Структура фунту та водотривкість ґрунтових агрегатів

Методичні рекомендації

щодо виконання лабораторних занять з дисципліни

«Загальне землеробства», змістовий модуль 2

«Агрохімічні властивості ґрунту»

для студентів спеціальності 6.130100 – «Агрономія»

Миколаїв 2006

УДК 631.4:635-1/2

Методичні рекомендації підготував асистент кафедри землеробства кандидат сільськогосподарських наук Кошовий В.О.

Рекомендовано студентам агрономічного факультету.

Рецензенти: заступник директора з наукової роботи Миколаївського інституту

АПВ УААН, к. с.-г. н. Іщенко В.А;

доцент кафедри ґрунтознавства агрохімії к. с.-г. н. Роман І.І.

Рекомендовано методичною комісією агрономічного факультету Миколаївського НАУ, протокол №________ від _________2013 року.

Навчальне видання.

Методичні рекомендації щодо виконання лабораторних занять з дисципліни «Загальне землеробство», змістовий модуль 2 «Агрофізичні властивості ґрунту» для студентів спеціальності 6.130100 – «Агрономія».

Відповідальний за випуск голова методичної комісії агрономічного факультету МНАУ, доцент, к. с.-г. н. Дудяк І.Д.

Миколаївський національний аграрний університет, 2013

Зміст

Вступ

Показники родючості ґрунту – кількісно визначені його властивості, які відіграють важливу роль у повному забезпеченні рослин факторами життя і створенні умов для такого забезпечення. Їх умовно поділяють на біологічні, агрофізичні, агрохімічні та меліоративні.

З перелічених показників заходи землеробства найбільше можна впливати на агрофізичні показники. До цих показників відносяться фізичні властивості твердої фази ґрунту, фізико-механічні (технологічні) властивості ґрунту, водні властивості ґрунту, повітряні властивості ґрунту, теплові властивості ґрунту. Вони зумовлюють технологічні властивості ґрунту, його водно-повітряний і тепловий режими, напрями та інтенсивність мікробіологічних процесів, які формують режим поживних речовин у ґрунтовому середовищі.

У методичній роботі дано рекомендації щодо виконання лабораторних занять згідно з робочою програмою з дисципліни «Загальне землеробство» для спеціальності 6.130100- «Агрономія», студентам агрономічного факультету третього курсу денної форми навчання. На 5 семестрі у другому змістовому модулі виконується дев’ять лабораторних робіт:

1. Будова орного шару;

2. Об’ємна маса;

3. Структура ґрунту;

4. Пластичність ґрунту;

5. Липкість ґрунту;

6. Твердість ґрунту;

7. Вологість ґрунту;

8. Вологоємність ґрунту;

9. Водопроникність ґрунту.

Коротко дано їх визначення, класифікацію ґрунтів залежно від даного агрофізичного показника, основні методи визначення, хід виконання роботи, форми запису даних.

Розділ 1

Фізичні властивості твердої фази грунту

Лабораторна робота № 1

Будова орного шару

Ґрунт складається із чотирьох частин або фаз: твердої, рідкої, газоподібної і біоти (живої фази).

Пори – проміжки між ґрунтовими агрегатами та механічними елементами. Пори можуть бути зайняті повітрям і водою.

Отже, об’єм ґрунту можна розділити на дві частини: об’єм, який займає тверда фаза; і загальний об’єм пор.

Загальна пористість ґрунту ( ) – загальний об’єм пор виражений у процентах до всього об’єму непорушеного ґрунту. Визначається за формулою:

d_тф - об’ємна маса твердої фази ґрунту, г/см³;

d – Об’ємна маса ґрунту в непорушеному стані, г/см³.

Для сільськогосподарських культур оптимальна загальна пористість знаходиться в межах 50-60%, у тому числі некапілярна становитиме 12,5-30%, а капілярна (об’єм пор діамантом менше 0,1 мм, в яких може тривалий час утримуватись волога) – 30-37,5%. Тобто співвідношення цих пор має бути від 1:1 до 1:3.

Ступінь аерації ґрунту– об’єм пор, заповнених повітрям.

Ступінь насичення ґрунту водою – об’єм пор заповнених водою.

Зазвичай будову ґрунту визначають методом насичення в циліндрах.

Будову орного шару визначають у зразках непорушеного ґрунту. Для цього використовують металеві циліндри об’ємом 100, 200, 500 і 1000 см³. Перед виходом у поле циліндри нумерують, зважують разом із кришечками, вимірюють діаметр ріжучої частини. Зразки ґрунту з непорушеною будовою відбирають буром Некрасова (рис.1.1), на штангу якого нагвинчують циліндр і вертикально занурюють у ґрунт на необхідну глибину. Після цього бур прокручують навколо осі два-три рази з метою відокремлення зразка від основної маси ґрунту і виймають. Зайвий ґрунт на нижньому кінці циліндра зрізують ножем на рівні з вінцями і закривають кришкою. Відгвинчують штангу і в такому стані транспортують у спеціальному ящику в лабораторію.

Одночасно з відбиранням зразків для визначення будови орного шару відбирають зразки на вологість ґрунту.

У лабораторії циліндри з ґрунтом зважують і ставлять у спеціальні ванни для капілярного насичення водою (рис1.2). для цього тримаючи циліндр горизонтально, знімають нижню кришку, а замість неї підкладають аркуш фільтрувального паперу дещо більшого діаметра, ніж діаметр циліндра. Ставлять циліндр на підставку у ванні і знімають верхню кришку. Підставку у ванні накривають фільтрувальним папером, кінця якого опускають у воду. Виставивши на підставку всі циліндри, у ванну обережно наливають воду так, щоб її рівень був нижче від ґрунту в циліндрах. Вода в ґрунт надходить крізь фільтрувальний папір, заповнюючи всі капіляри. Насичення продовжується до встановлення постійної маси. Циліндри знімають,закривають кришками і зважують. Для визначення вологості з кожного циліндра після зважування відбирають у бюкси наважки ґрунту. Розрахунки проводять у такій послідовності:

1. Об’єм зразка ґрунту в циліндрі (V):

,

де D – діаметр циліндра, см;

H – висота зразка ґрунту в циліндрі, см.

