Лабораторна робота № 12

Тема: визначення гігроскопічної вологи.

Мета: навчитись визначати гігроскопічну вологу.

Обладнання: бюкс, ексикатор, термостат, терези, наважки, середній зразок розтертого ґрунту.

Вода в ґрунті знаходиться в різноманітних формах, і різні автори дають різну класифікацію форм ґрунтової вологи. З агрономічної точки зору, ґрунтову вологу насамперед необхідно розділити на воду, доступну рослинам, і воду недоступну для них.

Доступна рослинам вода знаходиться в ґрунті у вільному стані й утримується в ґрунтових порах. Вода, що є у великих некапілярних порах, рухається по ґрунту під дією сили гравітації зверху вниз (гравітаційна вода). Вона відносно швидко стікає в нижні горизонти і не утворює постійного запасу вологи в ґрунті. Вода, що знаходиться в тонких капілярних порах (капілярна вода), рухається в ґрунті під дією капілярних (меніскових) сил у будь-якому напрямку і затримується в ньому достатньо довго. Рослини одержують вологу в основному за рахунок капілярної води.

Недоступна рослинам вода знаходиться в ґрунті в різноманітних формах. Однієї з них є гігроскопічна вода. Це молекулярна вода, сорбована поверхнею ґрунтових частинок, затримана на них силами молекулярної взаємодії.

Вологість ґрунту, при якому в ній утримується тільки недоступна рослинам вода (гігроскопічна і плівкова), називається вологістю в'янення (ВВ). ВВ чисельно приблизно дорівнює подвоєному розміру гігроскопічної води. При утриманні в ґрунті такої й меншої кількості води осмотичний тиск ґрунтового розчину буде більшим, ніж осмотичний тиск клітинного соку рослин, і рослина загине.

При вивченні водяних особливостей ґрунту важливо знати її гігроскопічність, щоб правильно оцінити запаси продуктивної (доступної рослинам) вологи в ґрунті. Знаючи вміст у ґрунті гігроскопічної води, можна розрахувати ВВ. Відраховуючи запас недоступної води (ВВ) із загальної її кількості, одержують вміст в ґрунті доступної рослинам вологи.

При вивченні вологості ґрунту варто мати на увазі, що вміст в ньому води, доступної рослинам, протягом вегетаційного періоду значно коливається. Вміст же гігроскопічної вологи значних коливань не має (для даного горизонту даного ґрунту), і тому її визначення достатньо зробити один раз.

Визначення вмісту в ґрунті гігроскопічної вологи проводиться у повітрянно-сухому ґрунті, тобто в такому, що не містить інших форм води, крім гігроскопічної (у повітрянно-сухому ґрунті, крім гігроскопічної, утримується хімічно пов'язана вода, але особливого практичного значення вона не має, і тому її можна не враховувати).

Хід роботи

1. З просіяного ґрунту в попередньо прожарений і зважений бюкс узяти наважку, рівну приблизно 5-6 г.

2. Помістити бюкс з ґрунтом у сушильну шафу і тримати його в ньому при температурі +150°С протягом 45 хв.

3. Остудити бюкс із ґрунтом в ексикаторі та зважити.

4. Розрахувати вміст в ґрунті гігроскопічної вологи за формулою:

W =(А – Б)/Б х 100%

де, А – маса повітрянно-сухої наважки (зразка до висушування);

Б – маса зразка після висушування;

W – вміст в ґрунті гігроскопічної води у відсотках.

Грунт, висушений при +150°С і більше, зветься абсолютно сухим. Варто звернути увагу на те, що розрахунок вмісту гігроскопічної вологи в ґрунті проводиться на 100 г абсолютно сухого ґрунту як на величину постійну. Це пояснюється тим, що при такому методі розрахунку врахування вмісту гігроскопічної вологи в ґрунті при інших визначеннях значно спрощується.

Результати занести в таблицю.

Визначення гігроскопічної вологи

Маса бюксу	Маса ґрунту до		Маса ґрунту після	Втрати в масі ( г)	Вміст в ґрунті
(г)	висушування (г)		висушування (г)		гігроскопічної води (%)

5. Співставити отримані результати з механічним складом ґрунту і зробити висновок про відповідність даних теоретичним припущенням, про можливий розмір ВВ для даного ґрунту. Пояснити значення показника ВВ.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 13

Тема: визначення повної вологоємкості ґрунту.

Мета: навчитись визначати повну вологоємність ґрунту.

