Агрономическая оценка ПЗВ в метровом слое почвы

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 9Следующая ⇒

ПЗВ, мм	Оценка
≥ 160 160-130 130-90 90-60 60 ≤	Очень хороший Хороший Удовлетворительный Плохой Очень плохой

Таблица 10

Рабочая таблица для расчета запасов воды в почве

№ п/п	Мощность, см	Влажность, % к сухой почве	Плотность, г/см³	ПЗВ
м³/га	мм

Материалы‚ реактивы и оборудование: почвенный бур‚ набор бюксов‚ бур Качинского‚ почвенный нож‚ киянка (молоток)‚ оберточная бумага‚ технические весы‚ сушильный шкаф‚ лопата‚ эксикатор с солью.

Вопросы для самоконтроля

1. Как определяют запасы воды в почве?

2. Как определяют продуктивные запасы воды?

3. Физический смысл ОЗВ, ЗТВ, ПЗВ?

4. Напишите формулы расчета указанных выше величин.

Задание 6. Определение водопроницаемости почвы

Водопроницаемость – способность почвы впитывать и пропускать через себя воду. Различают две стадии этого процесса: первая стадия – впитывание и просачивание воды в почве, вторая – фильтрация воды из почвы в грунт.

Впитывание и просачивание – это движение воды по свободному объему пор. Например, при поливах, после обильного дождя.

Фильтрация – движение капельножидкой воды в порах, уже совершенно заполненных водой. Такое движение происходит под действием силы тяжести. Если поры почвы лишь частично заполнены водой, то при ее поступлении наблюдается ее впитывание. Если поры полностью насыщены, происходит фильтрация, то есть движение в условиях сплошного потока жидкости. Чаще наблюдается движение влаги при неполном насыщении пор. Фильтрация проявляется при выпадении больших осадков, бурном снеготаянии, орошении большими дозами.

Водопроницаемость зависит от пористости, состава, структуры почвы.

Структурный глинистый чернозем хорошо водопроницаем, а глыбистый бесструктурный солонец практически водоупорен.

По скорости впитывания почвы разделяют на три группы (по С. В. Астапову):

сильноводопроницаемая – впитывает более 0, 15 м за первый час;

средневодопроницаемая – впитывает 0, 15–0, 05 м/час;

слабоводпроницаемая – менее 0, 05 м/час.

Для характеристики водопроницаемости в целом используют следующую градацию:

провальная – почва пропускает за час 1000 мм воды

излишне высокая – 500–1000

наилучшая – 100–500

хорошая – 70–100

удовлетворительная – 30–70

неудовлетворительная – менее 30.

Определение скорости впитывания воды в почву

Метод заливки площадок. Выбирают наиболее типичный участок на данном поле для данной местности. На нем закладывают опытную площадку размером 3х3 (м) или 1, 5х1, 5 (м). Поверхность выравнивают, заливают водой в количестве, необходимом для вытеснения воздуха из пор. Для защиты от растекания воды, вокруг площадки делают обваловку из двух валов высотой 20–25 см.

Чтобы все поры почвы заполнить водой необходимо объем воды, равный объему пор, заполненных воздухом. Дополнительное количество воды добавляют на растекание. Поливную норму увеличивают в 1, 5–2 раза.

Наливают равномерно воду слоем 15–20 см. Через каждые 5 минут ведут учет впитавшейся воды. Затем поверхность площадки покрывают соломой или травой для защиты от испарения.

Перед опытом определяют влажность и скважность почвы. После впитывания пробы почвы берут через 1, 2, 3 суток по генетическим горизонтам. По количеству влаги до и после опыта определяют количество просачившейся воды на данную глубину.

Для определения водопроницаемости в почву на глубину 6–7 м врезают два деревянных или металлических квадрата. Сторону внутреннего квадрата делают на 30-40 см меньше внешнего. Нижние края квадратов заостряют для лучшего погружения в почву. Внутрь квадратов наливают воду слоем 5–10 см, поддерживая этот уровень до конца опыта.

Изменение уровня воды через 1, 3, 5 минут устанавливают по прорези в одной из стенок внутреннего квадрата, в которую вставляют стекло с измерительной шкалой или измерительную линейку.

Учет производят до тех пор, пока скорость впитывания не станет постоянной.