2. Капілярна вологоємність ґрунту (W_к):

,

де m₁ – маса бюкса, г;

m₂ - маса бюкса із сирим ґрунтом після насичення, г;

m₃ - маса бюкса із сухим ґрунтом, г.

3. Маса абсолютно сухого ґрунту в циліндрі (P₃):

,

де Р₂ – маса циліндра з ґрунтом після насичення, г;

Р – маса порожнього циліндра, г.

4. Об’єм капілярних пор (Р_кап) дорівнює масі води в грунті (Р₄) після його капілярного насичення за умови, що 1 см³ води при 4 ^оС важить 1 г:

.

.

5. Об’єм твердої фази ґрунту (Т):

.

6. Загальна пористість ( ):

.

7. Пористість некапілярна (Р_нек):

.

8. Об’ємна маса ґрунту (d):

.

9. Вологість ґрунту під час відбирання зразка в циліндрі (X):

,

де Р₁ – маса циліндра з ґрунтом до насичення, г.

10. Ступінь аерації ґрунту (А):

.

11. Ступінь насичення ґрунту водою (N):

.

12. Загальний запас води в досліджуваному шарі:

,

де h – товщина шару ґрунту ,см.

Запаси ведуть за формою табл.1.1.

Таблиця 1.1

Дані для визначення будови орного шару ґрунту

Варіант № ____________ Дата аналізу____________

Показники і позначення	Шар ґрунту , см
0-10	10-20	20-30
Номер циліндра
Маса порожнього циліндра (Р), г
Глибина відбору зразка (h), см
Діаметр ріжучої частини циліндра (D), см
Об’єм зразка в циліндрі (V), см3
Маса циліндра з ґрунтом до насичення (Р1), г
Маса циліндра з ґрунтом після насичення (Р2), г
Номер бюкса
Маса бюкса (m1), г
Маса бюкса з насиченим ґрунтом (m2), г
Маса бюкса із сухим ґрунтом (m3), г
Капілярна вологоємність (Wk),%
Маса абсолютно сухого ґрунту в циліндрі (P3),г
Маса води в ґрунті після насичення (P4), г
Об’ємна маса твердої фази ґрунту (dтф),г/см3
Об’єм твердої фази ґрунту (T), %
Загальна пористість ( ),%
Капілярна пористість (Pкап), %
Некапілярна пористість (Pнек), %
Об’ємна маса грунту (d), г/см3
Вологість ґрунту в момент відбору зразка (X), %
Ступінь аерації (A), %
Ступінь насичення ґрунту водою (N), %
Загальний запас води в досліджуваному шарі ґрунту, (W), м3/га

Лабораторна робота № 2

Об’ємна маса

Об’ємна маса ґрунту - маса одиниці об’єму абсолютно сухого ґрунту з непорушеною будовою. Вимірюється в г/см³.

Залежить від механічного складу, структури і будови ґрунту, від наявності органічної речовини. Вона динамічна в часі і просторі, особливо мінлива у верхніх шарах ґрунту. Для мінеральних фунтів коливається в межах 0,9 - 1,8 г/см³. Оптимальний для рослин показник - 1,1-1,3 г/см³.

Визначають фіксажним, пісковим методами, за допомогою рідини та методом циліндрів.

Останній метод набув найбільшого поширення. В основі його лежить відбір зразків ґрунту з непорушеною будовою за допомогою циліндра-бура відповідного об’єму.

Метод Качинського. Виконується за допомогою приладу Качинського, (рис. 2.1.) основною частиною якого є циліндри-бури об’ємом 100 і 500 см3, (для відбирання зразків ґрунту без порушення його будови). До комплекту входять спрямовувач, ударник, молоток, ніж, лопаточка, совок, бюкси малі й великі.

Для відбирання зразків копають ґрунтовий розріз. Зразки відбирають пошарово до глибини 1 м з кожного 10-сантиметрового шару, а далі - з кожного 20-сантиметрового.

На підготовлену рівну поверхню ставлять спрямовувач і в нього вставляють циліндр. За допомогою ударника циліндр занурюють у ґрунт так, щоб його вінця були на рівні поверхні. Заповнені ґрунтом циліндри підрізають ножем із надлишком ґрунту в нижній частині і виймають. Витирають від прилиплого ґрунту, перевертають і гострим ножем зрізують зайвий ґрунт на рівні з вінцями циліндра. Ґрунт без втрат переносять із циліндрів у великі бюкси і щільно закривають кришками. Одночасно відбирають наважки ґрунту на вологість у малі бюкси. У лабораторії бюкси з відібраними зразками зважують з точністю до 0,001 г.- Великі звільняють від ґрунту, а малі для визначення вологості ставлять на висушування.

Об’ємну масу грунту (d) визначають за формулою:

,

де m – маса абсолютно сухого ґрунту в непорушеному стані, г;

V – Об’єм зразка ґрунту, см³.

,

де r – радіус циліндра, см;

h – висота циліндра, см;

D – діаметр циліндра, см.

Масу абсолютно сухого ґрунту в циліндрі вираховують за формулою:

,

де P₁ – маса циліндра, г; Р₂ – маса циліндра із сирим ґрунтом, г;

m₁ – маса бюкса, г; m₂ – маса бюкса із сирим ґрунтом, г;

m₃ – маса бюкса із сухим ґрунтом, г.

Записи для визначення об’ємної маси ґрунту ведуть у формі табл. 2.1.

Таблиця 2.1

Дані для визначення об’ємної маси ґрунту

Лабораторна робота № З

Структура фунту та водотривкість ґрунтових агрегатів

Структура ґрунту - сукупність агрегатів різної величини, форми, міцності й зв’язності, властиві даному ґрунту.

Ґрунтовий агрегат - сукупність первинних часточок або мікроагрегатів, з’єднаних між собою внаслідок коагуляції колоїдів, склеювання, злипання.

Структурність ґрунту - властивість ґрунту розпадатися на окремі часточки або агрегати.

За морфологічною будовою структура ділиться на грудкувато-глибисту, зернисто-грудкувату, горіхувату, призмоподібну, плитоподібну, клиноподібну.

