Определение соотношения воды и воздуха в почве

Вода и воздух размещаются в порах, в промежутках между твердыми частицами почвы.

Чем больше пористость почвы, тем более в ней может содержаться воды и воздуха. Жизнедеятельность растений и почвенных микроорганизмов в значительной степени определяется наличием в почве возможно большего количества влаги при условии достаточного количества воздуха, создающих благоприятные условия для питательного режима в почве

Количество воздуха в почве, или воздухосодержание, зависит от величины общей пористости, от степени увлажненности почвы, так как воздух размещается в почвенных порах не занятых (свободных) водой. Следовательно, при одинаковой пористости почвы может быть разное соотношение воды и воздуха. При снижении воздухосодержания ниже 10-12 % от объема почвы резко ухудшается обмен между почвенным и атмосферным воздухом, что приводит к замедлению роста и их гибели.

Оптимальные условия водо- и воздухообеспечения растений создаются при наличии в почве 60-75% воды, и 40-25% воздуха от общей пористости почвы.

Различные растения предъявляют неодинаковые требования к содержанию воды и воздуха в почве (табл.10).

Таблица 10. Оптимальное соотношение воды и воздуха, необходимое для

нормального роста сельскохозяйственных растений.

Культуры	Содержание, % от общей пористости
Воды	воздуха
Пропашные Зерновые Травы	55-65 65-75 70-80	35-45 25-35 20-30

Порядок выполнения работы

Определение соотношения воды и воздуха в почве определяется путем вычисления. Для этого необходимы данные по влажности (работа 2), плотности (работа 3) и пористости почвы (работа 5).

Запись и расчеты ведут по форме таблицы 11.

Таблица 11. Соотношение воды и воздуха в почве.

Показатель	Обозначения и формула расчета	Полученный результат
1.Общая скважность почвы	S1 = (1 – dv/d_о)*100, %
2.Объем твердой фазы в почве	S2 = 100 - S1, %
3.Влажность почвы в объемных %	Wоб = Wвес*dv, %
4.Аэрация почвы (содержание воздуха)	A=S1-Wоб, %
5.Содержание воды в почве от общей скважности	W1 = Wоб/S1*100%
6.Содержание воздуха в почве от общей скважности	A₁ = A/S1*100%

Соотношение воды и воздуха в почве в % от общей скважности представить в виде диаграммы:

ВОДА, %

ВОЗДУХ, %

ВЫВОД:___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы:

1. Скважность (пористость)?

2. Оптимальное соотношение воды и воздуха в почве?

3. От чего зависит скважность (пористость)?

РАБОТА 7

Определение общих, недоступных и доступных запасов

Влаги в почве

Агроному часто предпочтительнее знать не относительную влажность почвы, выраженную в % к массе или объему почвы, а абсолютные запасы влаги. Запасами влаги в почве называют абсолютное количество влаги, содержащееся в определенном слое почвы. Запасы влаги в почве выражают в т/га; м³/га или мм водного слоя на 1 га.

Задание 1. Определение общих запасов влаги в почве.

Общий запас (Р_общ) – это абсолютное содержание влаги в почве, включающее доступную и недоступную для растений влагу. Рассчитывается по следующей формуле: Р_общ = Wвес х dv x h, м³/га; т/га; где: Wвес – влажность почвы в % к массе сухой почвы (взять из работы 2).

dv – плотность почвы, г/см³, (взять из работы 3)

h – толщина слоя почвы, см

Запас почвенной влаги в мм водного слоя подсчитывают по формуле:

Задание 2. Состояние воды в почве и степень доступности

их для растений.

Влага в почве имеет различную подвижность и доступность для растений. Исходя из этого, в почве выделяют несколько форм влаги.

1. Химически связанная, кристаллизационная – это вода, входящая в состав молекул минералов и кристаллических веществ (Ca SO₄ 2H₂O), AL(OH)₃и т. д. Из почвы она извлекается только после прокаливания и для растений недоступна.