Метод определения с помощью цилиндра в полевых условиях (по С.В. Астапову). Латунные цилиндры диаметром 9–10 см и высотой 10 см врезают в почву, так, чтоб верхний край выступал из почвы на 2 см. Параллельно ставят 3–6 цилиндров. В оставшийся объем цилиндра, не заполненный почвой, высотой 2 см, наливают отмеренное количество воды до верхнего края и поддерживают на этом уровне в течение всего опыта. На суглинистых почвах целесообразно учитывать количество воды, добавляемой в цилиндры через каждые 15 минут в течение 3–5 часов. Затем цилиндр накрывают крышкой, выкапывают, обрезают почву на уровне края цилиндра, взвешивают вместе с почвой. Затем берут пробу почвы из цилиндра на влажность.

Лабораторный метод С.В. Астапова. В лабораторных условиях скорость впитывания и фильтрации определяют в стеклянных цилиндрах высотой 15–20 см и диаметром 4–5 см с сетчатым дном. Дно цилиндра покрывают фильтровальной бумагой. Просеянную через сито 1–3 мм почву насыпают в цилиндр так, чтобы плотность почвы была равна 1, 2–1, 4 г/ см³.

Для получения равномерной плотности почвы при загрузке цилиндра по его наружной стенке постукивают ладонью после каждого трехсантиметрового слоя насыпки. Почвы насыпают в цилиндр до высоты 15 см, взвешивают, укрепляют на штативе.

Колонку с почвой ставят на воронку, в воронку насыпают гравий для устойчивости цилиндра и укрепляют на штативе. Почву в цилиндре покрывают кружком фильтровальной бумаги или песком слоем 1 см.

Над почвой в колонку наливают воду слоем 2–3 см. В дальнейшем поддерживают постоянный напор воды слоем 2–3 см. Для этого берут мерный цилиндр на 100-150 мл, наполняют его водой. Цилиндр прикрывают листом бумаги, переворачивают вверх дном так, чтобы края были выше поверхности почвы в колонке на 2–3 см. Затем бумагу убирают, часть воды выливают из цилиндра. Так создается постоянный напор. Засекают время наблюдения. Под воронку ставят мерный цилиндр для учета фильтрующейся воды. Через каждые 3–5 мин в зависимости от скорости впитывания производят отсчеты расхода воды в мл и определяют глубину промачивания в см до появления первой капли воды, фиксирующей начало фильтрации. Градиент напора вычисляют по формуле:

J = (H + L)/L,

где J – градиент напора; H – напор воды, см; L – глубина промачивания, см.

Скорость впитывания и фильтрации рассчитывают по формуле:

v = 10∙ Q/S∙ t,

где v – скорость впитывания или фильтрации, мм/мин; Q – общий расход воды, мл; S – поперечное сечение, см²; t – время, мин.; 10 – коэффициент пересчета см в мм.

Результаты, полученные при температуре воды приводят к температуре 10^ОС по формуле Хозена:

V₁₀ = V_t/(0, 7+ 0, 03∙ t),

где V_t – скорость впитывания при температуре воды t^ОС; t – время‚ ч.

Коэффициент фильтрации, или скорость фильтрации при градиенте напора, равном единице определяют по формуле:

К_ф = v/j,

где К_ф– коэффициент фильтрации; v– скорость впитывания или фильтрации, см/мин; j – градиент напора.

Результаты наблюдений заносят в таблицу 11.

Таблица 11

Результаты определения водопроницаемости почвы

Время за интервал t, мин	Время общее‚ мин	Общий расход воды Q, мл	Поперечное сечение, S см²	Напор воды, см	Глубина промачивания, см	Градиент напора, см (j)	Скорость впитывания и фильтрации, см/мин (v)	Коэффициент впитывания и фильтрации, К_ф

Материалы‚ реактивы и оборудование: установка С.В. Астапова‚ почва‚ емкость с водой‚ часы‚ секундомер; рамка 3х3 м‚ 1, 5х1, 5 м‚ емкость с большим объемом воды‚ линейка; латунные цилиндры‚ часы.

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение водопроницаемости.

2. От чего зависит водопроницаемость почвы?

3. Градация степени водопроницаемости.