Обладнання: фарфорова ступка з пестиком, технічні терези з гирьками, металевий штатив із затискачем, скляна трубка діаметром 2-3 см, довжиною 20 см, високий технічний стакан, марля, термостат, фарфорова чашка.

Повною або найбільшою вологоємністю називають найбільшу кількість води, яку може утримати ґрунт. В цьому випадку всі пори будуть заповнені водою і повітря повністю витеснено з ґрунту. Такий стан наступає при тривалому надходженні в ґрунт надлишкової кількості води, наприклад під час повені або в період тривалих дощів.

Теоретично повна вологоємність повинна дорівнювати сумарному об'єму пор ґрунту. Тому повну вологоємкість можна визначити за величиною порозності. Але в дійсності при повному насиченні ґрунту водою в результаті розчину деяких сполук, набухання ґрунту та інших явищ величина повної вологоємності відрізняється від об'єму пор повітряно-сухого ґрунту.

Уявлення про повну вологоємність можна отримати, насичуючи водою зразок ґрунту з порушеною структурою.

Хід роботи

1. Скляну трубку діаметром 2-3 см, довжиною близько 15 см з одного кінця обв'язують марлевою серветкою, під яку підкладають паперовий фільтр, і визначають масу на технічних терезах.

2. Трубку заповнюють злегка здрібненим ґрунтовим матеріалом до відмітки 10-12 см для ущільнення матеріалу нижнім кінцем трубки обережно постукують по листовій резині.

3. Для визначення гігроскопічної вологи в фарфорову чашку беруть наважку грунту в 5 г.

4. Визначають масу трубки з ґрунтом на технічних терезах. Різниця другого і першого визначення складає масу ґрунту.

5. Трубку повільно занурюють в посудину з водою таким чином, щоб рівень води був на 1 см вище відмітки на трубці, і залишають її у такому стані на 15 хв.

6. Через вказаний час трубку з ґрунтом витягають із води і у вертикальному стані закріплюють в штативі на 1 хв, щоб дати можливість стекти надлишку води.

7. Потім трубку знімають зі штатива, протирають із зовні фільтрувальним папером для видалення води, що залишилась і визначають масу на технічних терезах.

8. Розрахунок води, що утримує ґрунт після насичення, проводять за формулою :

А=(Р₃-Р₂) / Р₂-Р₁) х 100%,

де А - кількість води, що утримує ґрунт після насичення,

Р₁ - маса трубки,

Р₂ - маса трубки з ґрунтом,

Р₃ - маса трубки з ґрунтом після насичення її водою,

Р₂ – Р₁ - маса грунту,

Р₃ – Р₂ - маса води, що утримується ґрунтом після його насичення.

9. Далі визначають гігроскопічну вологу.

10. Повну вологоємкість (W_max) визначають сумуванням відсоткового вмісту гігроскопічної води (W) і води, що утримується ґрунтом після насичення (А):

W_max = W + А.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 14

Тема: визначення висоти капілярного підняття води у ґрунті в скланій трубці.

Мета: навчитись визначати висоту капілярного підняття води у ґрунті в скланій трубці.

Обладнання: фарфорова ступка з пестиком, залізний штатив з затискачем, скляна трубка діаметром 2-3 см, хімічний стакан, лінійка для вимірювання водопідйому.

Висота капілярного підняття рідини залежить головним чином від діаметру капіляра і від властивостей рідини. Для випадку, коли капіляри мають циліндричну будову, а рідина представлена водою, висота капілярного підняття обернено пропорційна діаметру капілярів.

Висота і швидкість капілярного підняття води в ґрунті залежать від ряду факторів, серед яких одним з найважливіших є гранулометричний склад. Дрібнозерниста структура ґрунту обумовлює малі розміри пор, навпаки, крупнозернисті ґрунти мають більш крупні пори. Швидкість підняття, навпаки, збільшується із збільшенням пор.

Уявлення про процес капілярного підняття води в ґрунті можна отримати за допомогою спостережень за капілярним підняттям води в скляній трубці, заповненій матеріалом різних ґрунтів.

Хід роботи

1. Матеріал, що досліджується, знаходиться в повітряно-сухому стані. Його ретельно розтирають в фарфоровій ступці й насипають в скляну трубку діаметром 2 – 3 см, висотою 50 см. Нижній кінець трубки попередньо обв'язують марлею, що не дає ґрунту висипатися. Для ущільнення ґрунтової маси при заповненні трубки нею періодично постукують об листову резину.

