Выполнение работы в полевых условиях.
Для выполнения этой работы в полевых условиях берут 4 цилиндра бура Некрасова без крышек. При определении водопроницаемости верхнего слоя цилиндр устанавливают на поверхности почвы. Если определяется водопроницаемость почвы на определенной глубине пахотного или подпахотного слоев, предварительно снимают грунт до нужной глубины на площади размером 30 х 50 см и выравнивают ее лопатой, но уплотнять не следует. Цилиндры вдавливают в почву на глубину 4 см на расстоянии 13. ..15 см один от другого.
Чтобы установить правильность заглубления цилиндра, измеряют его общую высоту, а после установления в почву - высоту части цилиндра находящейся над поверхностью почвы.
С внешней стороны почву вокруг цилиндра уплотняют. Внутрь цилиндра помещают фанерный кружок, чтобы предохранить поверхность почвы от
заплывания. После этого цилиндр заполняют водой, измеряют высоту столба ее, отмечают время и следят за скоростью впитывания. После ее полного поглощения почвой цилиндр снова заполняют водой и наблюдения продолжают.
Предварительно определяют влажность почвы и измеряют температуру воды. Если вода проникает в почву слишком медленно, необходимо определить количество воды, испарившейся из цилиндра. Дляэтой цели, рядом с цилиндром ставят стакан с определенным уровнем воды, по изменению которого находят количество воды, испарившейся за время работы.
Водопроницаемость почвы при данном методе выражают в миллиметрах водного столба за единицу времени и рассчитывают по формуле:
где Kt - водопроницаемость почвы при данной температуре,мм/мин;
h - высота столба просочившейся воды, мм;:
Т - время, мин.
Затем вычисляют коэффициент фильтрации для температуры 10°С:
где К10 - коэффициент фильтрации при температуре 10° С;
Kt - коэффициент фильтрации при данной температуре,
0,7 и 0,03 - эмпирические коэффициенты;
t - температура воды, используемой для определения водопроницаемости.
Расчет производят для каждого цилиндра в отдельности. Затем выводят среднее значение К10 для данного слоя почвы.
На основании полученных результатов исследования по приведенной ранее шкале делают вывод о степени водопроницаемости почвы.
В дерново-подзолистых суглинистых и глинистых почвах с преобладанием капиллярной пористости водопроницаемость будет незначительная по сравнению с супесчаными и песчаными. Структурные почвы имеют большую водопроницаемость, чем бесструктурные. Результаты расчетов заносятся в рабочую тетрадь по следующей форме:
Исходная влажность почвы, %;
Температура воды t°. С;
Начало заполнения цилиндра водой, ч (мин);
Высота столба воды, мм;
Окончание просачивания воды, мин;
Длительность просачивания воды, мин;
Скорость впитывания воды при данной температуре (Kt), мм/мин;
Скорость впитывания воды при температуре 10°С (К10), мм/мин.
Выполнение работы в лабораторных условиях.
В обвязанные снизу марлей стеклянные трубки диаметром 40-50 мм и высотой 40-50 см насыпают различную по гранулометрическому составу почву и уплотняют ее легким постукиванием примерно до естественного состояния. Уровень почвы в трубках должен быть на 5-1 см меньше высоты трубки.
1.В каждую трубку (сверху) наливают воду до черты на высоте 2 см от почвы и засекают время. Уровень воды следует все время поддерживать
на высоте черты,
2.Засекают время по часам или запускают песочные часы.
3.Через определенные отрезки времени (5-10 мин) производят замер глубины проникновения воды в почву или количества воды, прошедшей
через почву. Данные заносят в таблицу 4.
Таблица 4.Глубина проникновения воды или количество прошедшей через почву воды за время наблюдения, мм
| Почва | Время замера от начала опыта, мин | ||||||
По почвенным капиллярам вода из нижележащих горизонтов поступает в верхние горизонты. Разные почвы по-разному способны поднимать воду снизу вверх. Плотные почвы и почвы, содержащие соли, вызывающие свертывание мельчайших частиц, имеют пониженную водоподъемность.
Характеризуется водоподъемность почвы двумя моментами: высотой поднятия влаги и скорость ее движения. Для определения водоподъемности применяют прибор, состоящий из стеклянных трубок высотой 30-40 см и диаметром 2-3 см, наполненных различными почвами Нижние концы трубок обвязаны марлей и опираются на дно сосуда. В него наливают воду до уровня, который на 2 см выше нижних концов трубок. Через равные промежутки времени производят замер высоты поднятия воды в каждой трубке.
1.5 Определение строения (сложения) пахотного слоя почвы
Строение пахотного слоя почвы - соотношение объемов, занимаемых твердой фазой почвы и различными видами пор.
Строение пахотного слоя выражается в процентах от общего объема образца почвы. Оно зависит от гранулометрического состава, структуры почвы, взаимного расположения почвенных частиц, способов обработки, развития корневых систем растений и деятельности почвенной фауны.
| Оптимальное строение (сложение) пахотного слоя оказывает большое влияние на водный и воздушный режим почвы, газообмен между почвой и атмосферой, микробиологическую активность почвы. Наилучшие условия аэрации почвы, воздухообмена между почвой и атмосферой, а следовательно, и благоприятные условия для роста и развития растений складываются в дерново-подзолистой среднесуглинистой почве, когда общая пористость составляет 46-56%, некапиллярная – 18-25, капиллярная – 28-31%, а твердая фаза занимает 44-54% объема почвы. Для определения строения (сложения) пахотного слоя почвы могут быть использованы цилиндры разного диаметра, высотой чаще всего до 10 см. Нежелательно для определения строения пахотного слоя использовать цилиндры большого диаметра, так как это затрудняет отбор образцов и дальнейшую работу с ними, хотя увеличивается точность определения. Для получения объективных данных отбор образцов на участке (варианте) должен быть не менее в шестикратной повторности. В цилиндры почва должна быть помещена в ненарушенном (естественном) состоянии, поэтому нижняя часть цилиндра (наружная сторона) стачивается до диаметра внутренней режущей части. |
Работу выполняют в следующей последовательности. В лаборатории цилиндры взвешивают вместе с крышками, измеряют высоту и диаметр, записывают номер и определяют объем каждого.