За розмірами агрегатів класифікують на бриласту (глибисту) - >10 мм, макроструктуру – 0,25-10 мм, мікроструктуру (розпорошену) - < 0,25 мм.

Агрономічно цінна структура — грудочки розміром 0,25- 10 мм, що тривалий час не розпадаються у воді, пористі, механічно міцні.

Водотривкість - властивість ґрунтових агрегатів протистояти руйнівній силі води.

Оцінку структурного стану ґрунту наведено в табл. 3.1.

Таблиця 3.1

Шкала для оцінки структурного стану ґрунту

(за С.І. Долговим, П.У. Бахтіним)

Агрегатний склад ґрунту визначають різними методами. Найбільш поширені з них два: метод Саввінова та метод Бакшиєва. Обидва діляться на дві частини – сухе та мокре просіювання, для кількісної та якісної характеристики ґрунту.

Метод Саввінова. При сухому просіюванні відібрані в полі зразки доводять до повітряно-сухого стану. Наважку 0,5-2,5 кг просіюють крізь набір сит з отворами діаметром 10; 7; 5; 2; 1; 0,5 і 0,25 мм. На нижнє сито надягають піддонник, а верхнє закривають кришкою. Просіювання проводять шляхом нахилу сит в один і другий бік від 5 до 15 разів, злегка постукуючи долонею по краю сита. Фракції з кожного сита зважують і вираховують вміст кожної в процентах до взятої наважки. Масу і процентний вміст фракції діаметром часточок менше 0,25 мм вираховують за різницею між масою наважки і масою всіх фракцій діаметром більше 0,25 мм.

За мокрого просіювання з фракцій, одержаних при сухому просіюванні, складають середній зразок масою 50 г, в який із кожної фракції, що залишилася на ситі, відбирають пропорційну кількість ґрунту. У середній зразок не включають фракцію розміром менше 0,25 мм, але при розрахунках враховують. Зразок висипають у літровий циліндр наповнений на 2/3 висоти водою і залишають на 10 хвилин. Потім циліндр закривають корком або притертим склом, нахиляють до горизонтального положення і знову ставлять вертикально. Так повторюють до тих пір, поки з ґрунтових агрегатів не витісниться повітря. Через 10 хвилин циліндр доливають водою доверху, накривають і перевертають догори дном. У такому положенні цього тримають кілька секунд, щоб основна маса агрегатів перемістилася вниз. Потім циліндр повертають у попереднє положення і чекають доки осяде фунт. Усього роблять 10 перевертань. Далі занурюють циліндр у воду над набором сит, виймають під водою скло і повільно водять над верхнім ситом для рівномірного розподілу агрегатів. Через 40-60 с, як усі агрегати діаметром більше 0,25 мм осядуть на сито, циліндр знову закривають під водою склом і виймають. Перенесені агрегати просіють під водою на ситах з отворами діаметром 5; 3; 2; 1; 0,5 і 0,25 мм. Рівень води в посудині має бути на 5-6 см вищим від борта верхнього сита. Набір сит повільно піднімають на 5-6 см, швидко опускають донизу на 3-4 см. У такому положенні сита тримають 2-3 с після 10 коливань два верхніх сита знімають, а останні струшують ще 5 разів і виймають з води.

Метод Бакшеєва. Передбачає визначення агрегатного складу за допомогою приладу Бакшеєва (рис. 3.1), який механічно коливає сита.

Прилад складається з укріпленого на підставці стояка з електромотором і гнізд. У гнізда вставляють циліндри, які зверху за допомогою гвинтів закривають кришками і гумовими пробками. Гнізда з електромотором з’єднуються за допомогою шатуна. До приладу додається комплект сит з отворами діаметром 7; 5; 3; 1; 0,5 і 0,25 мм.

Для мокрого просіювання готують середню наважку масою 25 г. Як і за методом Саввінова, циліндри виймають з гнізд і вміщують на підставку. Знімають кришки циліндрів, наливають в них води трохи більше за половину висоти, вставляють набір сит, висипають середній зразок і закривають кришками. Через отвір у кришках у циліндри доливають воду, яка завдяки спеціальному пристрою стікає по стінках циліндра. Отвори закривають пробками, циліндри ставлять у гнізда і вмикають прилад. Через 12 хвилин просіювання закінчують. Прилад вимикають, циліндри виймають і ставлять на підставку. Воду із циліндрів зливають через скляні трубки, виймають і розбирають сита. Ґрунтові часточки, що залишились на ситах, зливають у фарфорові чашки, висушують до повітряно-сухого стану, зважують і вираховують вміст агрегатів кожної фракції.

Форму запису наведено в табл. 3.2.

Таблиця 3.2.

Агрегатний склад ґрунту

Варіант досліду_____________ Шар ґрунту, см ____________

РОЗДІЛ 2

ФІЗИКО-МЕХАШЧШ ВЛАСТИВОСТІ ҐРУНТУ

Лабораторна робота №4

Пластичність

Пластичність— властивість вологого ґрунту набувати певної форми без утворення щілин і зберігати її після припинення зовнішньої дії.

Залежить від вологості, механічного, хімічного і мінерального складу ґрунту.

Величину її вимірюють числом пластичності, яке дорівнює різниці між вологістю ґрунту за верхньої і нижньої межі пластичності.

За числом пластичності Аттерберг поділяє всі ґрунти на чотири категорії (табл. 4.1).

Таблиця 4.1

Класифікація ґрунтів за числом пластичності

Число пластичності 7-17 є оптимальним для обробітку фунту.

Верхня межа пластичності — вологість, за якої ґрунт із пластичного стану переходить у текучий.

Для її визначення найбільш часто застосовують два методи: Аттерберга і Васильєва.

