Почвоведение и инженерная геология

5. В почве содержится до 80 % и более физической глины. Сухие комки очень твердые и плохо поддаются раздавливанию между пальцами. При растирании ощущается очень однородная масса. Из влажного образца можно скатать шарик, который при раздавливании образует лепешку без трещин по краям. При раскатывании шарика образуется длинный тонкий шнур, который не ломается и не дает трещин при изгибании – глинистая почва.

Форма записи результатов

Оборудование и материалы. 1. Технохимические весы. 2. Коробка с почвой. 3. Мерные цилиндры на 100 см

и 50 см

. 4. Раствор хлорида кальция. 5. Дистиллированная вода. 6. Образец почвы, просеянной через сито 1 мм. 7. Стеклянные палочки.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие первичные минералы широко распространены в рыхлых породах, почвах и почему? 2. Какие минералы называются вторичными и какова их роль в почвовобразовании и плодородии почв? 3. Как характеризуются гранулы (механические элементы) и чем отличаются их группы по составу и свойствам? 4. Что называется гранулометрическим составом и каковы принципы построения классификации почв по гранулометрическому составу? 5. Как проявляется влияние гранулометрического состава почв (легких, средних и тяжелых) на их агрономические свойства?

2.4 Определение агрегатного состава почвы и водопрочности почвенных агрегатов методом Н.И. Саввинова

Под структурой почвы понимают совокупность агрегатов или структурных отдельностей различной величины, формы, пористости, механической прочности и водопрочности.

Агрегаты диаметром больше 0,25 мм называют макроагрегатами, мельче 0,25 мм – микроагрегатами.

Агрономически ценной является комковато-зернистая структура с размером агрегатов от 0,25 до 10,0 мм, обладающих пористостью и водопрочностью. Такая структура обусловливает наиболее благоприятный водно-воздушный режим почвы. Водопрочными называются агрегаты, которые противостоят размывающему действию воды.

В задачу агрегатного анализа входит: 1) определение содержания агрегатов того или иного размера в пределах 0,25–10 мм; 2) выявление количества водопрочных агрегатов из выделенных структурных отдельностей.

Число агрегатов определенного размера находят методом «сухого» агрегатного анализа, а водопрочных агрегатов – методом «мокрого» агрегатного анализа.

Метод «сухого» агрегатного анализа. Из образца нерастертой воздушно-сухой почвы берут среднюю пробу 0,5–2,5 кг. Осторожно выбирают корни, гальку и другие включения. Среднюю пробу просеивают через колонку сит с диаметром отверстий 10; 5; 3; 2; 1; 0,5; 0,25 мм. На нижнем сите должен быть поддон. Почву просеивают небольшими порциями (100–200 г), избегая сильных встряхиваний. Когда сита разъединяют, каждое из них слегка постукивают ладонью по ребру, чтобы освободить застрявшие агрегаты.

Агрегаты с сит переносят в отдельные фарфоровые или алюминиевые чашки. Когда всю среднюю пробу просеют и разделят на фракции, каждую фракцию взвешивают на технохимических весах и рассчитывают ее содержание в процентах от массы воздушносухой почвы.

Коэффициент структурности при сухом просеивании определяют по формуле

Главное качество почвенной структуры – водопрочность, т. е. способность комочков противостоять размыванию водой.

Чем богаче почва минеральными и органическими коллоидами, тем шире возможности для ее агрегации. Процесс образования структуры протекает под влиянием коагуляции коллоидов, склеивания механических элементов коллоидными пленками, а также под воздействием корней растений, гиф грибов, оплетающих почвенные комки и зерна и проникающих внутрь их.

Особенно большое значение для образования структуры почвы имеет гумус. Как коллоидное вещество, он под влиянием катионов кальция и магния способен переходить в необратимую форму и давать прочный и не растворимый в воде гель. Этот гель, играющий роль клея, и придает структурным агрегатам водопрочность.

Метод «мокрого» агрегатного анализа. Навеску почвы 50 г составляют из отсеянных структурных фракций. Из каждой фракции отвешивают на технохимических весах количество структурных отдельностей (в граммах), равное половине процентного содержания данной фракции в почве. Фракцию меньше 0,25 мм не включают в среднюю пробу, чтобы не забивались нижние сита при просеивании почвы. Поэтому навеска всегда бывает меньше 50 г.

Подготавливают набор из пяти сит с диаметром отверстий (сверху вниз) 3; 2; 1; 0,5; 0,25 мм. Сита скрепляют металлическими пластинками и устанавливают в баке с водой так, чтобы над бортом верхнего сита находился слой воды 5–6 см.

Навеску высыпают в литровый цилиндр и насыщают водой, которую приливают осторожно по стенкам цилиндра, чтобы вытеснить из почвы воздух, не защемляя его (защемленный воздух разрушает агрегаты). Увлажненную почву оставляют на 10 мин в покое, после чего цилиндр доливают водой доверху. Для полного удаления воздуха цилиндр закрывают часовым стеклом, наклоняют до горизонтального положения и ставят вертикально. Когда воздух будет удален, цилиндр закрывают пробкой, следя, чтобы под ней не осталось воздуха, и быстро переворачивают вверх дном. Держат в таком положении, пока основная масса агрегатов не упадет вниз. Затем цилиндр переворачивают и ждут, когда почва достигнет дна. Так повторяют 10 раз, чтобы разрушить все непрочные агрегаты.