Объем цилиндра определяют по формуле:
V= 
, где
V- объем цилиндра, см3
П – отношение длины окружности к диаметру - 3,14
Д – диаметр режущей части цилиндра, см
Н – высота цилиндра, см
В поле при использовании бура (рис.1) и стандартных цилиндров пробы отбирают следующим образом. С цилиндров снимают крышки и вставляют в бур. Бур с цилиндром устанавливают вертикально поверхности почвы. Затем бур вдавливают в почву на нужную глубину руками или при помощи молотка. Достигнув необходимой глубины погружения, бур рукояткой штанги поворачивают несколько раз по часовой стрелке, отделяя отобранный в цилиндр образец от остальной нижней ее массы, и вынимают цилиндр из почвы и бура. Лишнюю почву на нижнем конце цилиндра срезают ножом вровень с краями и сразу закрывают его крышками. Записав номер цилиндра, глубину погружения, предшественник, вариант опыта, делянку, помещают его в ящик. Для определения строения нижней части пахотного и подпахотных слоев, отбор проб продолжают в этом же месте.
При использовании нестандартных цилиндров образцы отбирают без бура следующим образом. Цилиндр ставится вертикально на почву, накладывают на цилиндр дощечку и вдавливают в почву руками или молотком до уровня поверхности почвы. Затем цилиндр вынимают, подрезая его с нижней части лопатой, очищают от излишней почвы верхнюю и нижнюю части, цилиндры закрывают крышками. Для определения строения нижних слоев, лопатой снимается почва на глубину взятого образца и взятие образцов продолжается таким же образом.
В лаборатории цилиндры с почвой взвешивают и ставят в специальную ванночку на подставку (дошечку), обернутую фильтровальной бумагой, для капиллярного насыщения (рис.2). Для этого с цилиндра, держа его вертикально, снимают верхнюю крышку, вместо нее накладывают кружок фильтровальной бумаги с несколько большим диаметром, чем диаметр цилиндра, обжимают фильтр рукой, ставят цилиндр на подставку в ванночку и снимают другую крышку. Крышки помещают обратной стороной на верх цилиндра. Таким образом устанавливают все цилиндры с отобранными образцами в ванночки. В ванночки заливают воду так, чтобы она не соприкасалась с почвой в цилиндрах. По фильтровальной бумаге вода поднимается и заполняет капилляры почвы. Обычно капиллярное насыщение наступает через 3-4 дня. По необходимости воду в ванночки доливают. Чтобы определить момент окончания насыщения несколько цилиндров ежедневно взвешивают до постоянной массы. После капиллярного насыщения цилиндры закрывают крышками и, придерживая снизу фильтровальную бумагу, наклоняют, вынимают из ванночки и ставят на стол закрытым концом вниз. Фильтровальную бумагу снимают и прилипшую к бумаге почву шпателем снимают в цилиндр и закрывают другой крышкой. Цилиндры с почвой взвешивают до 0,1 г.
Для определения влажности почвы после насыщения, почву из цилиндра помещают в ванночку или другую сухую посуду, перемешивают, отбирают пробу почвы и помещают ее в предварительно взвешенный алюминиевый стаканчик. Номер стаканчика, его массу и массу с почвой записывают в рабочую тетрадь. Взвешивание проводится с точностью до 0,01 г. Затем открыв крышку, стаканчик с почвой помещают в сушильный шкаф и высушивают до постоянной массы при температуре 1050 С.
Продолжительность сушки зависит от влажности почвы, гранулометрического состава, содержания гумуса. Обычно сушат 6 часов. После шестичасовой сушки стаканчик извлекают из сушильного шкафа, закрывают крышкой и помещают в эксикатор для охлаждения. После охлаждения стаканчик взвешивают. Затем приступают к расчетам.
Записи и расчеты ведут в по следующей форме (табл.5).
Таблица 5. Расчет строения пахотного слоя почвы
| Почва дерново-подзолистая, супесчаная | |
| Культура –озимая рожь, горизонт – 0-10 см | |
| Номер цилиндра Масса пустого цилиндра (В), г Высота цилиндра (Н), см Диаметр режущей части цилиндра (Д), см Объем образца почвы в цилиндре (V), см3 Масса цилиндра с почвой до насыщения (В1), г Масса цилиндра с почвой после насыщения (В2), г Масса почвы в цилиндре после насыщения (В3), г Номер алюминиевого стаканчика Масса алюминиевого стаканчика (в1), г Масса алюминиевого стаканчика с пробой сырой почвы (в2),г Масса алюминиевого стаканчика с сухой почвой (в3),г Капиллярная влагоемкость (Wк), % Масса абсолютно сухой почвы в цилиндре (В4), г Масса воды в образце почвы после насыщения (В5), г Масса воды в почве до насыщения (В6), г Плотность твердой фазы почвы (d), г/см3* Объем твердой фазы почвы (V1), см3 Объем твердой фазы почвы (V1), % Пористость общая (V2), см3 Пористость общая (V2), % Пористость капиллярная (V3), см3 Пористость капиллярная (V3), % Пористость некапиллярная (V4), см3 Пористость некапиллярная (V4), % Плотность (объемная масса ) почвы (), г/см3 Влажность почвы при взятии образца (W0), % Воды в почве при взятии образца (V5), см3 Воздуха в почве при взятии образца (V6), см3 Степень аэрации почвы (Vа), % Степень насыщения почвы водой (VВ), % Общий запас воды в изучаемом слое почвы (Р), т/м3 | 5,5 237,5 410,7 3,6 302,0 13,7 2,65 113,9 47,9 123,6 52,1 44,2 18,6 7,9 1,27 4,5 13,7 109,9 88,9 11,1 57,1 |
Плотность почвы (удельная масса) определяют экспериментально или дает преподаватель.
Пример расчета (для слоя почвы 0-10 см)
Показатели строения (сложения) почвы рассчитывают по формулам в следующей последовательности:
Объем образца почвы в цилиндре (V)
V= 
237,5 см3
2. Капиллярная влагоемкость почвы ( Wк)- влажность почвы после капиллярного насыщения – равна частному от деления массы воды, содержащейся в образце почвы (после насыщения), на массу абсолютно сухой почвы, выраженную в процентах:
3. Масса абсолютно сухой почвы в цилиндре (В4)
Массу абсолютно сухой почвы в цилиндре определяют следующим образом:
В4 = 
4. Объем пор капиллярного размера (V3)
(Пористость капиллярная)
Объем пор капиллярного размера равен массе воды в почве после ее капиллярного насыщения, так как масса 1 см3 при 40С равна 1 г:
В5(V3) = В3 – В4 = 407-302,0-105 см3
или в процентах к объему почвы:
V3% = 
5. Объем твердой фазы почвы (V1) -равен частному от деления массы абсолютно сухой почвы в цилиндре (В4) на плотность твердой фазы почвы (d).