4. Градация общей водопроницаемости.

5. Что такое фильтрация?

6. Что такое впитывание?

7. Какие методы определения водопроницаемости вы знаете?

Лабораторно-практическая работа № 3

«Определение общих физических свойств почв»

(Задания 1-3)

Задание 1. Определение плотности почвы

Плотность почвы – масса единицы объема абсолютно сухой почвы‚ взятой в ее естественном сложении (со всеми ее порами и промежутками).

Плотность определяет соотношение между фазами почвы, связана с ее структурным состоянием. Плотность также зависит от сложения и структуры. Рыхлые почвы с зернистой и комковатой структурой, большой пористостью мало плотные. Бесструктурные, слитые – плотные. Увеличивают плотность поливы, выпас, применение тяжелой техники. Уплотнение глубоких слоев почв приводит к необратимому снижению плодородия. Тяжелые минералы увеличивают ее, легкие – понижают.

Таблица 12

Плотность почв и грунтов

Почвы	Плотность, г/см^з	Почвы	Плотность, г/см^з
Торф	0, 2-0, 5	Солонцовый горизонт	1, 5-1, 7
Пухлый солончак	0, 8-1, 0	Глыбы после вспашка	1, 7-1, 9
Подзолистый горизонт	1, 2-1, 5	Корка после полива	1, 6-1.9
Болотные почвы	1, 1-1, 3	Третичные глины	1, 7-2, 0
Лессы	1, 3-1, 5	Слитый сухой горизонт	1, 9-2, 0
Целинный чернозем	1, 2-1, 3	Иллювиальные горизонты	1, 6-1, 8
Свежая вспашка	1, 0-1, 1

Для большинства сельскохозяйственных культур оптимальное значение плотности почв тяжелого гранулометрического состава (суглинистых и глинистых) составляет 1, 0–1, 2 г/см^з, для малогумусных почв – 1, 4–1, 8. Чем больше органических соединений в почве, тем плотность ниже, чем больше минералов оксида железа, тем выше (см. табл. 12).

Значения плотности используют для определения запасов воды, гумуса, питательных элементов, расчета содержания в почве токсичных солей, определения поливной нормы. Учет плотности почв позволяет сравнивать значения конкретного показателя в почвах объективно, независимо от их гранулометрического состава, содержания гумуса. Для этого применяют формулу:

W = W‚%∙ d_v∙ h,

где W (%) – значение определяемой величины в процентах; d – плотность почвы, г/см^з; h – мощность слоя почвы, горизонта, в см.

Значение плотности

1. При уплотнении почвы, уменьшении ее объема, доля твердой фазы и доля, занимаемая недоступной влагой растет. При величине плотности 1, 5–1, 6 г/см^з доля доступной влаги составляет 5–10 % от объема почвы. Чем суше почва, тем большее угнетение испытывают растения от повышенной плотности. С ее ростом на 0, 1 г/ см^з содержание недоступной влаги растет на 10 %.

2. В слитых почвах, богатых монтмориллонитом, отрицательное воздействие повышенного уплотнения усиливается набуханием и усадкой. Объемное сжатие при высыхании почв (усадка) составляет почти 30 %. Это приводит к разрыву корневых систем.

3. Нормальный газообмен нарушается при плотности почв более 1, 45 г/см^з. Это вызывает сокращение макропор и крупных капилляров, снижается диффузия воздуха и газообмен между почвой и атмосферой, резко сокращается доля О₂, меняется направление биологического превращения веществ, подавляется разложение органических соединений.

4. При росте плотности у растений снижается всхожесть, или запаздывает, они ниже ростом, листья слабо окрашены, нарушены формы корневых систем, деформированы клубни. Проникновение корней в горизонты при плотности 1, 40–1, 55 (1, 6) г/см^з затруднено, развитие угнетается, при дальнейшем уплотнении почв рост корней невозможен.

5. Оптимальная плотность дают прибавку урожая с излишне уплотненными почвами: яровой пшеницы на 1, 5 ц/га, просо – 2, 5, кукурузы на силос – 25–40, сахарной свеклы – 8–10, картофеля –15. Рост плотности почвы снижает урожай зерновых на 10–15 %.