Метод Аттерберга. Наважку ґрунту 20-30 г, розтерту в ступці і просіяну через сито з отворами діаметром 1 мм, висипають у фарфорову або металеву чашку діаметром 12 см. Зразок ретельно змішують з дистильованою водою до стану густої пасти. Чашку щільно накривають, через добу зразок ще раз перемішують, розрівнюють по дну чашки шаром 1 см. Ножем або спеціальним дерев’яним шпателем роблять щілину, розділяючи таким чином зразок на дві рівні частини. Ширина щілини на дні 1-1,5 мм, на поверхні зразка - 2-3 мм. Потім тричі сильно вдаряють по дну чашки або зразок тричі кидають з висоти 6 см. Якщо після цього обидві частини з’єднуються на висоту 1 мм по довжині щілини не менше 1,5-2 см, то вологість даного зразка відповідає верхній межі пластичності. За відсутності такого з’єднання до зразка додають трохи води, ретельно перемішують і дослід продовжують. Якщо в ґрунті надлишок води, то з’єднання відбувається вже після першого або другого удару чи падіння. Тоді зразок підсушують або додають трохи сухого ґрунту, переміщують і продовжують дослідження. Якщо потрібна зволоженість досягнута, із чашки беруть 10-15 г фунту для визначення вологості.

Метод Васильєва. Використовують балансирний конус Васильєва (рис.4.1). Він складається з металевого конуса масою 76 г, висотою 25 мм і кутом з вершиною 30°. На відстані 10 мм від вершини є кругова мітка. Угорі конус має ручку, а для вертикального входження в ґрунт біля основи змонтовано балансирний пристрій із металевими ручками. До комплекту входить підставка і металевий стакан діаметром 4 см і висотою 2 см.

Для аналізу зразок ґрунту готують так, як і у методі Атгерберга, і переносять його в стакан. Поверхню ретельно вирівнюють, і в центрі стакана ставлять балансирний конус, який злегка змащують вазеліном. Під дією власної маси конус входить у ґрунт. Якщо за 5 с він увійде точно по мітку, то вміст вологи в ґрунті відповідає верхній межі пластичності. Якщо глибина входження конуса більше 10 мм, то ґрунт підсушують або додають сухого ґрунту , а якщо менше, то додають води. В обох випадках ґрунт перемішують і продовжують дослідження до тих пір, поки глибина входження конуса буде дорівнювати 10 мм. Коли досягнуто такого ступеня вологості, беруть наважку ґрунту і визначають його вологість, яка буде дорівнювати верхній межі пластичності.

Нижня межа пластичності - стан зволоження ґрунту, за якого зразок можна скрутити в шнур діаметром 3 мм без утворення в ньому тріщин. Для її визначення найбільш часто застосовують два методи: метод Атгерберга та метод Васильєва.

Метод Аттерберга. Після визначення верхньої межі пластичності ґрунт трохи підсушують, або додають до нього повітряно-сухий ґрунт, перемішують і роблять кульку діаметром 1 см, яку формують на склі в шнур діаметром 3 мм. Якщо шнур не розпадається, то з ґрунту знову роблять кульку, а з неї шнур. Так повторюють доти, поки ґрунтовий шнур при розкочуванні не почне розпадатися на шматочки завдовжки 8-10 мм. Ці шматочки збирають у бюкс і визначають вологість ґрунту, яка має відповідати нижній межі пластичності.

Метод Васильєва. Використовують балансирний конус Васильєва, що падає на поверхню ґрунту з висоти 34 см під дією власної маси. Вологість ґрунту, за якої конус занурюється точно на 10 мм, відповідає нижній межі пластичності.

Число пластичності (W) визначають як різницю між верхньою (W_в) і нижньою (W_н) межею пластичності.

Лабораторна робота № 5

Липкість

Липкість - властивість ґрунту прилипати у зволоженому стані до різних предметів. Залежить від механічного складу, структури, вологості ґрунту, вмісту гумусу, кількості увібраних основ. Одновалентні котони збільшують цей показник , багатовалентні - зменшують. За збільшення вологості, починаючи від її мінімальних показників, липкість ґрунту збільшується до певної межі. За подальшого збільшення вологості ґрунту і появі на його поверхні вільної води липкість починає зменшуватися.

Визначається приладом Качинського (рис. 5.1), що являє собою видозмінені технічні ваги. Ліву чашку замінено стержнем, на нижньому кінці якого знаходиться диск площею 10 см². Диск виготовляють зі сталі, латуні, дерева або гуми. На праву чашку ставлять стакан для піску, у такому положенні терези урівноважують.

Липкість фунту визначають на зразках із порушеною і непорушеною будовою. Для визначення липкості ґрунту з порушеною будовою беруть 100 г повітряно-сухого ґрунту, просіюють через сито з діаметром отворів 1 мм, вміщують у фарфорову чашку і доводять до відповідної вологості. Наприклад, якщо максимальна гігроскопічна вологість ґрунту становить 4%, потрібно визначити липкість ґрунту вологістю 20%. У цьому разі до наважки фунту треба долити 16 мл води.

Ґрунт ретельно перемішують до однорідної маси, переносять у формочку, поверхню вирівнюють і формочку підставляють під диск приладу. Відпустивши аретир, на диск кладуть вантаж масою 200-300 г для кращого прилипання ґрунту. Через 30 с вантаж знімають і в стакан обережно насипають малими порціями пісок до моменту відриву диска від ґрунту. Пісок зважують і вираховують показник липкості (А) за формулою:

де Р - прикладене зусилля для відриву пластини від ґрунту (маса піску), г;

S - площа пластини ( ), см^2.

Липкість визначають при різних показниках вологості до того моменту, коли ґрунт уже не буде прилипати до диска.

Для визначення ґрунту з непорушною будовою відібраний зразок ставлять у ванну для капілярного насичення. Після насичення до повної вологоємності визначають липкість ґрунту таким же способом, як і в зразках із порушеною будовою. Потім зразок поступово підсушують і визначають липкість за різного вмісту вологи поки ґрунт не буде прилипати до диска.

На основі одержаних даних можна побудувати графік залежності липкості ґрунту від його вологості.

М.А. Качинський розподілив ґрунти за величиною липкості при капілярному зволоженні на п’ять категорій (табл. 5.1).

Таблиця 5.1

Класифікація ґрунтів за липкістю

Фізична спілість ґрунту - стан, при якому ґрунт під дією робочих органів ґрунтообробних знарядь розпадається на грудочки розміром 0,5-10 мм без брил, пилу.

Такий стан настає при відповідній вологості, коли опір ґрунту робочим органам найменший, і в ньому створюється найбільш сприятливе співвідношення між твердою фазою, водою і повітрям.