Плотность твердой фазы почвы определяется студентом в отдельной работе в соответствии со взятым образцом для определения строения пахотного слоя.
В нашем примере для расчета берем плотность твердой фазы почвы равную 2,65 г/см3.
V1= 
Или в процентах к объему почвы
V1% = 
6.Пористость общая (V2)
Пористость общая равняется разности между объемом, занимаемым образцом почвы (V) и объемом ее твердой фазы (V1):
V2 = V – V1 = 237,5-113,9=123,6 см3
или в процентах к объему почвы:
V2% = 
Или V2% = 100 % - V1% = 100% - V1% = 100% - 47,9% = 52,1%
Общую пористость можно рассчитывать по формуле:
V2 = 
7. Пористость некапиллярная (V4)
Пористость некапиллярная определяется по разности между общей и капиллярной пористостью
V4 = V2 – V3 = 123,6 - 105=18,6 см3 или
V4% = V2% - V3% = 52,1 - 44,2=7,9%
8. Плотность сложения почвы ( )
Плотность сложения почвы (объемная масса) – это отношение массы абсолютно сухой почвы в естественном сложении (В4) к занимаемому ее объему (V):
= 
9. Масса (объем) воды в почве при взятии образца (в цилиндре)
В6 = (V5)
В6 = (V5) = (В1 – В) – В4 = 410,7 -95-302=13,7см3
10. Влажность почвы при взятии образца определяется как частное от деления массы воды, при отборе образца, на массу абсолютно сухой почвы, выраженное в процентах:
W0 = 
11. Степень аэрации почвы (Vа)
Степень аэрации почвы – доля пор, занятых воздухом при отборе образца (значение V2 берется в см3). Объем пор занятых воздухом
Vа = V2 – В6=123,6-13,7=109,9 см3
Ст. аэр. Vа% = 
12. Степень насыщения почвы водой (VВ)
Степень насыщения почвы водой – доля пор, занятых водой при отборе образца (значение V2 берется в см3).
Ст. .насыщения 
или 
13. Общий запас воды в изучаемом слое почвы (Р)
Р = W0 . . h м3/га = 4,5 . 1,27 . 10 см = 57,1 м3/га
Или в мм: Р= 
Таблица 6. Строение пахотного слоя
| Показатели | Ед. измерения | 0-10 | 10-20 | 20-30 | 30-40 | ||||
| Предшественник (вариант) | |||||||||
| Объем твердой фазы почвы | % | ||||||||
| Скважность общая | % | ||||||||
| Скважность капиллярная | % | ||||||||
| Скважность некапиллярная | % | ||||||||
| Степень аэрации | % | ||||||||
| Степень насыщения | % | ||||||||
| Объемная масса почвы | г/см3 | ||||||||
| Удельная масса почвы | г/см3 | ||||||||
| Запас воды | т/га |
Таблица 7.Оценка качества строения (сложения)
пахотного слоя
| Тип сложения | Суглинистые и глинистые | Песчаные и супесчаные | ||
| объемная масса, г/см3 | общая порис-тость, % | объемная масса, г/см3 | общая порис-тость, % | |
| Очень рыхлое Рыхлое Уплотненное Среднеплотное Плотное Очень плотное Предельно плотное | <0,9 0,9-1,1 1,1-1,2 1,2-1,3 1,3-1,4 1,4-1,5 >1,5 | >65 65-58 58-54 54-50 50-46 46-42 <42 | <1,2 1,2-1,3 1,3-1,4 1,4-1,5 1,5-1,6 >1,6 - | >55 55-50 51-40 47-40 43-40 <40 - |
1.6.Определение объемной массы (плотности сложения) почвы
Объемной массой почвы называют массу одного кубического сантиметра (единицы объема) абсолютно сухой почвы в граммах при ее естественном сложении. Объемная масса выражается в г/см3 .
Объемная масса является важнейшей физической характеристикой почвы. Величина ее зависит от плотности сложения почвенных частиц, структурности, содержания гумуса и минералогического состава почвы. Чем меньше в ней содержание гумуса, тем больше ее плотность.
Объемная масса необходима для характеристики степени уплотненности или разрыхленности почвы, вычисления ее пористости, запасов воды, питательных веществ и массы почвы в определенном объеме. Почвы, имеющие объемную массу меньше 1,15 г/см3 считаются рыхлыми, от 1,15 до 1,35 г/см3 – плотными и свыше 1,35 г/см3 - очень плотными.
Различают равновесную и оптимальную плотность.
Равновесная плотность – это плотность которую почва длительное время сохраняет после ее рыхления и естественного оседания.
Оптимальная плотность – эта та плотность при которой создаются благоприятные условия для роста и развития сельскохозяйственных культур. Благоприятные условия водного, воздушного, теплового и пищевого режимов складываются в почве при величине объемной массы пахотного слоя почвы 0,9-1,3 г/см3. Культуры сплошного способа сева хорошо растут на почвах с плотностью пахотного слоя 1,1-1,3 г/см3, а для пропашных культур благоприятно более рыхлое состояние почвы при ее объемной массе 0,9-1,1 г/см3. На очень плотной почве (>1,4 г/см3), так и на чрезмерно рыхлой (<0,9 г/см3) рост и развитие сельскохозяйственных культур ухудшается. Оптимальные значения ее для большинства сельскохозяйственных культур 1,1-1,2 г/см3 на суглинистых и 1,2-1,3 г/см3 на супесчаных почвах.
Порядок выполнения работы
Отбор проб проводят аналогично как и при определении строения пахотного слоя почвы. Образец почвы, взятый в поле, взвешивают вместе с цилиндром. Для вычисления объема почвы измеряют ее высоту в цилиндре и диаметр режущей части цилиндра. После этого отбирают средний образец почвы с цилиндра для определения влажности и массы абсолютно сухой почвы.