2. Трубку з ґрунтом закріплюють на штативі таким чином, щоб нижній кінець її був опущений в банку з водою на 1 см нижче рівня води. Початковий рівень води необхідно підтримувати на протягом усього досліду.

Потрібно замітити час занурення трубки у воду і вести спостереження за висотою підняття води по забарвленню ґрунтової маси, що темніє в результаті зволоження. Висоту підняття води заміряють лінійкою від поверхні води до верхнього рівня капілярного підняття. У разі нерівної поверхні змоченої маси береться середнє значення із максимального і мінімального відліку. Положення рівня води записують за нижченаведеною схемою через вказані інтервали часу.

Результати визначення водопідйомної здатності грунту.

№ п/п	Час від початку капілярного підйому води	Висота підняття води, (мм).
1	5 хв
2	10 хв
3	20 хв
4	30хв
5	40 хв
6	50 хв
7	1 год
8	2 год
9	24 год
10	48 год.

3. За даними спостережень будують графік. По вертикальній осі графіка відкладають в масштабі висоту капілярного підняття води в міліметрах, а по горизонтальній відповідні проміжки часу. Вісь часу для зручності зображення великих проміжків розбивають на логарифмічну шкалу. Конфігурація кривої водопідйому залежить від гранулометричного складу ґрунту.

ПОГЛИНАЛЬНА ЗДАТНІСТЬ ҐРУНТУ

Крупні і тонкодісперсні мінеральні частки, залишки тваринних і рослинних організмів, а також специфічні ґрунтові, органічні сполучення утворюють складну структуру з великою кількістю пустот і пор різної конфігурації. Пориста ґрунтова маса, проникна для води і повітря, є своєрідним природнім фільтром. Властивість ґрунту затримувати, поглинати тверді, рідкі і газоподібні речовини, що знаходяться в доторканні з твердою фазою ґрунту, називається її поглинальною здатністю.

Ця здатність ґрунту визначається різними причинами. Створювач вчення про поглинальну здатність ґрунту академік К. К. Гедройц розрізняв декілька її типів.

Механічна поглинальна здатність. При фільтрації води через ґрунт у ґрунтових порах і капілярах затримуються відносно крупні частки, суспендовані в поверхневих водах: дрібні частинки глини і піску, дрібний органічний детритус тощо. Механічна поглинальна здатність ґрунту і обумовлює чистоту ключових ґрунтових вод, що утворяться з поверхневих вод, каламутних від великої кількості механічних домішок. Явище механічної поглинальної здатності використовується при улаштуванні штучних фільтрів для очищення води.

Молекулярно - собрційна (фізична) поглинальна здатність обумовлюється тяжінням окремих молекул до поверхні твердих ґрунтових часток в результаті прояви так званої поверхневої енергії. Інтенсивність прояву поверхневої енергії залежить від розміру поверхні ґрунтових часток і, отже, зобов'язана присутності в ґрунті тонкодисперсних часток. Ці частки можуть притягувати молекули сполук газів (наприклад, молекули водяного пару з повітря), молекули рідких сполук. Зокрема, наявність плівкової вологи навколо ґрунтових часток обумовлена поверхневими силами. Нарешті, в результаті поверхневої енергії ґрунтовими частками поглинаються не дисоційовані на іони молекули сполуки, що знаходяться у виді молекулярного розчину. Наприклад, при проходженні через ґрунт гнойової рідини з неї поглинаються молекули органічних сполук внаслідок їхнього притягування до поверхні тонкодисперсних часток. В результаті цього ж явища відбувається знебарвлення неконцентрованих водяних розчинів анілінових фарб при проходженні їх через ґрунт.

Варто підкреслити, що сорбовані молекули не входять до складу твердих часток, а лише концентруються на поверхні.

Іоно - сорбційна (фізико - хімічна), або обмінна, поглинальна здатність, що за словами К.К. Гейдройца, це «поглинальна здатність в тісному розумінні цього слова». Вона полягає в обміні сорбованих іонів тонкодисперсної частини ґрунту на іони ґрунтового розчину. Між ґрунтовою високодисперсною масою (ґрунтовим поглинальним комплексом) і ґрунтовим розчином існує рухлива рівновага. Зміна в складі ґрунтового розчину викликає відповідні зміни в складі поглинених іонів. Особливо важливе значення в іонному ґрунтовому обміні мають катіони. Поглинання аніонів менш вивчено.

Різні типи грунтів різняться розміром ємкості поглинання і мають визначений склад поглинених катіонів.

