу абсолютно сухой почвы в единице объема. Внутренний объем (V, см3) цилиндров и ре- жущих колец можно определить по формуле: π ⋅d2 V= ⋅h, 4 где d – внутренний диаметр, а h – высота цилиндра (кольца). Объем бюксов можно определить по массе налитой в них до краев дистиллиро- ванной воды. Определения объема, а также массы цилиндров с крышками, необходимо произвести до проведения полевых работ. Порядок работы 1. При отборе проб буром Качинского определяют влажность почвы по описан- ной выше методике . Цилиндр с почвой, закрытый крышками, взвешивают на тарелочных весах. При отборе проб режущими кольцами или бюксами, пакеты с про- бами или бюксы помещают в термостат и сушат не менее 6 часов при температуре 105 о С до постоянной массы. Из бюксов почву для лучшего высыхания можно высыпать (без потерь!) в бумажные пакеты и сушить вместе с бюксами. После сушки охладить образцы в эксикаторе и определить массу абсолютно сухой почвы (вычтя массу тары – пакетов, бюксов). 2. Вычисляют плотность сложения почвы (dV) по формуле: А1 dV = , V где А1 – масса абсолютно сухой почвы, V – объем цилиндра (кольца, бюкса). Для образцов, отобранных буром Качинского в цилиндры, массу абсолютно сухой почвы определяют по формуле: 100 ⋅ ( А − А0 ) А1 = , 100 + W где А – масса цилиндра с влажной почвой, А0 – масса цилиндра без почвы, W – влажность почвы, %. Оборудование: бур Качинского (в комплекте с цилиндрами), алюминиевые бюк- сы, режущие кольца, весы технические (тарелочные), термостат, эксикатор. 5.3. Определение общей пористости и степени аэрации почвы расчетным методом Общую пористость почвы чаще всего определяют расчетным путем по значениям плотности твердой фазы и плотности сложения почвы, хотя есть и лабораторные спо- собы определения этого показателя, например, методом парафинирования. Формула для расчета общей пористости имеет следующий вид: ⎛ d ⎞ Робщ = ⎜1 − V ⎟⋅ 100% , ⎝ d ⎠ где dV – плотность сложения почвы, d – плотность твердой фазы почвы. Степень (пористость) аэрации почвы характеризует объем пор, заполненных воздухом. Этот показатель имеет большое значение для почвенной биоты и зависит от степени заполненности пор почвы водой. Когда вода заполняет почвенные поры и вы- тесняет почвенный воздух, снижается газообмен в почве, затрудняется дыхание поч- венных животных, микроорганизмов и корней растений, развиваются восстановитель- ные процессы, угнетающе действующие на растения. В агрономическом отношении важно, чтобы почва имела пористость аэрации не менее 15 %. Степень аэрации (РА, %) определяют по формуле: Р A = Pобщ − W ⋅ d V , где Робщ – общая пористость почвы, %, W – влажность почвы, %, dV – плотность сложения почвы, г/см3. Задание: 1. Произвести отбор проб для определения плотности сложения и плотности твердой фазы почвы (или использовать образцы, отобранные на первом занятии). 2. Определить плотность твердой фазы почвы. 3. Определить плотность сложения почвы. 4. Определить расчетным путем общую пористость и пористость аэрации почвы. 5. Произвести агрономическую оценку определенных показателей почвы. Вопросы для контроля: 1. Назовите общие физические свойства почвы. Каково их значение для почвен- ного плодородия? 2. Опишите методику пикнометрического определения плотности твердой фазы почвы. 3. Опишите ход определения плотности сложения почвы. 4. Как расчетным путем можно определить общую пористость почвы и порис- тость аэрации? III. ЛАБОРАТОРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВЫ Лабораторная работа №16 Тема: Химические свойства почвы. Химические свойства почвы формируются за счет их наследования от материн- ской породы, а также вследствие собственно почвенных процессов функционирования. В геохимическом отношении почва является телом, в котором замыкаются циклы био- логического круговорота и осуществляются многие процессы, связанные с геологиче- ским круговоротом веществ. Химические элементы и соединения, присутствующие в почве, могут иметь биогенное или литогенное (из горных пород) происхождение и в разной степени участвовать в процессах почвообразования. Главной особенностью химического состава почвы является наличие в ней орга- нических веществ и особенно их специфической группы – гумусовых веществ, а также большое разнообразие