2. Сорбированная – удерживается на поверхности частиц сорбционными силами. Имеет два вида, гигроскопическую и пленочную. Гигроскопическая влага – парообразная, поглощенная частицами твердой фазы из воздуха. Она покрывает частицы почвы в виде тонкой пленки, слоем в 2–3 молекулы, и прочно удерживается. Растениям недоступна.

Если слой молекул вокруг частиц превысит 2-3 и достигнет несколько десятков молекул, то эта сорбированная влага будет называться пленочной. По сравнению с гигроскопической эта влага более рыхло связана и частично доступна для растений. Движение воды здесь идет от частиц с большей толщиной водной пленки к частицам с меньшей толщиной водной пленки. Механизм передвижения называется пленочным.

3. Капиллярная вода – это свободная почвенная влага, находящаяся в тонких порах (капиллярах) почвы, она удерживается и передвигается под влиянием капиллярных (менисковых) сил, от более влажных участков к менее увлажненным. Эта форма воды доступна растениям и является основным источником снабжения их влагой.

4. Гравитационная вода – свободная почвенная влага, заполняет в почве крупные капилляры и поры, передвигается под влиянием силы тяжести, просачиваясь в водоносные горизонты. Эта форма воды доступна растениям, но в снабжении их водой участия принимает мало из-за быстрого просачивания или перехода в другие формы.

5. Грунтовая вода – влага водоносного слоя почвы, лежащего ниже почвенной толщи, удерживаемая слоем водоупора. Использование этой формы воды растениями возможно, но при ее близком залегании и поднятии до корнеобитаемого слоя.

6. Парообразная вода – влага, содержащаяся в почвенном воздухе в незначительном количестве. Она недоступна для растений, но при переходе в капельно-жидкую может снабжать растения водой.

7. Твердая вода (лед) – переход влаги из жидкого состояния в твердое; происходит у свободных форм влаги при температуре ниже 0⁰С.

Таким образом, из всех перечисленных форм воды недоступными для растений являются химически связанная, кристаллизационная гигроскопическая и частично пленочная.

Недоступная влага может быть определена несколькими методами, один из которых является «метод проростков», разработанный С.И. Долговым (Доспехов Б.А. и др. Практикум по земледелию М., 1977, стр. 65-66). Существуют и косвенные методы определения, например, посредством использования максимальной гигроскопичности почвы (метод Ф. В. Николаева и др.).

Задание 3. Определение недоступной растениям влаги по макси-мальной гигроскопичности ( косвенный метод по А. В. Николаеву).

Как было отмечено в задании 2 из всех форм недоступной воды в почве основной является гигроскопическая. Максимальная гигроскопичность почвы – наибольшее количество парообразной влаги, которое почва может поглотить из воздуха, почти полностью (на 98 %) насыщенного влагой. Этот показатель выражают в % от массы абсолютно сухой почвы. Максимальная гигроскопичность в очень сильной степени зависит от механического состава почвы и чем больше содержится гумуса в почве, тем больше максимальная гигроскопичность (табл. 14).

Таблица 14. Примерная максимальная гигроскопичность почв разного механического состава

почва

Максимальная гигроскопичность, %

1. Пески 2. Легкие суглинки 3. Средние суглинки 4. Тяжелые суглинки 5. Торфяники 6. Луговая солонцовая, Вагайский район 7. Лугово- черноземная выщелоченная, Армизонский район 8. Темно-серая, суглинистая, Исетский район 9. Чернозем оподзоленный, тяжелосуглинистый, Тюменский район

0,01-1,5 3,0-5,0 5,0-6,0 6,0-8,0 18,0 9,3 8,0 7,8 7,8

Порядок выполнения работы:

Определение максимальной гигроскопичности по методу А.В. Николаева.

1. Образец воздушно – сухой почвы просеять через сито в 1 мм; отвесить на аналитических весах 10 – 15 г просеянной почвы поместив её в предварительно взвешенный стеклянный бюкс.

