4. Методы определения показателей общих физических свойств почвы
К общим физическим свойствам почвы относятся: плотность твёрдой фазы почвы, плотность сложения (плотность почвы) и порозность (пористость, скважность) почвы.
4.1. Определение плотности твёрдой фазы почвы
Под плотностью твёрдой фазы почвы понимают отношение массы твёрдой части почвы (почвы без пор) к единице объёма. Наглядно это можно представить следующим образом. Если взять кусочек сухой почвы и спрессовать его так, чтобы не было пор, то отношение массы взятой почвы к полученному объёму и будет плотностью твёрдой фазы.
Зависит она от гранулометрического и минералогического состава, содержания гумуса и определяется средней плотностью веществ, составляющих данную почву, и их относительным содержанием.
Лёгкие по гранулометрическому составу почвы обычно имеют более высокую плотность твёрдой фазы, по сравнению с тяжёлыми, что определяется различиями в минералогическом составе. В состав минеральной части почвы в качестве основных минералов входят кварц, полевые шпаты, глинные минералы, имеющие плотность 2,4–2,8 г/см3. Реже встречаются железосодержащие минералы с плотностью до 4,0 г/см3 (табл. 13).
Таблица 13
Состав и плотность некоторых минералов
Название минерала |
Состав |
Плотность, г/см3 |
Кварц Ортоклаз Плагиоклазы: – альбит – анортит – микроклин Каолинит Монтмориллонит Мусковит Биотит Лимонит |
SiO2 KAlSi3O8
NaAlSi3O8 CaAl2Si2O8 KAlSi3O8 Al4(OH)8[Si4O10] Al2(OH)2[Si4O10] nH2O KAl2(OH,Fe)2[AlSi3O10] K[Fe,Mg]3(OH,Fe)2[Al,Si3O10] Fe2O3 nH2O |
2,65–2,66 2,50–2,66
2,62–2,65 2,74–2,76 2,54–2,57 2,60–2,63 2,27–2,29 2,76–3,00 2,70–3,10 3,40–4,00 |
Плотность гумуса составляет 1,2–1,4 г/см3, поэтому в почвах малогумусовых и в нижних горизонтах гумусовых почв плотность колеблется в пределах 2,6–2,8 г/см3. Чем богаче почва гумусом, тем меньше плотность твёрдой фазы.
Знание показателя плотности твёрдой фазы необходимо для расчёта порозности почвы, а также при гранулометрическом анализе для расчёта скорости падения частиц в суспензии при определении глубины погружения пипетки для отбора проб.
Плотность твёрдой фазы почвы определяется с помощью пикнометра. Принцип пикнометрического метода заключается в определении объёма воды или инертной жидкости, соответствующего объёму почвы, взятой для анализа (воды, вытесненной определённой массой почвы).
Пикнометр – мерный сосуд, позволяющий учитывать объём жид-кости с большой точностью и представляющий собой специальную мерную колбу, обычно объёмом 100 см3.
При определении плотности твёрдой фазы незасолённых почв используют дистиллированную воду без воздуха, засолённых, содержащих легкорастворимые соли свыше 0,5% – неполярные жидкости (бензол, толуол, бензин, керосин).
Плотность твёрдой фазы почвы определяют в каждом генетическом горизонте не менее чем с 2-х кратной повторностью.
Перед началом работ пикнометры пронумеровывают, номера записывают в тетрадь. Затем заполняют пикнометры свежей прокипяченной и охлаждённой до комнатной температуры дистиллированной водой до метки, вытирают их досуха полотенцем и через 10–15 мин взвешивают на аналитических весах. После взвешивания воду выливают и пикнометры высушивают.
Далее приступают к работе с почвой. Воздушно–сухую почву, оставшуюся после определения плотности сложения, растирают в фарфоровой ступке и просеивают через сито с диаметром отверстий 1 мм. Затем на аналитических весах отбирают 2–3 навески почвы из каждого почвенного горизонта, массой 15–20 г. Навески помещают в заранее взвешенные алюминиевые бюксы для определения гигроскопической влаги, которая определяется по методике, описанной выше на стр. 17. Гигроскопическая влага необходима при дальнейших пересчётах на абсолютно сухую почву.
Параллельно с отбором проб на гигроскопическую влагу из тех же образцов, на отдельные листочки кальки, на аналитических весах, с точностью до третьего знака после запятой, отбирают по 2–3 навески почвы из каждого горизонта, массой 10–15 г. Используя коэффициент гигроскопичности, массу почвы навесок пересчитывают на абсолютно сухую почву по формуле:
Навески почвы без потерь при помощи воронки переносят в сухие пикнометры для определения плотности твёрдой фазы. Пикнометры с почвой заливают дистиллированной водой примерно до половины их объёма и кипятят на электрической плитке, покрытой асбестом, в течение 1 часа для удаления из почвы воздуха, не допуская бурного кипения.
После кипячения пикнометры с водой и почвой охлаждают на воздухе до комнатной температуры, затем во все пикнометры приливают прокипячённую (освобождённую от СО2) и охлаждённую до комнатной температуры (18–20ºС) дистиллированную воду до метки. Пикнометры вытирают сухим полотенцем и через 10–15 мин. взвешивают на аналитических весах. При взвешивании во избежание нагревания пикнометра от рук аналитика при всех операциях его следует брать двумя пальцами за горлышко выше уровня воды.
По результатам взвешивания рассчитывают плотность твёрдой фазы по формуле:
d =
,
где d – плотность твёрдой фазы, г/см3; m – масса абсолютно сухой почвы, г.;
pо – масса пикнометра с прокипяченной водой, г; pв.п. – масса пикнометра с водой и почвой.
Массу абсолютно сухой почвы (m) расчитывют, используя данные определения гигроскопической влаги по формуле:
m
=
·100,
где М – масса воздушно сухой пробы, г; WН2О – гигроскопическая влажность, %.
Данные определения твёрдой фазы почвы заносят в таблицу по форме (табл. 14)
Таблица 14