Ґрунти, поглинальний комплекс яких поданий катіонами металів (переважно катіонами лугів і лужних земель), називають насиченими. До них відносять чорноземи, каштанові ґрунти, сіроземи і ряд інших ґрунтів, переважно арідних ландшафтів. Ґрунти, що містять у складі поглинального комплексу іон водню, називаються ненасиченими. Сюди відносять підзолисті ґрунти, червоноземи тощо, переважно гумідних ландшафтів.

Розмір ємкості поглинання ґрунтів визначається мінеральним складом високодисперсної частини порід, на яких сформовані ці ґрунти, і складом в них гумусу. Як правило, глинисті важкі ґрунти мають більшу ємкість поглинання, ніж піщані.

Склад поглинених катіонів впливає на ряд важливих властивостей грунту. Зокрема, здатність до розпадання ґрунтових агрегатів на механічні частки, максимальна гігроскопічність, висота підняття води, пластичність, електропровідність і ряд інших якостей ґрунтів є найбільшими у випадку переважання в поглиненому комплексі натрію. Ступінь вираження цих властивостей зменшується при переважанні в поглинальному комплексі калію, магнію, кальцію. Швидкість всмоктування води, міцністю структури ґрунтів і деякі інші показники будуть послідовно зменшуватися при переваженні кальцію, магнію, калію і натрію.

Хімічна поглинальна здатність – утворення важкорозчинних хімічних сполук в результаті обмінних реакцій в ґрунтовому розчині. Наприклад, виникнення новоутворень гіпсу в ґрунті протікає таким чином:

СаС1₂ + Nа₂SO₄ = 2NaС1 + СаSO₄

Біологічна поглинальна здатність ґрунту обумовлена присутністю в ній тварин і рослинних організмів. В процесі свого життєвого циклу рослини і тварини накопичують деякі хімічні елементи, необхідні для нормальної життєдіяльності організму. Після відмирання останніх накопичені елементи частково затримуються в ґрунті. Таким чином, ґрунт поступово збагачується певними елементами, наприклад вуглецем, азотом, фосфором та ін., а також деякими мікроелементами.

Методи визначення хімічного і біологічного поглинання ґрунту поки що не розроблені. Кількісний аналіз іоно-сорбційної (обмінної) поглинальної здатність широко застосовуються при аналізі ґрунту у вигляді визначення обмінних катіонів і ємкості поглинання.

Роль поглинених ґрунтом катіонів дуже велика. По-перше, ці катіони є безпосереднім джерелом живлення рослин. Вони надовго поглинаються ґрунтом, не вимиваються з нього, поступово надходячі в ґрунтовий розчин, поповнюють його необхідними для рослин елементами. По-друге, характер поглинених катіонів у значній мірі впливає на фізичні властивості ґрунту, і зокрема, на його структурний стан. По-третє, з поглиненими катіонами пов'язана реакція ґрунту. Нарешті, процеси поглинання ґрунтом катіонів грають дуже велику роль при внесенні в нього добрив. Тому вивчення поглинальної здатності ґрунту, і, насамперед фізико-хімічної (обмінної) поглинальній здатності винятково велике.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 15

Тема: визначення механічної поглинальної здатності.

Мета: навчитись визначати механічну поглинальну здатность.

Обладнання: металеві штативи із затискачами (2), скляні лійки діаметром 8 см (2), фарфорова ступка з пестиком, технічні терези з гирьками, конічні колби ємністю 100 см³ (2), глиниста суспензія.

Хід роботи

1. На металевих штативах закріплюють дві скляні лійки діаметром близько 8 см.

2. У фарфоровій ступці розтирають суглинистий ґрунт, від якого на технічних вагах беруть наважку в 30 г, її поміщають в лійку.

3. В другу лійку кладуть таку ж наважку сильно піщаного ґрунту або піску. Для запобігання висипання матеріалу в обидві лійки попередньо поміщають гравій, що закриває більшу частину вихідного отвору лійки.

4. Через суглинисту і піщану масу фільтрують раніше приготовлену глинисту суспензію. Фільтрат, отриманий після проходження через першу і другу лійки, буде мати різну прозорість в залежності від того, який ґрунт краще затримує (поглинає) частки глинистої суспензії.

5. Результати досліду слід записати і зробити висновки. Оскільки пісок має значно більші пори в порівнянні з суглинком, то природно, що фільтрат після проходження через пісок буде більш мутним, ніж після проходження через суглинок.