Існує кілька методів визначення фізичної спілості.

Окомірний метод. Беруть у жменю ґрунт і сильно його стискують. Якщо поміж пальців із ґрунту не виступає вода, а утворена стисканням грудка скинута з висоти 1,5 м, розбивається на дрібні грудочки - ґрунт спілий.

Метод Віденського. Метод базується на визначенні вологості структуроутворення — вологості, при якій утворюється найбільша кількість агрономічно цінних агрегатів.

Для визначення цього показника у фарфорові чашки вміщують наважки повітряно-сухого ґрунту по 50-100 г, просіяного крізь сито з отворами діаметром 0,25 мм. При наважці 100 г у чашку доливають воду - 15; 25; ЗО; 40; 45; 50; 55; 60 г. Одразу після доливання води енергійно перемішують її з ґрунтом за допомогою шпателя або лопаточки до припинення утворення агрегатів. Потім грунт висушують до повітряно-сухого стану, просіюють (з кожної чашки окремо) через сита з отворами діаметром 7; 5; 3; 1; 0,5; 0,25 мм. Залишки агрегатів на кожному ситі зважують і вираховують масу суми агрегатів від 0,25 до 10 мм. Вологість структуроутворення буде та, що забезпечила утворення максимальної кількості агрегатів діаметром від 0,25 до 10 мм.

Коефіцієнт структуроутворення (К) можна визначити за формулою:

,

де С – маса агрегатів ґрунту від 0,25 до 10 мм, г;

В – маса агрегатів менше 0,25 і більше 10 мм,г.

Лабораторна робота № 6

Твердість

Твердість - властивість ґрунту чинити опір проникненню в нього будь-якого предмета.

Вимірюється в кг/см2. Висока твердість часто буває причиною зниження схожості висіяного насіння, чинить механічний опір розвитку кореневої системи рослин, є причиною погіршення водного, повітряного і теплового режимів ґрунту. Залежить від механічного і хімічного складу, вологості ґрунту, вмісту гумусу й увібраних основ, від об’ємної маси і структури ґрунту. Для визначення твердості використовують твердоміри.

Твердомір Качинського. Портативний прилад діє за принципом револьвера (силою стиснутої пружини плунжер проникає в ґрунт).

Прилад складається із циліндричного корпуса, що знизу закривається нагвинчуванням опорного диска з отвором для плунжера. Зверху корпус закривається головкою, всередині якого є гвинт із рухомими шайбами. Всередині корпуса вільно рухається поршень з робочою пружиною на ньому. На нижній кінець поршня нагвинчується плунжер довжиною 60 мм і площею поперечного перерізу 0,2 см2. На корпусі є шкала з міліметровими поділками від 0 до 60 мм відповідно до максимального ходу плунжера. Показання знімають за допомогою рухомого кільця-показника: До комплекту приладу додають робочі пружини, що можуть створювати зусилля на плунжер 0,6; 2; 3; 4; 6; 8; 12; 16; 18 кг, і визначальні таблиці.

Перед початком роботи в корпус твердоміра вставляють відповідну пружину і загвинчують відповідний плунжер. Ставлять твердомір вертикально і надавлюють на нього так, щоб плунжер повністю увійшов у середину корпуса. Поставивши прилад на поверхню ґрунту, натискають на кнопку, і плунжер під дією пружини проникає в фунт на певну глибину. Через 30 секунд за допомогою кільця-показника на шкалі знімають показники. За визначальною таблицею для даної пружини знаходять відповідне значення опору ґрунту.

Помноживши його на коефіцієнт 5, одержують показник твердості ґрунту з розрахунком на 1 см². Твердість визначають у десятиразовій повторності.

Твердомір Ревякіна. Прилад натискного типу. Робочою частиною є плунжер діаметром 2 см, який нагвинчують на нижній кінець штока. До приладу додаються змінні вимірювальні пружини з діаметром дроту 3; 4; 5 мм. Твердомір має самописець, що фіксує опір ґрунту за проникнення в нього плунжера. Твердомір ставлять на ґрунт строго вертикально і, натискуючи на ручку приладу, вводять плунжер у грант, пружина стискається пропорційно опору, що чинить ґрунт. На стрічці міліметрового паперу олівцем фіксується відповідна крива, за якою вираховують середню величину відхилення (мм) від нульової лінії. Потім величину зусилля (кг) для стискання пружини на 1 мм множать на середню величину висоти і одержують середню величину опору ґрунту. Показником твердості ґрунту буде відношення середньої величини опору ґрунту до площі плунжера (кг/см²).

М.А. Качинський за твердістю розділив ґрунти на шість категорій (табл. 6.1).

Таблиця 6.1

Класифікація ґрунтів за твердістю

РОЗДІЛ 3

Водні властивості грунту

Лабораторна робота №7

Вологість

Вологість ґрунту - кількість води, в ньому, виражена в процентах до маси абсолютно сухого ґрунту (вагова) або до об’єму ґрунту (об’ємна).

Показник динамічний. Строки визначення пов'язують з фазами розвитку рослин, або зі строками виконання окремих агротехнічних заходів.

Переважна більшість існуючих методів базується на попередньому відборі ґрунтових зразків із наступним їх аналізом безпосередньо в полі або в лабораторії. Зразки для визначення вологості можна брати з ґрунтових розрізів, заздалегідь знявши підсушений шар товщиною 4-5 см, або за допомогою бура (рис. 7.1). Складовими частинами бура є ріжуча робоча частина, штанга і ручка.

Зразки ґрунту для визначення вологості відбирають пошарово, залежно від поставленої мети дослідження. Відібраний зразок ґрунту виймають з бура, ретельно перемішують, заповнюють ним бюкс на 2/3 об’єму і щільно закривають кришкою. Відбирати зразок потрібно швидко, захищаючи його від вітру, сонця і дощу.

Кількість повторень 3-5 разова.