форм соединений отдельных элементов и непостоянство (дина- мичность) химического состава почв во времени. Такие органогенные элементы, как углерод и азот, содержатся в почве в количествах, в 10-20 раз превышающих их содер- жание в литосфере. Другие элементы (алюминий, железо, кальций, натрий, калий) в ре- зультате почвообразования выносятся из почвы. Для растений особенно важно наличие в почве подвижных форм элементов минерального питания, таких как азот, фосфор, калий, кальций и микроэлементов (бор, марганец, цинк, медь, кобальт и др.). Анализ химических свойств почв имеет основное значение в почвенных исследо- ваниях. На его основе определяются обеспеченность почвы элементами, необходимыми для питания растений, химические особенности почвы, а также наличие или отсутствие вредных соединений, в том числе связанных с техногенным загрязнением. По данным химического анализа составляется агротехническая характеристика почвы, разрабаты- ваются мероприятия по повышению ее плодородия. При химическом анализе почв широко применяют различные в ы т я ж к и – ки- слотные, щелочные, солевые и водные. Вытяжкой из почвы называют сумму соедине- ний, растворимых в растворителе, которым воздействуют на почву. Растворителем мо- жет служить вода, а также растворы щелочей, кислот и солей. Обычно при приготовле- нии вытяжки почва и растворитель берутся в соотношении 1:5. По степени растворимости можно выделить следующие группы химических со- единений почвы: 1) Легкорастворимые соединения. Сюда относятся хлориды натрия, магния и кальция; бикарбонаты натрия, кальция и магния; карбонаты натрия; сульфаты натрия и магния; нитраты, нитриты и некоторые другие. Соединения этой группы легко раство- ряются в дистиллированной воде. Кроме перечисленных минеральных солей, в воде растворяются некоторые органические соединения (водорастворимая часть гумуса). 2) Среднерастворимые соединения плохо растворяются в воде, но хорошо – в сла- бых растворах кислот. К этой группе относятся карбонаты кальция и магния, сульфаты кальция и частично гидроксиды железа. Эти соединения растворяются в воде в 1000 раз хуже растворимых соединений. Растворимость этих соединений немного повышается от присутствия большого количества легкорастворимых солей, однако все равно оста- ется очень низкой. Карбонаты кальция и магния и сульфат кальция хорошо растворя- ются в соляной кислоте (концентрация 5-10%); большая концентрация кислоты отрица- тельно сказывается на растворимости сульфата кальция. 3) Некоторые химические соединения не растворяются ни в воде, ни в слабых ки- слотах, но хорошо растворяются в щелочах. Примеры подобных соединений – гумино- вые кислоты и их соли (важные составные части почвенного гумуса), аморфная окись кремния и некоторые другие образования. Эти соединения обычно растворяются 10- процентным раствором Na2CO3 (соды) или однонормальным раствором гидроксида на- трия NaOH. Органическое вещество почвы Цель занятия: познакомиться с основными группами органического вещества поч- вы, составом и свойствами гумусовых веществ, освоить метод определения общего со- держания органического вещества почвы по И.В. Тюрину. Органическое вещество почвы играет значительную роль в формировании почвы и ее важнейших свойств и признаков. От содержания органического вещества зависит плодородие почвы, которое от первичного плодородия материнских пород и от искус- ственного плодородия (внесение удобрений), отличается относительной устойчивостью и способностью к воспроизводству. Органическое вещество определяет сорбционные свойства почвы – выполняет депонирующую функцию по отношению к элементам ми- нерального питания растений. Кроме того, само органическое вещество почвы служит питательным субстратом для почвенной биоты (микроорганизмов, почвенных живот- ных и грибов). Органические вещества участвуют в создании благоприятных водно- физических свойств почвы, устойчивой почвенной структуры, миграции ряда химиче- ских элементов и соединений. Все важнейшие почвенные процессы протекают при прямом или косвенном участии органического вещества. Источником органического вещества почвы служат органические остатки отмер- ших растений и их частей, микроорганизмов, животных, а также их прижизненные вы- деления. Эти