Форма записи и порядок расчетов (пример)
| 1.Слойпочвы,см 0-10 | |
| 2. Номер цилиндра 25 | |
| 3. Высота цилиндра, см 10,0 | |
| 4. Диаметр цилиндра, см 5,2 | |
| 5. Объем цилиндра (образца почвы), см3 212,3 | |
| 6. Масса пустого цилиндра г 270,5 | |
| 7. Масса цилиндра с почвой во время взятия образца, г 536,2 | |
| 8. Масса почвы в цилиндре во время взятия образца, г 264,7 | |
| 9.Расчет влажности почвы: | |
| а) номер бюкса 57 | |
| б) масса пустого бюкса, г 24,0 | |
| в) масса бюкса с почвой до высушивания, г 58,4 | |
| г) масса бюкса с почвой после высушивания, г 54,0 | |
| д) масса испарившейся воды, г 4,0 | |
| е) масса абсолютно сухой почвы, г 30 | |
ж) влажность почвы, %
W=  
| |
| 10. Масса абсолютно сухой почвы в цилиндре, г 233,6 | |
| 11.Объемная масса (плотность сложения) почвы, г/см3 1,1 |
Массу абсолютно сухой почвы в цилиндре определяют, используя значение ее влажности по формуле:
Рс = 
, где
Рс – масса абсолютно сухой почвы в цилиндре, г
Рв – масса влажной почвы в цилиндре, г
W-влажность почвы во время взятия образца, %
Объем образца почвы в цилиндре определяют по формуле:
V= 
где
V – объем цилиндр, см3
П – 3,14
Д – диаметр режущей части цилиндра, см
Н – высота цилиндра, см
V= 
Объемную массу (плотность сложения) почвы определяют по формуле:
, где
– объемная масса, г/см3
Рс – масса абсолютно сухой почвы в цилиндре, г
V – объем образца почвы (объем цилиндра), см3
1.7. Определение плотности (удельной массы) почвы
Под удельной массой почвы понимают отношение массы твердой фазы к ее объему. Обычно удельную массу почвы выражают в граммах на 1 кубический сантиметр, и она всегда выше объемной массы. Знание удельной массы необходимо для расчета объема твердой фазы почвы и пористости. Удельная масса (ее величина) зависит от гранулометрического состава почвы и содержания гумуса. Чем богаче почва гумусом, тем меньше ее удельная масса. Удельная масса пахотного слоя дерново-подзолистых почв колеблется от 2,54 до 2,63 г/см3, а малогумусных горизонтов – 2,65…2,75 г/см3.
Удельную массу почвы устанавливают с помощью пикнометра - мерного сосуда, позволяющего учитывать объем жидкости с большой точностью. Принцип этого метода заключается в определении объема частиц навески почвы, взятой для анализа, по вытесняемой ими жидкости.
Порядок выполнения работы.
В воздушно-сухом состоянии образец почвы растирают в ступке пестиком с резиновым наконечником и просеивают через сито с диаметром отверстий 1 мм. При этом из почвы удаляют растительные остатки и камни.
Из подготовленного образца почвы берут на кальку две навески по 10-15 грамм, одну навеску помещают в алюминиевый стаканчик для определения абсолютно сухой почвы, другую используют для кипячения в пикнометре.
В предварительно взвешенный пикнометр наливают до метки дистиллированную воду комнатной температуры. Пикнометр обтирают фильтровальной бумагой и взвешивают с точностью до 0,01 г.
Освобождают пикнометр от воды (воду сохраняют) и через сухую воронку, вставленную в горлышко пикнометра, высыпают в него навеску почвы (вторую). Обмывают воронку и горлышко пикнометра небольшим объемом воды.
Доливают в пикнометр воду (чуть меньше половины пикнометра) и кипятят в течение 30 мин, для удаления адсорбированного почвой воздуха. Кипение должно быть слабым и равномерным (при бурном кипении возможен выброс содержимого).
Прокипяченную пробу охлаждают до комнатной температуры.
Определяют массу пикнометра с водой и почвой. Для этого, доливают пикнометр дистиллированной водой до метки и взвешивают (предварительно обтерев фильтровальной бумагой).
Пробу почвы, помещенную в алюминиевый стаканчик, взвешивают и высушивают до постоянной массы при температуре 1050С.
Записи в рабочей тетради ведут по следующей форме:
Слой почвы, см
Пикнометр, №
Масса пустого пикнометра, г
Масса пикнометра с водой (М), г
Масса воздушно-сухой почвы, помещенной в пикнометр (В), г
Масса пикнометра с водой и почвой (N), г
Номер алюминиевого стаканчика
Масса стаканчика с почвой до сушки (в), г
Масса стаканчика с почвой после сушки (в1), г
Масса пустого стаканчика (в0), г
Масса абсолютно сухой почвы в пикнометре (Р), г
Масса абсолютно сухой почвы в пикнометре определяется, исходя из данных образца почвы, взятого в алюминиевый стаканчик для высушивания:
Р= 
Если известна масса абсолютно сухой почвы в пикнометре (Р), масса пикнометра с водой (М) и масса пикнометра с водой и почвой (N), то разница между (М+Р) и (N) дает массу воды, численно равную объему твердой части почвы в пикнометре, так как 1 г воды при температуре 40С занимает объем 1 см3.
Следовательно, плотность твердой фазы почвы (d) определяется как отношение массы абсолютно сухой почвы к объему ее твердой части (объем образца почвы за вычетом объема пор):
d= 
, где
d – плотность (удельная масса) почвы, г/см3
Р – масса абсолютно сухой почвы в пикнометре, г
М – масса пикнометра с водой, г
N – масса пикнометра с водой и почвой, г
Таблица 8.Плотность твердой фазы почвы, г/см3
| Глубина, см | Легкие почвы | Суглинистые и глинистые |
| 0…20 | 2,60 | 2,60 |
| 20…40 | 2,65 | 2,65 |
| 40…100 | 2,65 | 2,70 |
| 2,65 | 2,70 |
1.8. Расчет общей пористости (скважности) почвы.
Общей пористостью называют сумму всех пор почвы и выражают в процентах от объема почвы. Почвенные поры представляют собой различные по величине и форме промежутки, которые образуются в результате неплотного прилегания друг к другу комков и частиц почвы. От величины пористости почвы в значительной мере зависит ее плодородие. В порах размещаются вода, воздух, корни растений, микроорганизмы, протекают различные почвенные процессы. Знание общей пористости необходимо для вычисления содержания воздуха, полной влагоемкости почвы и других показателей.
Общая пористость находится в тесной зависимости от плотности и удельной массы почвы. Поэтому, чем рыхлее почва, тем больше в ней общая пористость и меньше плотность.