2. Поместить бюкс с воздушно – сухой почвой в эксикатор с крышкой, воздух в котором насыщен водяными парами, благодаря (помещенному на дно эксикатора) насыщенному раствору К₂О₄.

3. Образец почвы находится в эксикаторе до приобретения им постоянной массы, что определяют периодическими взвешиваниями бюкса с почвой на аналитических весах (на каждом последующем занятии).

4. При установлении постоянной массы (два последних взвешивания дают одинаковые отчеты) почву в бюксе высушивают до абсолютно сухого состояния, остужают в эксикаторе с СаСl₂ и вновь взвешивают. Запись и расчеты ведутся по форме таблицы 15.

Устойчивое завядание растений наступает не только при максимальной гигроскопичности, но даже при влажности почвы, превышающей максимальную гигроскопичность в 1,34 – 1,5 раза. Поэтому недоступную растениям почвенную влагу (влажность завядания) рассчитывают из уравнения:

W_вз= W_мг х 1,34, % , где

W_вз – влажность завядания или недоступная растениям влага

в процентах к массе сухой почвы;

W_мг –максимальная гигроскопичность в % к массе сухой почвы

(полученная методом А.В. Николаева).

1,34 – коэффициент, принятый в гидрометслужбе России.

Таблица 15. Максимальная гигроскопичность по методу А.В. Николаева.

Показатель	Обозначение и формула расчета	Полученный результат
1. Масса пустого стаканчика №	А₁ г
2. Масса стаканчика с почвой до насыщения	m₁г
3. Масса стаканчика с почвой в период насыщения а) первое взвешивание б) второе взвешивание в) третье взвешивание	m₂ m_{3 Г} m₄
4. Масса стаканчика а) первое взвешивание б) второе взвешивание	В_{1 Г} В₂
5. Масса сухой почвы	С = (В₂ – А), г
6. Масса гигроскопи-ческой влаги	Д = (m₄ – В₂), г
7. Максимальная гигроскопичность

После определения максимальной гигроскопичности и влажности устойчивого завядания растений рассчитываются общие (Р_общ), недоступные (Р_{недост.}) и доступные (Р_{доступ.}) запасы влаги в почве для растений по форме таблицы 16 и оценку запасов доступной влаги необходимо дать по шкале Шульгина (табл.17).

16. Запасы влаги в почве, мм

Показатели, мм/га	Формула расчета	Полученный результат
1. Запас общей влаги в почве	, мм
2. Запас недоступной влаги	, мм
3. Запас доступной влаги	Р_дост.= Р_общ.– Р_нед.,мм

Оценка: ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Таблица 17. Оценка запасов доступной влаги

Обеспеченность доступной влаги	Содержание воды в почве, мм
В период роста растений в слое 0- 20 см: 1. Хорошая 2. Удовлетворительная 3. Неудовлетворительная При дальнейшем росте растений в слое 0 – 100 см: 1. Очень хорошая 2. Хорошая 3. Удовлетворительная 4. Плохая 5. Очень плохая	>40 20 – 40 <20 >160 160 – 130 130 – 90 90 – 60 <60

Оборудование

1. Сито с отверстием в 1мм.

2. Стеклянные бюксы с крышками.

3. Аналитические весы с разновесами.

4. Эксикатор с насыщенным раствором К₂SO_4.

5. Сушильный шкаф.

6. Эксикатор с СаCl_2.

Контрольные вопросы:

1. Влажность устойчивого завядания?

2. Максимальная гигроскопичность?

3. Метод определения максимальной гигроскопичности?

4. Общие запасы влаги?

5. Недоступные запасы влаги?

6. Доступные запасы влаги?

7. Формы воды в почве?

Заключение

При изучении водно-физических свойств, студенту необходимо выполнять работы на одном типе почвы, который дается преподавателем. После выполнения всех работ студент должен дать полную характеристику (общий вывод) агрофизических свойств данного ему типа, вида или разновидности почвы.

ОБЩИЙ ВЫВОД:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________