На черноземах оптимальная плотность гумусового горизонта (АВ) составляет 1, 3–1, 35 см^з. Почва хорошо водопроницаема и влагоемка. Хлопок, люцерна, люпин лучше развиваются при более высокой плотности пахотного слоя. Рис требует высокой плотности корнеобитаемого слоя.

Для плодовых культур плотность корнеобитаемого слоя (20 – 200 см) должна составлять менее 1 г/см^з. Подобная плотность характерна для следующих типов почв: черноземы, каштановые, коричневые почвы. Плотность слоя мощностью 20-100 см более 1 г/см^зтипична для дерново-подзолистых, серых, бурых, лесных почв, желтоземов.

Оптимальная плотность почвы для произрастания черешни составляет менее 1, 35; яблони, груши, абрикоса – 1, 3–1, 4; сливы, вишни – 1, 35–1, 45 г/см^з.

Ход работы

Отбор проб почвы для определения плотности берут буром Качинского, что позволяет не нарушать естественное ее сложение. Рабочая часть бура – металлический цилиндр с заточенным краем, который врезается в горизонт.

Цилиндр с почвой откапывают ножом так, чтобы объем почвы был равен объему бура Качинского. Затем высыпают почву из цилиндра на предварительно взвешенный на технических весах лист бумаги и взвешивают. Из навески берут пробу почвы для определения влажности. Для расчета плотности используют значение массы сухой почвы.

Объем цилиндра рассчитывают по формуле:

V = π ∙ R²∙ h,

где π =3, 14; R²– радиус (значение в квадрате) цилиндра, см, h – высота цилиндра, см.

Массу абсолютно сухой почвы определяют по формуле:

М₁ = 100∙ М/(100 + а),

где М₁ – масса абсолютно сухой почвы, г; М – масса влажной почвы, г; а – влажность почвы, %.

Плотность почвы обозначают знаком – d_V – и определяют по формуле:

d_V = М₁/V,

где d_V – плотность почвы, г/см^з; М₁ – масса абсолютно сухой почвы, г; V – объем почвы в цилиндре, см^з.

Полученные данные заносят в таблицу 13.

Таблица 13

Определение плотности почвы

Горизонт‚ глубина, см	Объем цилиндра, см^з	Масса влажной почвы, г	Влажность, %	Масса сухой почвы в цилиндре, г	Плотность почвы, г/см^з

Материалы‚ реактивы и оборудование: почвенный нож‚ бур Качинского‚ оберточная бумага‚ киянка (молоток)‚ бюкс‚ линейка‚ сушильный шкаф‚ эксикатор с солью‚ технические весы.

Вопросы для самоконтроля

1. Определение плотности почв.

2. От каких свойств почв зависит плотность?

3. Для чего нужны значения плотности почв?

4. Какая связь между плотностью почв и количеством влаги?

5. Какая связь плотности почв с усадкой и набуханием?

6. Связь плотности и газообмена почв.

7. В каких пределах изменяется плотность почв?

Задание 2. Определение плотности твердой фазы почвы

Плотность твердой фазы (удельный вес) – средняя плотность почвенных частиц – масса сухого вещества почвы в единице его истинного объема, то есть, в единице объема твердой фазы, выраженная в г/см^з или т/м^з.

Плотность твердой фазы почвы зависит от ее минералогического состава, количества органических веществ. Плотность твердой фазы почвы малогумусных почв составляет 2, 65–2, 70 г/см^з, у торфяных почв, обогащенных органическими соединениями – 1, 4–1, 8. Знание плотности твердой фазы почвы необходимо для расчета общей порозности, порозности аэрации и др.

Определение плотности твердой фазы почвы проводят по формуле:

d = М/(М + В – С),

где d – плотность твердой фазы почвы, г/см^з; М – масса сухой почвы, г; В – масса мерной колбы с водой, г; С – масса мерной колбы с водой и почвой, г.

Ход работы

Берут среднюю пробу – 10 г воздушно-сухой почвы, взвешивают на технических весах. Мерную колбу емкостью 100 мл наполняют дистиллированной водой до метки, предварительно измерив ее температуру, обтирают внешнюю поверхность фильтровальной бумагой и взвешивают. Записывают температуру и массу колбы с водой, воду выливают, в пустой пикнометр аккуратно переносят взятую навеску почвы.