Серед відомих методів визначення вологості ґрунту можна виділити:

Окомірний метод. Найбільш неточний. Застосовується при вивченні ґрунтових розрізів або при виборі оптимальних строків обробітку ґрунту, коли відсутні спеціальні прилади і немає потреби в одержанні абсолютних показників. Ступінь зволоження ґрунту визначають за такою шкалою:

1. Ґрунт мокрий. При копанні ґрунтового розрізу зі стінок стікає вода, а при стисканні ґрунту в руці поміж пальцями виділяється вода.

2. Ґрунт сирий. Вода не стікає, але прикладений аркуш фільтрувального паперу швидко промокає, стиснутий у руці ґрунт перетворюється в тістоподібну масу.

3. Ґрунт вологий. Прикладений до ґрунту фільтрувальний папір при натисканні зволожується. Така вологість є оптимальною для обробітку ґрунту.

4. Ґрунт свіжий. При дотику до ґрунту відчувається прохолода, фільтрувальний папір не зволожується, до рук не прилипає, при розтиранні в пальцях не пилить.

5. Ґрунт сухий. При розтиранні пилить.

Ваговий метод. В основу його покладено висушування зразків ґрунту різними способами. Найбільш поширеним і доступним є термічний спосіб висушування ґрунтових зразків. Відібраний буром зразок ґрунту масою 30-40 г переносять у заздалегідь зважений сушильний бюкс, швидко закривають кришкою і зважують з точністю до 0,01 г. Бюкси з відкритими кришками ставлять у сушильну шафу (рис. 7.2) і сушать до постійної маси при температурі 100-105 ^оС. Піщані й супіщані фунти можна сушити при температури 150-160 °С. Через 5-6 годин бюкси виймають із сушильної шафи, закривають кришками і ставлять для охолодження в ексикатор. Після цього їх зважують, відкривають кришки і ставлять на контрольне сушіння. Через 1-2 год їх виймають із шафи, охолоджують і зважують. Розходження в масі після контрольного сушіння повинно бути не більше 0,05 г. Якщо більше, то ще раз ставлять на сушіння на 1-2 год. Для розрахунків береться найменша маса після сушіння. Записи й обчислення роблять за формою наведеною в табл. 7.1.

Таблиця 7.1

Форма запису при визначенні вологості ґрунту

Тензиметричний метод. Метод базується на вимірюванні всмоктувальної сили ґрунту за допомогою приладу - тензиметра. Найчастіше використовують тензиметр-вологомір Шишкова. При його використанні будують градуйовану криву за показниками манометра і вологості ґрунту.

Радіоактивні методи. В основу їх покладено використання ефекту взаємодії гама-променів і нейтронів з атомами води, що є в ґрунті. Ці методи трудомісткі й тому найбільш оперативні. Не потребують попереднього відбору зразків ґрунту. Найчастіше використовують прилад НІВ-1. Він служить для одноразового та систематичного вимірювання об'ємної вологості ґрунту в діапазоні 2-40%.

Відносна вологість ґрунту - відношення абсолютного вмісту вологи до повної вологоємності, виражене в %.

Оптимальною для обробітку більшості ґрунтів вважається відносна вологість 60-70%, допустимою для несолонцюватих ґрунтів - 50-80%, для солонців і солончаків - 50-60%.

Гігроскопічна вологість ґрунту - кількість води, яку адсорбував сухий ґрунт із атмосфери з відносною вологістю менше 100%.

Її визначають ваговим методом із термічним висушуванням зразка ґрунту. Для цього наважку повітряно-сухого ґрунту масою 5-10 г для суглинкових і 10-15 г для легких ґрунтів, просіяного через сито з отворами діаметром 1 мм, ставлять у бюксах у сушильну шафу і сушать за температури 100-105 °С. Через 3 год бюкси зважують і знову ставлять на контрольне висушування, яке триває 1-2 год Розходження в масі після висушування допускається в межах 0,003-0,005 г. Записи і розрахунки ведуть як і при визначенні вологості ґрунту.

Показник гігроскопічної вологості ґрунту використовується при визначенні кількості абсолютно сухого ґрунту та інших показників, що відносяться до водних властивостей.

Максимальна гігроскопічна вологість ґрунту - найбільша кількість вологи, яку повітряно-сухий ґрунт може увібрати з атмосфери, насиченої водяною парою (100%). Залежить від механічного складу, вмісту органічної речовини, дисперсності ґрунту.

Для визначення цього показника найчастіше використовують методи Мітчерліха і Ніколаєва. Різниця між ними полягає в способі насичення зразка ґрунту парою води. Мітчерліх запропонував проводити насичення у вакуум- ексикаторі над 10% розчином сірчаної кислоти, а Ніколаєв - у звичайному ексикаторі над насиченим розчином сірчанокислого калію. При обох методах у ексикаторі створюється відносна вологість близька до 100%.

Наважку підготовленого ґрунту вміщують у зважений скляний бюкс. Бюкс із ґрунтом зважують і відкритим ставлять в ексикатор для насичення водяною парою. При застосуванні методу Мітчерліха в ексикаторі створюють вакуум за допомогою насоса. Бюкси зважують через кожні 3-4 дні. Коли різниця в масі між останніми трьома зважуваннями буде не більшою за 0,0005 г, бюкси ставлять у сушильну шафу і сушать при температурі 100-105 °С до постійної маси. Розрахунки максимальної гігроскопічності ґрунту (М_г) проводять за формулою:

,

де А - маса бюкса з фунтом після насичення, г;

В - те ж після висушування, г;

С — маса порожнього бюкса, г.

Записи ведуть за формою табл. 7.2.

Таблиця 7.2

Форма запису даних для визначення максимальної гігроскопічності ґрунту

Вологість стійкого в'янення рослин - кількість вологи в ґрунті, при якій у рослин з'являються ознаки в'янення і не зникають протягом 12-годинного перебування в атмосфері, насиченій водяною парою.

Залежить від механічного складу та вмісту органічної речовини. Показує нижню межу запасу продуктивної вологи в ґрунті.

Показник приблизно можна визначити за величиною максимальної гігроскопічності ґрунту, помноживши її на коефіцієнт 1,34. Крім того, його визначають різними методами.