"Поглинання" глинистих часток здійснюється в результаті чисто механічного явища застрягання цих часток в тонких порах ґрунту.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 16

Тема: визначення молекулярно-сорбційної (фізичної) поглинальної здатності ґрунтів.

Мета: навчитись визначати молекулярно-сорбційну (фізичну) поглинальну здатность ґрунтів.

Обладнання: металеві штативи із затискачами (2), скляні лійки діаметром 8 см (2), фарфорова ступка з пестиком, технічні терези з гирьками, конічні колби ємністю 100 см (2), хімічні чорнила.

Хід роботи

1. В скляні лійки, укріплені в металевих штативах, поміщають наважку в 25 г піску і суглинку.

2. Через приготовлені зразки фільтрують будь який добре забарвлений молекулярний розчин. Найбільш зручний для досліду рідкий розчин анілінових фіолетових чорнил.

3. В залежності від величини так званої поверхневої енергії, обумовленої в основному ступенем дисперсності кожного зразку, відбувається поглинання молекул. Інтенсивність виявляється в знебарвленні фільтрату.

4. Колір фільтрату кожного зразка записують і роблять висновок, в якому зразку більш енергійно виявляється сорбція (поглинання) молекул. Суглинок завдяки значному вмісту високодисперсних часток (менше 0,001 мм) має значно більшу сорбційну здатність, ніж пісок. Тому фільтрат, що пройшов через суглинок буде майже (або повністю) безколірним, а фільтрат, що пройшов через пісок, більш або менш яскраво зафарбованим.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 17

Тема: визначення іонно-сорбційної (обмінної) поглинальної здатності ґрунтів.

Мета: навчитись визначати іонно-сорбційноу (обмінну) поглинальну здатность ґрунтів.

Обладнання: металеві штативи із затискачами (2), скляні лійки діаметром 8 см (2) і 5 см (2), фарфорова ступка з пестиком, технічні терези з гирьками, конічні колби ємністю 100 см³ (2), пробірки (6) в дерев'яному штативі, 5% розчин хлористого калію КС1, 4% розчин щавлевокислого амонію (NH₄)₂C₂O₄

Хід роботи

1. Заздалегідь заготовляють фракцію агрегатів крупніше 3 мм гумусового горизонту чорнозему або дерново - карбонатного ґрунту. На технічних терезах беруть наважку в 10г і поміщають в скляну лійку. В другу лійку насипають 20 г піску. Лійки закріплюють в металевих штативах.

2. Вихідні розчини - дистильовану воду і 5% розчин хлористого калію – перевіряють на вміст кальцію. З цією метою дистильовану воду і хлористий калій в кількості 5-6см³ наливають в пробірки і туди додають близько 1 см³ 4% розчину оксалату (щавлевокислого) амонію. Поява білої муті вказує на домішку кальцію. В дистильованій воді кальцій відсутній. В розчині хлористого калію інколи виявляють дуже слабке помутніння, що свідчить про вміст кальцію в кількості, меншій 0,01%.

3. Через зразки в лійках фільтрують дистильовану воду в конічні колби. Рідина, що пройшла через зразки, звичайно містить більшу або меншу кількість механічної домішки. Тому фільтрат з під кожного зразка знову фільтрують через лійку з паперовим фільтром в пробірку в кількості 5-6 см³.

4. В обох фільтратах визначають вміст кальцію реакцією з оксалатом амонію. Як правило, констатується відсутність кальцію або виявляється слабке помутніння, що вказує на присутність водорозчинних форм кальцію в кількості 0,01 - 0,001 %.

5. Ці ж зразки промивають 5% розчином хлористого калію. Фільтрат від кожного зразку фільтрують в пробірку, де визначають вміст кальцію.

6. Отриманні результати записують. В фільтраті із-під піску кальцій відсутній або виявляється у вигляді слабкої муті. В фільтраті із-під маси гумусового горизонту чорнозему випадає великий осад білого кольору.

Отриманий результат можна зобразити схемою:

Н₂О 5% розчин КСl

Пісок Матеріал гумусового Пісок Матеріал гумусового

горизонту чорнозему горизонту чорнозему

Нема осаду Нема осаду Нема осаду Великий осад

оксалату кальцію

Поява в фільтраті хлористого калію великої кількості кальцію, якого не було в початкових розчинах і який не виявлений в водній витяжці із обох зразків, пояснюється витисканням поглиненого кальцію калієм. Іони калію витиснули іони кальцію, що знаходились в сорбованому стані на поверхні тонкодисперсних часток гумусу чорнозему.