Величину общей пористости, как и плотность, используют при характеристике степени уплотненности почвы.
Благоприятные условия водно-воздушного и теплового режимов складываются в почве, имеющей рыхлое или .несколько уплотненнее состояние пахотного слоя при величине общей пористости 50-65 %. Культуры сплошного сева хорошо растут на уплотненных почвах с общей пористостью 50-58 %, а для пропашных культур более благоприятны рыхлые почвы, имеющие общую пористость 58-65 %. На очень плотной почве, как и на чрезмерно рыхлой, рост и развитие сельскохозяйственных культур ухудшаются. При общей пористости в подпахотном слое меньше 48 % (под корнеплоды) и меньше 44 % (под зерновые) необходимо проводить рыхление.
Таблица 9.Оценка уплотненности почвы по общей пористости для дерново-подзолистых суглинистых почв с содержанием гумуса 3-5%.
| Слой почвы | Удельная масса почвы, г/см3 | Степень уплотняемы почвы и ее пористость, % | ||||
| Очень рыхлая | Рыхлая | Уплотнен- ная | Плотная | Очень плотная | ||
| Пахотный | 2,60 | 65-58 | 58-50 | 50-46 | ||
| Подпахотный | 2,70 | - | 52-54 | 48-41 |
Оптимальные показатели пористости зависят от состояния увлажнения почвы. Например, при недостаточном увлажнении даже при небольшой пористости аэрация почвы может быть нормальной, а при переувлажнении почвы, имеющей повышенную пористость, аэрация может быть слабой.
Общая пористость определяется расчетным путем по следующей формуле:
где v - плотность почвы, г/см ;
d - удельная масса почвы, г/ см3.
В этой формуле отношение плотности к удельной массе (v / d) показывает, какую часть от объема почвы занимают твердые частицы Следовательно, остальная часть объема приходится на поры (1-v / d). Умножением на 100 эти величины выражают в процентах.
При расчете общей пористости записи ведут в рабочей тетради по следующей форме:
Слой почвы, см,
Плотность, г/см3;
Удельная масса, г/см3;
Общая пористость, %.
Пример. Рассчитать общую пористость почвы при ее удельной массе 2,56 г/см3- и плотности 1,29 г/см3.
1.9. Определение видов пористости
В агрономических целях почвенные поры в зависимости от них размера и характера движения воды и воздуха в них подразделяются на крупные (некапиллярные) поры, капиллярные и ультрапоры (мельчайшие).
В крупных (некапиллярных) порах вода движется только под действием силы тяжести. При избыточном увлажнении почвы они служат каналами для тока воды. Обычно эти поры заняты подвижным воздухом и обеспечивают постоянную аэрацию почвы. Суммарный объем некапиллярных пор также называют пористостью аэрации.
В капиллярных порах свободная вода движется под действием менисковых сил и ее движение возможно в любом направлении. В них находится основной запас полезной для растений влаги. Движение воздуха в капиллярных порах замедленное и падает по мере уменьшения их диаметра.
В тончайших порах (ультрапорах) движение свободной воды отсутствует. Они обычно заполнены связной водой, адсорбированной почвой и недоступной для растений. Суммарный объем этих пор называют пористостью гидратации. В агрономическом отношении наибольшую ценность представляют поры аэрации (крупные, некапиллярные) и капиллярные. В них размещается воздух, доступная для растений влага, корни растений и микроорганизмы.
От соотношения некапиллярных и капиллярных пор зависят водные и воздушные свойства почвы. Поры гидратации не имеют полезного значения в обеспечении нормального водно-воздушного режима.
В практике земледелия при установлении роли различных агротехнических приемов (обработка, чередование культур, внесение удобрений и др.) в изменении физических свойств определяют строение пахотного и подпахотного слоев почвы. Под строением пахотного слоя понимают соотношение объемов твердых частиц почвы и различных видов пор (пор аэрации, капиллярных пор и пор гидратации).
Оптимальные условия водного, воздушного и теплового режимов создаются в дерново-подзолистой почве при величине общей пористости в пахотном слое 50-65 % и отношением пор аэрации к капиллярной пористости и пористости гидратации как 2:3, Это значит, что если общая пористость данной почвы составляет 49,6 %, то пористость аэрации должна составлять при оптимальных условиях 20 %, а капиллярная и пористость гидратации -30 %. При уплотнении почвы уменьшается общая пористость, резко возрастает капиллярная пористость и уменьшается некапиллярная. Чрезмерное уплотнение почвы увеличивает пористость гидратации и резко ухудшает ее аэрацию, так как капиллярные поры обычно заняты водой, а поры гидратации в аэрации не участвуют.
Чем тяжелее гранулометрический состав почвы, тем быстрее уплотняется почва и больший процент в ней составляет капиллярная пористость.
В песчаных почвах обычно бывает больше пор аэрации.
Выполнение работы. Для установления строения пахотного слоя определяют объемы, занимаемые в почве твердыми частицами и порами: общие, аэрации (крупными некапиллярными порами), капиллярные и гидратации. При расчете этих величин из предшествующих работ необходимо взять объемную и удельную массу почвы, капиллярную влагоемкость и влажность завядания.
1. Объем твердых частиц в процентах от общего объема почвы находят по формуле
2. Общую пористость, как было показано в работе 1.5, вычисляют по формуле
Как видно из этих формул, сумма объёмов твердых частиц почвы и всех пор составляет 100% от ее объема.