остатки в почве минерализуются с образованием воды, углекислого газа и минеральных солей или вступают в сложные превращения, итогом которых становится образование специфических почвенных органических веществ – гумуса. Соотношение процессов минерализации и гумификации различно в разных природных зонах. Наибо- лее интенсивное гумусонакопление происходит в районах с умеренным климатом при участии травянистой растительности и приводит к формированию наиболее богатых гумусом почв – черноземов. Органическое вещество почвы постоянно обновляется: часть его минерализуется и замещается новым органическим веществом. Поэтому на- рушение баланса поступления органического вещества в почву неизбежно приводит к снижению гумусированности почв, что часто наблюдается в агроландшафтах. Выделяются следующие основные группы органического вещества почвы: 1 ) Неразложившиеся и слаборазложившиеся остатки растений и животных – поч- венный д е т р и т . 2) Почвенный г у м у с – часть органического вещества почвы, полностью утра- тившая черты анатомического строения организмов, представленная совокупностью специфических и неспецифических органических соединений почвы. Н е с п е ц и ф и ч е с к и е о р г а н и ч е с к и е с о е д и н е н и я (сахара, аминокислоты, белки, органические основания, дубильные вещества, органические кислоты и т.п.) присутствуют в почве как результат жизнедеятельности организмов, продукты выще- лачивания и промежуточные продукты разложения органических остатков. Их содер- жание в минеральных почвах не превышает нескольких процентов. С п е ц и ф и ч е с к и е г у м у с о в ы е в е щ е с т в а – темноокрашенные органические соединения, входящие в состав гумуса, представляют собой смесь различных по соста- ву и свойствам высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений. Это основная часть почвенного гумуса. Среди специфических гумусовых веществ можно выделить г у м у с о в ы е к и с л о - т ы – вещества, экстрагируемые из почвы щелочной вытяжкой и г у м и н – неэкстраги- руемую часть гумуса. Гумусовые кислоты в настоящее время подразделяют на три фракции: Ф у л ь в о к и с л о т ы (от гр. «фульвос» – желтый) – наиболее растворимая (в щело- чах, кислотах, органических растворителях) группа гумусовых соединений, отличаю- щаяся от других фракций меньшей молекулярной массой, более светлой окраской, меньшим содержанием углерода. Обладают относительно более выраженными кислот- ными свойствами, способствуют выщелачиванию почвенного профиля благодаря спо- собности к комплексо- и хелатообразованию. Сравнительно легко минерализуются и поэтому являются источником легко мобилизируемых питательных веществ. Г у м и н о в ы е к и с л о т ы – растворимая в щелочах, но нерастворимая в кислотах группа темноокрашенных гумусовых веществ, обладающих относительно более высо- кими молекулярными массами, менее выраженным кислотным характером и более вы- соким содержанием углерода. Г и м а т о м е л а н о в ы е к и с л о т ы – фракция гумусовых веществ с промежуточ- ными свойствами между фульвокислотами и гуминовыми кислотами. Они экстрагиру- ются полярными органическими растворителями (например, этиловым спиртом). Соотношение главных фракций гумусовых кислот – гуминовых и фульвокислот (СГК:СФК) является показателем, характеризующим тип гумуса. Так, гумус может быть гуматным (СГК:СФК>2), фульватно-гуматным (1-2), гуматно-фульватным (0,5-1), фуль- ватным (< 0,5). При количественном определении общего содержания органического вещества в почве фактически находят общее содержание углерода, а затем, учитывая среднее со- держание углерода в гумусе 58 %, вычисляют содержание в почве так называемого «общего гумуса». Этот показатель варьирует в почвах в широких пределах (от 0,5 до 12 % и более). Оценку общей гумусированности почвы можно сделать на основе данных табл. 18. Таблица 18 Показатели гумусного состояния почв (по Д.С. Орлову, Л.А. Гришиной) Признаки Уровень признака Пределы значений Очень высокое Более 10 Высокое 6 – 10 Содержание гумуса, % Среднее 4–6 Низкое 2–4 Очень низкое Менее 2 Очень высокие >200 >600 Высокие 150-200 Запасы гумуса в слое, т/га 400-600 Средние 100-150 20 см 200-400 100см Низкие 50-100 100-200 Очень низкие <50 <100 Лабораторная работа №17 |