Біологічний метод. В алюмінієві бюкси насипають пісок шаром 1 см і в нього вставляють трубочку. Потім насипають просіяний через сито з отворами діаметром 1 мм повітряно-сухий ґрунт і висівають по 4-5 зернин ячменю. Через трубки ґрунт зволожують до появи капілярної вологи на поверхні ґрунту. Бюкси ставлять у термостат, де підтримується температура 20-25 °С. Після появи сходів у кожному бюксі залишають по 2-3 добре розвинених рослини. Коли другий листок стане довшим за перший, ґрунт поливають востаннє, а поверхню його заливають розплавленою (але не гарячою) сумішшю парафіну і вазеліну в співвідношенні за вагою 4:1. Отвір скляної трубочки закривають. Після цього бюкси з рослинами залишають в освітленому і добре провітрюваному приміщенні. При появі перших ознак в'янення (рис. 7.3) бюкси переносять у камеру, де повітря насичене водяною парою.

Якщо тургор у рослин відновлюється, їх знову переносять в освітлене приміщення, а якщо ні, то це свідчить про те, що в ґрунті залишилась недоступна для рослин волога. Вважається, що фунт досяг вологості стійкого в'янення, коли тургор у рослин не відновлюється після 12-годинного перебування їх в атмосфері, насиченій водяною парою. Тоді знімають парафінову кірку разом із в'ялими рослинами і шаром ґрунту 1-1,5 см. Ґрунт із бюкса висипають у фарфорову чашку, відкинувши нижній шар ґрунту і пісок. Вибирають з нього основну масу корінців, переносять у сушильний бюкс і визначають вологість ваговим методом. Вологість стійкого в'янення рослин вираховують у процентах до наважки абсолютно сухого ґрунту.

Метод обезводнення Францессона. Зразки ґрунту зволожують до капілярної вологоємності. Наважку сирого ґрунту масою 3 г ставлять у вакуум- ексикатор над 10% розчином сірчаної кислоти і створюють розріджений тиск 20-30 мм. рт. ст. Через 2-3 дні зразок зважують, міняють 10% розчин сірчаної кислоти на 3% і періодично зважують до встановлення постійної маси. Після цього зразок висушують до постійної маси в сушильній шафі при температурі 100-105”С і визначають вологість за вже відомою формулою.

Лабораторна робота №8

Вологоємність

Вологоємність — кількість води, яку утримує ґрунт. Вимірюють в %.

Усі види вологоємності залежать від механічного складу, структури ґрунту та вмісту органічної речовини.

Повна вологоємність (ПВ) - властивість ґрунту вміщувати максимальну кількість води.

У природних умовах такий стан зволоження характерний для заболочених ґрунтів або досягається під час танення снігу чи тривалого інтенсивного дощу.

Визначають методом насичення в циліндрах. Зразки ґрунту з непорушеною будовою відбирають спеціальними циліндрами, які заздалегідь зважують. Ґрунт разом із циліндрами зважують і ставлять на насичення в посудину з водою. Рівень води підтримують на висоті ґрунту в циліндрі, У полі одночасно відбирають наважки ґрунту в бюкси для визначення вологості.

Після повного насичення ґрунту, що визначають за крапельками води на його поверхні, циліндри виймають з води, обережно витирають і зважують. Повну вологоємність ґрунту (ПВ) визначають за формулою:

,

де a - кількість води після повного насичення зразка, г;

Р — маса абсолютно сухого гґрунту в циліндрі; г.

Кількість води в фунті після повного насичення (а) дорівнює різниці між масою ґрунту після насичення і масою абсолютно сухого ґрунту. Записи ведуть за формою (табл. 8.1).

Таблиця 8.1

Форма запису для визначення повної вологоємності ґрунту

Найменша вологоємність (НВ) - властивість ґрунту утримувати в собі максимальну кількість води після повного зволоження і вільного стікання гравітаційної води в нижні шари. Дорівнює приблизно п’яти гігроскопічним вологостям (НВ = 5ГВ).

Метод заливних ділянок. У полі виділяють характерну для даного ґрунту ділянку розміром 2x2 або 1x1 і обваловують двома рядами ущільнених валиків висотою 35-40 см. Перший ряд захищає поливну ділянку, другий - захисну смугу. Можна застосовувати і дерев'яні рами.

Перед поливом виділеної ділянки визначають необхідну кількість води для зволоження ґрунту до стану повної вологоємності на глибину 50 або 100 см. Для цього поряд із ділянкою в окремих генетичних горизонтах або шарах визначають вологість, об'ємну масу і загальну пористість ґрунту. За цими показниками визначають фактичний запас води в ґрунті до поливу та загальну пористість. Віднявши від останньої об'єм пор, заповнених водою, визначають кількість необхідної для поливу води. Для більшої гаранти цю кількість води збільшують в 1,5 рази.

Запаси волога розраховують за формулою:

,

де h - досліджуваний шар фунту, м;

d - об’ємна маса ґрунту, г/см³;

W - фактична вологість ґрунту, %.

Об’єм пор (V_p) визначають наступним чином:

,

де - загальна пористість, %.

Необхідна кількість води для поливу буде дорівнювати:

;

Наприклад, якщо наявна вологість у метровому шарі 20%, об’ємна маса - 1,2 г/см3, пористість - 55%, то необхідну кількість вода для поливу 1 м2 буде розраховуватись наступним чином:

; ;

Визначену таким чином кількість води рівномірно подають на ділянку ї захисну смугу. Щоб запобігти руйнуванню структури ґрунту і внаслідок цього його запливанню, частину ділянки під час поливу вкривають товстим шаром соломи або сіна. Рівень води підтримують постійно 2-5 см.

Після того, ЯК вода увійде в фунт, поливну ділянку і захисну смугу накривають плівкою, а потім соломою для захисту ґрунту від випаровування. Піщані й супіщані ґрунти витримують добу, більш важкі - 2-3 доби. Через кожні 3-4 дні для визначення вологості відбирають зразки ґрунту в окремих шарах на всю глибину промочування до тих пір, поки різниця у вологості буде не більшою 1-1,5%. Ця вологість і буде характеризувати найменшу вологоємність ґрунту. Використовують дня розрахунку поливної і промивної норми води.

На рис. 8.1 зображено розподіл різних видів вологості та вологоємності.