3. Пористость гидратации соответствует по величине влажности завядания, выраженной в процентах от объема почвы:
Vгидр=Wзав. v
4. Капиллярную пористость определяют по формуле:
Vкап=КВ. v – Vгидр
Суммарный объем капиллярных пор и пор гидратации (Vкап + Vгидр) устанавливают по капиллярной влагоемкости. При капиллярном насыщении эти поры заполняются водой. Следовательно, капиллярная влагоемкость, выраженная в процентах к объему почвы, численно соответствует суммарному объему капиллярных пор и пор гидратации:
Vкап+Vгидр=КВ. v
5. Пористей аэрации (объем крупных, некапиллярных пор) устанавливают вычитанием из общей пористости значений капиллярной порис-
тости и пористости гидратации:
Vаэр=Vобщ-Vгидр-Vкап
В формулах этой работы использованы следующие обозначения:
v - объемная масса почвы, г/ см3;
d -удельная масса почвы, г/ см3;
KB - капиллярная влагоемкостъ в процентах от массы сухой почвы;
Wзав -влажность завядання в процентах от массы сухой почвы
Vm - объем твердых частиц в процентах от общего объема почвы;
Vобщ- общая пористость в процентах от объема почвы;
Vаэр- пористость аэрации, %;
Vкап - пористость капиллярная, %;
Vгидр – пористость гидратации, %
Пример. Определить строение пахотного слоя почвы по следующим данным: объемная масса почвы v = 1 ,29 г/см3: удельная масса почвы
= 2,56 г/см3; капиллярная влагоемкость КВ= 24,4 %; влажность завядания Wзав = 9,7 %
1. Объем твердых частиц в процентах от общего объема почвы
2. Общая пористость почвы:
Vобщ = 
3. Пористость гидратации
Vгидр=Wзав .v=9.7 . 1,29=12,5 %
4. Суммарный объем капиллярных пор и пор гидратации
Vrап+ Vгидр=KB . v =24,4 - 1,29 = 31,5 %.
Отсюда капиллярная пористость
Vкап=31,5-12,5=19,0%
5. Пористость аэрации
Vаэр=Vобщ-Vкап-Vгидр=46,6-19,0-12,5=18,1%
При определении строения пахотного слоя почвы следует вести записи по следующей форме?
Слой почвы, см;
Объемная масса. г/см3 ;
Удельная масса, г/см3;
Капиллярная влагоемкость, % от массы почвы;
Влажность завядания % от массы почвы;
Объем твердых частиц. %;
Общая пористость, %;
Пористость аэрации, %;
Капиллярная пористость, %;
Пористость гидратации, %. '
Полученные величины объемов твердых частиц почвы и видов пористости - общей, аэрации, капиллярной, гидратации - используют для построения графика. График строения пахотного слоя имеет форму прямоугольника, площадь которого принимают за 100 % объема почвы.
График строения пахотного слоя почвы
| Объем твердых частиц почвы | Общая пористость | ||
| Vтв | Vгид | Vкап | Vаэр |
| 50,4 | 12,5 | 19,0 | 18,1 |
1.10. Определение содержания воды и
воздуха в почве
Вода и воздух размещаются в порах, в промежутках между твердыми частицами почвы, Чем больше пористость почвы, тем больше в ней может содержаться воды к воздуха. Жизнедеятельность растений и почвенных микроорганизмов в значительной мере определяется наличием в почве влаги при достаточном количестве воздуха.
Количество воздуха в почве, или воздухосодержание , зависит от общей пористости и степени увлажнения , так как воздух находится в порах, не занятых водой. Следовательно, при одинаковой пористости почвы может быть разное соотношение воды и воздуха.
При снижении воздухосодержания ниже 10-12 % от объема почвы резко ухудшается газообмен между почвенным и атмосферным воздухом, что приводит к замедлению роста растений и их гибели. Оптимальные условия водо- и воздухообеспечения растений создаются при наличии 55-80% воды и 20-45 % воздуха от общей пористости почвы (табл. 10).
Таблица 10. Оптимальное содержание воды и воздуха в почве, необходимое для нормального роста сельскохозяйственных растений
| Культуры | в % от общей пористости | |
| Вода | Воздух | |
| Пропашные | 55-65 | 35-45 |
| Зерновые | 65-75 | 25-35 |
| Травы . | 70-80 | 20-30 |
Определение содержания воды и воздуха в почве производится путем вычислений. Для этого необходимы данные о влажности почвы, плотности и пористости.
I.Сначала вычисляют влажность в процентах от объема почвы по формуле
где W - влажность почвы в % от ее массы;
Wv=W. v
Где W – влажность почвы в % от ее массы
v - плотность почвы.
2. Воздухосодержание определяется по разности между общей пористостью и объемной влажностью почвы:
Vвозд=Vобщ - Wv
где Побщ — пористость общая, %
Wv-влажность почвы в % от ее объема.
Для суждения о водо- и воздухообеспеченности растений влагосодержание и воздухосодержание выражают в процентах от общей пористости почвы.
При определении соотношения содержания воды и воздуха в почве запись ведут по следующей форме:
Слой почвы, см, ,
Общая пористость, %;
Влажность почвы, % от ее объема;
Плотность почвы, г/см3;
Влажность почвы, % от ее массы;
Воздухообеспеченность, % от объема почвы;
Содержание воды, % от общей пористости;
Содержание воздуха, % от общей пористости.
Пример. Определить соотношение содержания воды и воздуха в почве при влажности 13,2 %, плотности 1,29 г/ см3 и общей пористости 49,6
1 Содержание; воды в почве в % от ее объема;
Wv= W • v= 13.2 . 1,29 = 17,0%.
2. Воздухосодержание: Vвозд = Vобщ - Wv = 49,6 - 17,0 = 32,6 %
3. Содержание воды в % от общей пористости:
4. Содержание воздуха в % от общей пористости:
По полученным данным о содержании воды и воздуха в процентах от общей пористости строится график в форме прямоугольника, площадь которого принимается за 100 % общей пористости.
1.11 Определение структурного состава почвы
Структурой почвы называют различные по величине и форме агрегаты, в которые склеены почвенные частицы.
Способность почвы распадаться на агрегаты называется структурностью почвы.
Почвенные агрегаты могут состоять или из первичных почвенных частиц (из механических элементов), или из микроагрегатов, соединенных друг с другом в результате коагуляции каллоидов склеивания, слипания.
Структурность почвы является одним из показателей степени ее плодородия и окультуренности. Чем большая часть почвенных частиц агрегатирована в комки, тем выше агрономическая ценность почвы. Это связано с тем, что структурная почва обладает рядом более благоприятных свойств для роста и развития сельскохозяйственных культур по сравнению с бесструктурной или малоструктурной. Ценность структуры повышается с увеличением водопрочности агрегатов. Структурная почва обладает хорошей водо- и воздухопроницаемостью, при обработке лучше крошится, распадается на мелкокомковатые отдельности.
По размеру агрегатов структура почвы классифицируется следующим образом:
глыбистая структура – комки более 10 мм
макроструктура – комки от 10 до 0,25 мм
микроструктура – комочки менее 0,25 мм
В агрономическом отношении ценными считаются комковато-зернистые агрегаты размером 0,25-10 см.