Дистиллированную воду приливают до половины объема утолщенной части мерной колбы осторожно, смывая прилипшие частички почвы. В мерную колбу вставляют воронку (установка – обратный холодильник) и нагревают 20–30 минут для удаления воздуха из почвы, не доводя до бурного кипения. Для этого периодически колбу снимают с плитки, пользуясь тигельными щипцами.

После кипячения колбу с водой и навеской почвы охлаждают в кристаллизаторе с холодной водой‚ доводя ее до первоначальной температуры. Для ускорения охлаждения в колбу доливают немного воды. После охлаждения, воду доливают до метки, обтирают фильтровальной бумагой и взвешивают. Данные заносят в таблицу 14.

Таблица 14

Результаты определения плотности почвы

Горизонт, глубина‚ см М, масса сухой почвы, г В, масса колбы с водой, г С, масса колбы с водой и почвой‚ г d, плотность твердой фазы почвы, г/см^з

Материалы‚ реактивы и оборудование: 100 мл мерные колбы (или пикнометры)‚ воронки‚ технические весы‚ почва‚ миллимитровое сито‚ дистиллированная вода‚ кристаллизатор с водой‚ термометр‚ электрическая плитка с закрытой спиралью‚ часы‚ фильтровальная бумага или ветошь.

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение удельному весу почвы.

2. От чего зависит значение плотности твердой фазы почвы?

3. Формула расчета плотности твердой фазы почвы.

4. Каковы оптимальные значения удельного веса почвы?

Задание 3. Определение общей порозности и порозности аэрации

Пористость (общая порозность) – суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы, % от общего объема почвы. Она выражает собой величину полной влагоемкости и полной воздухоемкости в объемных процентах. Общая порозность зависит от гранулометрического и минералогического состава почвы, ее структуры и плотности. В почвах песчаного гранулометрического состава ее значения составляют 35–40, глинистых – 44–50, болотных – 80, гумусовых – 50–60, оглееных – 26–28.

Дифференциальная порозность – соотношение различных форм пористости.Составляющие общей порозности – капиллярная и некапиллярная порозности (пористости).

Капиллярная порозность – объем пор, занятых капиллярами почвы, включая межагрегатные пространства, с прочносвязанной влагой и капиллярной водой. Она обуславливает водоудерживающую способность почвы.

Агрегатная порозность – объем пор в агрегатах или структурных отдельностях.

Межагрегатная порозность – пространства почвы между агрегатами, незанятые водой, заполненные воздухом.

Порозность аэрации (некапиллярная порозность) учитывает поровые пространства в каждый момент при разной влажности почвы, должна быть не менее 15 %.Некапиллярная порозность обеспечивает воздухообмен (аэрацию) и водопроницаемость.

В агрономическом отношении важно, чтобы почвы имели максимальную капиллярную порозность (заполненные водой капилляры) и одновременно порозность аэрации (заполненные воздухом некапиллярные поры) не менее 15–22 % от объема, ее максимальное значение в хорошо оструктуренных почвах достигает 25–30 %.

Наиболее значимые параметры: общая порозность и порозность аэрации. Общую порозность определяют по формуле:

Р_общ = (1– d_V/d)100,

где Р_общ – общая порозность, %; d_V – плотность почвы, г/см^з; d – плотность твердой фазы почвы, г/см^з, d_V/d – объем твердой фазы почвы; 100 – коэффициент пересчета в проценты.

Порозность аэрации (Р_а) рассчитывают по формуле:

Р_а = Р_общ – Р_w,

где Р_общ – порозность, %; Р_w – порозность (капиллярная), занятая водой‚ %: Р_w= а d_V_.

У чернозема слитого плотность составляет 1, 4 г/см^з, порозность – 48 % во влажном состоянии и соответственно до 1, 95 г/см^з и 26 % – в сухом. Вспашка, рыхление увеличивают пористость, снижают плотность. В корнеобитаемом слое плотность снижается на 10–15 %, пористость растет на 15–20 %, скорость впитывания воды возрастает в два раза. Оптимальные условия в пахотном слое создаются при плотности 1, 0–1, 2 (1, 3) г/см^з и порозности, равной 55–60 %.

Таблица 15

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 Следующая ⇒