Найбільшою вологість ґрунту буде при повній вологоємності (ПВ), трохи нижчою – при найменшій вологоємності (НВ). Між НВ та вологістю в’янення (ВВ) знаходиться продуктивна волога (r). Для розрахунку поливної норми використовують НВ та вологість розриву капілярів.

Вологість розриву капілярів — вологість, при якій уповільнюються фізіологічні процеси рослин. Зазвичай визначається в %. Змінюється залежно від виду рослини те фази її розвину. Наприклад, для озимої пшениці цей показник буде 75% НВ, для картоплі – 80% НВ, для соняшнику в усі фази до цвітіння – 75% НВ, під час цвітіння – 80% НВ, у подальші фази – 75% НВ (75-80-75% НВ). ВРК ділить продуктивну вологу на активну (r₁) та пасивну (r₂). У разі зменшення вологості ґрунту за межу вологості розриву капілярів треба проводити полив до рівня найменшої вологоємності, то ж різниця між НВ і ВРК буде дорівнювати поливній нормі.

Капілярна вологоємність - кількість води, яку ґрунт може утримувати після постійного надходження з підґрунтя.

Визначають методами, як і повну вологоємність, лише з тією різницею, що ґрунт у циліндрах насичують водою знизу. Після капілярного насичення відбирають середні зразки для визначення вологості ґрунту. Процентний вміст вологи і буде характеризувати капілярну вологоємність ґрунту.

Лабораторна робота № 9

Водопроникність

Водопроникність –властивість ґрунту вбирати і пропускати через себе воду.

Водопроникність умовмо можна розділити на дві фази: вбирання і фільтрація води. Вимірюється;в мм/хв, або мм/год. Залежить від механічного складу, вологості, структури, об’ємної маси і будови фунту. Визначають різними методами, але найбільш поширені з них декілька.

Метод заливних ділянок. З групи методів заливних ділянок найбільшого поширення набув метод рам. Для визначення водопроникності ґрунту необхідно дві рами висотою стінок 20 см: зовнішню (50x50 см) - захисну і внутрішню (25x25 см) - облікову (рис. 9.1). Рами виготовляють з дерева або металу. Визначення проводять у двох - триразовій повторності.

На вибраній для дослідження ділянці встановлюють спочатку зовнішню раму, заглибивши її в ґрунт на 8-10 см, а потім - внутрішню. У кожній рамі встановлюють водомірну лінійку та термометр.

Облікову та захисну рами одночасно заповнюють до позначки водою, яку необхідно лити на солому. Відмічають момент початку визначення обліку води, яку весь час підливають мірними циліндрами для підтримання постійного її рівня. Облік ведуть лише у внутрішній рамі, але постійний рівень підтримують і в зовнішній. Облік витрати води ведеться за наступним графіком: протягом першої години - через кожні 10 хв; протягом другої і третьої годин - через кожні 30 хв; далі - через кожну годину. Одночасно вимірюють і записують температуру води. Водопроникність (К) вираховують для кожного проміжку часу спостережень за формулою:

,

де Q - кількість води, що проникла в ґрунт, см ;

S - площа облікової рами, см³;

Т - тривалість спостережень, хв;

10 - коефіцієнт перерахунку см³ у мм.

На основі одержаних даних будують графік, відкладаючи на осі абсцис час між підрахунками, на осі ординат - водопроникність ґрунту.

Із середніх значень водопроникності за певний проміжок часу спостережень обчислюють середню водопроникність у мм/хв, у першу годину, другу і т. д. Форму запису розрахунків наведено в табл. 9.1.

Таблиця 9.1

Визначення швидкості проникнення води в ґрунт

Метод Нестерова. Передбачає використання приладу ПВН-00 з автоматичним подаванням води (рис. 9.2). Він складається з двох металевих циліндрів (9 і 8), діаметри яких становлять 45 і 22,5 см. На циліндрах є позначки для занурення їх у ґрунт і для рівня води над поверхнею ґрунту. Бачки (2), які герметично закупорюються пробками (1), служать для автоматичного подавання води й обліку її за градуйованою шкалою із ціною поділки 0,1 л. У нижній частині бачків є по дві трубки з краниками. Одна з них (7) - для виливання води, друга (6) - для надходження повітря в бачок. Бачки встановлюють вертикально на штативі (5) за допомогою виска (3). Ніжки штатива гайками (4) закріплюють на великому циліндрі.

Для оцінки водопроникності ґрунту використовують шкалу Качинського (табл. 9.2).

Таблиця 9.2

Шкала оцінки водопроникності ґрунту

Розрахунки запасів вологи в ґрунті, сумарного водоспоживання та коефіцієнта водоспоживання

1. Запаси продуктивної вологи в ґрунті:

,

де НВ - найменша вологоємність, %;

ВВ - вологість стійкого в'янення, %;

d - об’ємна маса ґрунту, г/см³;

h - шар ґрунту, м.

2. Сумарне водоспоживання:

,

де W_п - запаси вологи в ґрунті на початку вегетації культури, м³/га;

W_к – запаси вологи в ґрунті: в кінець вегетації культури, м³/га;

О - кількість корисних опадів (>5 мм) за період вегетації культури, м³/га.

3. Коефіцієнт водоспоживання:

,

де У - урожайність культури, ц/га.

Запаси продуктивної вологи оцінюються за даними табл. 9.3.

Таблиця 9.3

Оцінка запасів продуктивної вологи в метровому шарі ґрунту

Література

1. Кротінов О.П., Максимчук І.П., Манько Ю.П., Руденко І.С. Лабораторно-практичні заняття по землеробству: Навч. посібник. – Київ: Видавництво УСГА, 1993. – С. 7-47.

2. Кравченко М.С., Царенко О.М., Міщенко Ю.Г. та ін. Практикум із землеробства: Навч. посібник. – Київ: Мета, 2003.- С. 12-36.

3. Єщенко В.О., Копитко П.Г., Опришко В.П. та ін. Загальне землеробство: підручник. – Київ: Вища освіта, 2004. – 336 с.

4. Тихоненко Д.Г., Горін М. О., Лактіонов М.І. та ін. Грунтознавство: підручник. – Київ: Вища освіта, 2005. – 703 с.

• ⇐ Назад
• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 89