Установлено, что наибольшее количество водопрочных агрегатов (60-70%) содержат черноземы, дерново-карбонатные почвы до 60% и значительно меньше агрегатов в дерново-подзолистых почвах (25-45%). В супесчаных почвах агрегатов содержится меньше, чем в суглинистых.
Количество агрегатов, их размеры, прочность и пористость зависит от содержания гумуса в почве, ее гранулометрического состава, от механической обработки и особенностей возделываемых культур. Структурность почвы улучшается при внесении удобрений, правильной обработке почвы, посеве бобовых культур и рациональном размещении культур в севооборотах.
С агрономической точки зрения наиболее ценными считаются такие агрегаты, которые длительное время не расплываются в воде. Способность почвенных агрегатов противостоять размывающему действию воды называется водопрочностью структуры.
Порядок выполнения работы
Для определения структурного состава почвы отбирают пробы почвы в поле после различных предшественников на глубину 0 - 10 и 10-20 см, при необходимости и глубже. Отобранные образцы почвы в лаборатории просушиваются.
Сухое просеивание
Для сухого просеивания берут среднюю пробу воздушно-сухой почвы, массой 1 кг и просеивают на колонке почвенных сит составленной в такой последовательности: нижнее сито с отверстиями 0,25 мм, затем 0,5; 1; 3; 5; 7; 10 мм. Внизу колонки сит ставится поддон, а сверху крышка. Просеивание осуществляется без встряхиваний. По мере прохода мелких агрегатов сита одно за другим снимаются. Фракции агрегатов с каждого сита переносят на бумагу и взвешивают. Массу каждой фракции записывают в таблицу и определяют процентное содержание каждой фракции агрегатов к исходной навеске. Массу и процентное содержание фракции с диаметром частиц меньше 0,25 мм (на поддоне) вычисляют по разности (общая навеска минус масса всех фракций).
Мокрое просеивание (просеивание в воде)
Для определения водопрочности структуры составляют среднюю пробу, отбирая из каждой фракции после сухого просеивания по две навески, численно равные каждой половине процентного ее содержания (50 г). Например, если в почве содержится агрегатов размером 1 мм 18%, то для средней пробы из этой их фракции нужно взять две навески по 9 граммов. Чтобы избежать забивания сит, в среднюю пробу не включают фракцию меньше 0,25 мм. Таким образом проба почвы будет меньше 50 г. Мокрое просеивание можно проводить при помощи прибора Бакшеева (рис.3), так и при помощи сит этого прибора. Погружая их на определенное время в воду.
При проведении просеивания при помощи прибора Бакшеева, цилиндры с ситами вынимают из гнезд и ставят на подставки. Открыв крышки, в цилиндры наливают воду до середины ободка верхнего сита. Образцы почвы помещают в верхнее сито (под ручку), цилиндры закрывают крышками и во внешнее отверстие горловины доливают воду доверху. Затем завинчивают пробки и цилиндры вставляют в гнезда прибора. Прибор включают в электросеть. Через 12 минут прибор выключают, цилиндры вынимают и ставят на подставку. Воду из цилиндров сливают, открывают крышки, вынимают и разбирают наборы сит.
При проведении просеивания с использованием сит прибора Бакшеева с погружением их в воду, поступают следующим образом. Смешанные средние пробы почвы равномерно распределяют на верхнем сите колонок. Колонки сит погружают постепенно в сосуд с водой и оставляют в ней на 15 минут. Слой воды над верхним ситом должен быть не менее 8 см, затем проводят просеивание. Для этого колонки сит в воде поднимают на 5 см, не вынимая верхнее сито из воды, затем отрывистым движением сита опускают вниз на 4-5 см и в этом положении оставляют на 2-3 секунды. За это время агрегаты успевают просеяться через отверстия сит. После этого набор сит снова медленно поднимают и быстро опускают. После 10-кратного опускания и подъема извлекают колонки сит из воды, снимают сита с отверстием >1 и производят еще 5 погружений оставшихся сит.
После просеивания на приборе Бакшеева или путем погружения колонок сит в воду водопрочные агрегаты (фракции), оставшиеся на двух одинакового размера ситах, смывают в фарфоровые или алюминиевые чашки, предварительно пронумерованные и взвешенные. Избыток воды из чашек, после оседания почвы и осветления воды, сливают. Почву в чашках высушивают и взвешивают. Масса почвы в чашке численно равна ее процентному содержанию в образце. Массу агрегатов определяют как разность между массой чашки с агрегатами и массой пустой чашки. Процентное содержание фракции менее 0,25 мм определяют вычитанием из 100 суммы процентов всех фракций крупнее 0,25 мм. Все записи проводятся в таблице.
Таблица 11. Агрегатный состав почвы
Почва __________________________
Культура ___________________горизонт _________
| Фракции почвы, мм | Просеивание воздушно-сухой почвы | Просеивание почвы в воде | % агрегата | |||||
| Масса почвы, г | % содер-жания | Взять для просеива-ния в воде, г | № чашки | Масса чашки | Масса чашки с почвой, г | Масса почвы, г | ||
| Крупнее 7 мм | ||||||||
| От 7 до 5 мм | ||||||||
| От 5 до 3 мм | ||||||||
| От 3 до 1 мм | ||||||||
| От 0,5 до 0,25 мм | ||||||||
| Менее0,25мм |
.
Таблица 12. Оценка структурного состава почвы
| Содержание агрегатов 0,25-10 мм (% к массе почвы) | Оценка структурного состояния | |
| воздушно-сухих | водопрочных | |
| >80 | >70 | Отличное |
| 80-60 | 70-55 | Хорошее |
| 60-40 | 55-40 | Удовлетворительное |
| 40-20 | 40-20 | Неудовлетворительное |
| <20 | <20 | Плохое |
1.12. Определение пластичности почв
Способность почвы и грунта деформироваться и принимать во влажном состоянии придаваемую им форму без образования трещин и сохранять ее после прекращения внешнего воздействия называют пластичностью. Она проявляется в определенном пределе увлажнения. Пластичность зависит от гранулометрического, химического и минералогического состава, а также от формы частиц, слагающих почву или грунт.
Верхним пределом пластичности является влажность нижней границы текучести, нижним - влажность границы раскатывания почвы в шнур. Величину пластичности измеряют числом пластичности, представляющим разницу в содержании воды в процентах при нижней границе текучести и границе скатывания в шнур. В этом интервале почва деформируется с сохранением предаваемой ей формы, максимально набухает, обладает слабым сопротивлением при внешнем механическом воздействии, при перекатывании по ней машин образует колеи по ходу колес.