При последнем обороте оставляют цилиндр дном кверху, переносят к набору сит и погружают в воду над верхним ситом. Под водой открывают пробку цилиндра и, не отрывая его от воды, плавными движениями распределяют почву на поверхности верхнего сита.

Через минуту, когда все агрегаты больше 0,25 мм упадут на сито, цилиндр закрывают пробкой под водой, вынимают из воды и отставляют.

Почву, перешедшую на сито, просеивают под водой следующим образом: набор сит поднимают в воде, не обнажая оставшихся агрегатов на верхнем сите, и быстрым движением опускают вниз. В этом положении держат 2–3 секунды, чтобы успели просеяться агрегаты, затем медленно поднимают вверх и быстро опускают вниз. Сита встряхивают 10 раз, затем вынимают из бака два верхних сита, а нижние встряхивают еще 5 раз. Оставшиеся на ситах агрегаты смывают струёй воды в большие фарфоровые чашки. Избыток воды в чашках сливают. Из больших чашек агрегаты смывают в заранее взвешенные маленькие чашечки, затем высушивают на водяной бане до воздушно-сухого состояния и взвешивают. Масса фракций, умноженная на 2, дает процентное содержание водопрочных агрегатов того или иного размера. Процент агрегатов меньше 0,25 мм определяют вычитанием из 100 суммы процентов полученных фракций.

Таблица 5 – Оценка структурного состояния почвы

Коэффициент при мокром просеивании определяют по формуле

Форма записи результатов

Оборудование и материалы. 1. Образец нерастертой почвы массой 500 г. 2. Колонка почвенных сит. 3. Технохимические весы. 4. Алюминиевые или фарфоровые чашки. 5. Мерные цилиндры на 1000 мл. 6. Водяная баня или электроплитка. 7. Кастрюля с водой вместимостью 10 л. 8. Резиновые груши.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое структура почвы и в чем особенности ее оценки в морфологическом и агрономическом отношении? 2. Какие процессы определяют образование структуры, ее утрату и каковы приемы восстановления структуры почвы? 3. В чем заключается роль структуры почвы в формировании ее свойств, режимов и плодородия?

2.5 Определение общих физических свойств почвы

2.5.1 Определение плотности твердой фазы почвы пикнометрическим методом

Почва как физическое тело состоит из четырех фаз: твердой, жидкой, газообразной и населения почвы. Твердая фаза представлена минеральными и органическими веществами, жидкая – водой с растворенными в ней соединениями (почвенный раствор), а газообразная – почвенным воздухом.

Плотностью твердой фазы почвы называется отношение массы твердой фазы почвы в сухом состоянии к массе равного объема воды при температуре +4 °C. Эта величина зависит от природы входящих в почву минералов и от количества органического вещества.

В среднем плотность твердой фазы у большинства почв равна 2,50–2,65 г/см

и изменяется в зависимости от указанных причин. Чем больше гумуса содержит почва, тем меньше плотность твердой фазы. Так, чернозем с 10 %-м содержанием гумуса имеет плотность твердой фазы около 2,4 г/см

, а дерново-подзолистая почва с 2,5 %-м содержанием гумуса – 2,6 г/см

. У торфов плотность твердой фазы зависит от степени разложения и зольности торфа и колеблется от 1,4 до 1,7 г/см

. Некоторые скелетные почвы имеют плотность твердой фазы 3,0 г/см

.

Знание плотности твердой фазы почвы необходимо для вычисления пористости почвы. Кроме того, плотность твердой фазы почвы дает некоторую ориентировку в петрографическом составе входящих в почву минералов и указывает на соотношение минеральной и органической частей.

Плотность твердой фазы почвы определяют пикнометрическим способом. Для ее вычисления надо знать объем и массу твердой фазы почвы. При пикнометрическом способе объем твердой фазы находят путем вытеснения воды взятой навеской почвы.

Ход анализа

1. В колбу наливают около 250 мл дистиллированной воды, кипятят примерно полчаса для удаления из нее растворенного воздуха и охлаждают до комнатной температуры.

2. Берут пикнометр (или мерную колбу) на 100 мл, наливают в него до метки прокипяченную и охлажденную дистиллированную воду, измеряют температуру и взвешивают на аналитических весах.

3. Из просеянного через миллиметровое сито образца отвешивают на аналитических весах в стеклянный стаканчик или в какуюлибо другую тару 9–10 г воздушно-сухой почвы. Одновременно берут навеску для определения гигроскопической влаги, если ее не определяли.

4. Из взвешенного пикнометра выливают немного больше 1/2 объема воды и высыпают в него навеску почвы. Стаканчик, в котором находилась почва, снова взвешивают и по разности между стаканчиком с почвой и пустым стаканчиком находят массу почвы, взятой для определения плотности твердой фазы.

5. Почву и воду в пикнометре кипятят 30 мин для удаления воздуха, доливая дистиллированной водой по мере выкипания до половины его объема.

6. После кипячения пикнометр с содержимым охлаждают до комнатной температуры и доливают прокипяченную и охлажденную воду до метки, вытирают снаружи фильтровальной бумагой и взвешивают на аналитических весах. Нужно следить, чтобы температура пикнометра с водой и почвой и первоначальная температура пикнометра с водой были одинаковыми.