Определение верхней границы пластичности (W1). Воздушно-сухую почву, просеянную через сито 0,5 мм, смоченную водой до густого состояния и хорошо размешанную, переносят в небольшую фарфоровую чашку, наполняя ее до краев слоем 3-4 см.
Затем берут смазанный вазелином конус и опускают его на почву в чашке. Если влажность соответствует верхней границе пластичности, конус под влиянием собственной массы должен погрузится на глубину до 10 мм, чтовидно по отметке на конусе.
Если конус не достиг глубины 10 мм, почву увлажняют и снова повторяют погружение конуса. Погружение конуса повторяют минимум 3 раза, после чего определяют влажность почвы.
Определение нижней границы пластичности (W2). Почвенную массу после определения верхней границы пластичности подсушивают Из нее скатывают шарик диаметром 1 см и раскатывают его на бумаге в шнур толщиной 3 мм. Если при раскатывании шнур не распадается, то почву вновь собирают в шарик и раскатывают Эту операцию повторяют до тех пор, пока вследствие потери избытка влаги, шнур начнет распадаться на мелкие кусочки (8-10 мм), которые быстро собирают в сушильный стаканчик. Набрав 5-10 г почвы, определяют ее влажность. Повторность определения трехкратная.
Число пластичности равно разнице между влажностью верхней и нижней границ пластичности:
W=W1 – W2
Допустим, установлено, что влажноcть верхней границы равна 36 %, нижней - 18 %. Тогда число пластичности W=36-18 = 18 %.
По числу пластичности судят о гранулометрическом составе почвогрунта (0 -песок, 0-7 % - супесь, 7-17 % - суглинок, более 17 % - глина).
По показателям пластичности рассчитывают показатель консистенции, или число консистенции:
,
где Wест – естественная влажность, %;
W2 – нижний предел пластичности;
W - число пластичности.
Предложена следующая классификация связных почвогрунтов по показателям консистенции:
Супеси Суглинки и глины
Твердые………….<0 Твердые…………..<0
Пластичные …….0-1 Полутвердые……..0-0,25
Текучие………….>1 Тугопластичные…0,5-0,75
Мягкопластичные..0,5-0,75
Текучие……………>1
1.13 Воспроизводство органического вещества в земледелии
Важнейшее свойство, характеризующее плодородие почвы, является содержание органического вещества (гумуса). Установлено многостороннее положительное влияние его на агрохимические, водно-физические, тепловые, технологические свойства, биологическую активность почв. В гумусе аккумулировано 98% запасов почвенного азота, 60% фосфора, 80% серы и большое количество других макро- и микроэлементов. Находясь в органически связанной форме, эти элементы служат важнейшим источником питательных веществ для растений. Органическое вещество почвы – энергетический материал для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, играющих важную роль в обеспечении растений элементами питания.
Оптимальный уровень содержания гумуса, при котором обеспечиваются наивысшая эффективность минеральных удобрений и максимальная урожайность, для песчаных и супесчаных почв составляет около 1,6-2,0%, суглинистых – 2,2-2,5%.
Основными источниками накопления органического вещества почвы являются неиспользуемые остатки возделываемых в поле растений (корни, послеуборочные остатки стеблей, листьев), органические и сидеральные удобрения. Решающая роль в обеспечении бездефицитного и положительного баланса гумуса принадлежит органическим удобрениям, особенно в сочетании с оптимальными нормами минеральных. Нормы органических удобрений для бездефицитного баланса гумуса существенно изменяются не только в зависимости от почвенно-климатических условий, но и от типа севооборота, структуры посевов, уровня урожайности.
Баланс гумуса представляет собой разность между статьями расхода (минерализация) и прихода (новообразования в почве).
Различают следующие основные типы баланса гумуса в почве:
1. Бездефицитный, когда приход в почву свежего органического вещества полностью уравновешивают его расход за определенное время.
2. Положительный, когда приход свежего органического вещества превышает его расход из почвы
3. Отрицательный, приход органического вещества не компенсирует его убыль из почвы.
Приходная статья баланса гумуса – это новообразованный гумус за счет гумификации растительных остатков и удобрений. Расходная – минерализация гумуса при возделывании сельскохозяйственных культур. Главная задача гумусового баланса – определение его прогноза и расчет потребности пахотных почв в органических удобрениях с целью получения планируемой урожайности и обеспечения воспроизводства почвенного плодородия.
Баланс гумуса рассчитывается для одного из севооборотов.
Приходная статья баланса гумуса
Нормативы накопления растительных остатков в почве в центнерах сухого вещества на 1 центнер основной продукции приведены в табл.13. Умножая величину урожая на соответствующий норматив, получим общее количество растительных остатков, участвующих в новообразовании гумуса. Затем,,умножив полученную величину на коэффициент гумификации (табл.14), определяем количество новообразованного гумуса под определенной сельскохозяйственной культурой.
Таблица 14. Коэффициент гумификации растительных остатков сельскохозяйственных культур (по данным МСХА)
| Растительные остатки сельскохозяйственных культур | Коэффициенты |
| Зерновых, зернобобовых, многолетних трав, льна | 0,20-0,25 |
| Кукурузы и других силосных | 0,10-0,15 |
| Картофеля, корнеплодов, овощных | 0,05-0,08 |
Расходная статья баланса гумуса
Расходная статья баланса гумуса рассчитывается по выносу азота урожаем сельскохозяйственных культур. Вынос азота отдельными культурами севооборота в кг на 1 ц продукции берется из табл. 15. Умножая этот вынос на планируемый урожай, получаем вынос азота всем урожаем. Затем определяем потребление азота из гумуса, условно принимая потребление азота из гумуса небобовыми культурами 50%, клевер потребляет из гумуса 30% азота, зернобобовые и однолетние бобовые - 40%.
Поправочные коэффициенты на минерализацию гумуса на культуру и гранулометрический состав почвы приведены в табл.16. Перемножая последовательно величину потребления азота растениями на соответствующие поправочные коэффи-
циенты, получаем общее количество этого элемента, образовавшегося при минерализации гумуса.
Таблица 15. Вынос азота с урожаем сельскохозяйственных культур, кг на 1 ц основной продукции с учетом побочной