Лабораторна робота № 15 Визначення водно-фізичних властивостей ґрунтів
Мета роботи – навчити студентів методиці розрахунків деяких фізичних властивостей ґрунтів за допомогою формул, використовуючи вхідні параметри ряду вихідних показників.
ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА
Фізичні властивості ґрунтів та фізичні процеси, які в ньому протікають, є дуже важливими факторами формування родючості ґрунтів.
Агрофізична оцінка ґрунтів є однією з основних складових частин теоретичного обґрунтування агротехнічних засобів землеробства та сільськогосподарської меліорації ґрунтів з метою поліпшення фізичних властивостей ґрунтів, доведення їх до потреб с/г культур.
Ѓрунт складається з трьох частин (фаз): твердої, рідкої та газоподібної. Тверді частки різних розмірів та форм утворюють “скелет” ґрунту. Між ними знаходяться пори. Вони також відрізняються за формою та розміром. У сухому ґрунті пори заповнені повітрям. Можливі такі випадки, коли всі пори заповнені водою.
Для с/г культур має велике значення , який об’єм займає кожна з цих фаз ґрунту в період росту та розвитку рослини. Долю кожної з фаз (твердої, рідкої та газоподібної) ґрунту можна визначити (розрахувати), уявивши собі, що вони знаходяться в резервуарі та займають певний об’єм (рис.1.2).
Якщо уявити, що всі тверді частинки стиснуті у шар товщиною с з площею грані А, то розчин ґрунту в цьому резервуарі буде займати шар товщиною в , а повітря ґрунту – відповідно шар а.
Визначимо показники вологості, пористості та щільності ґрунту, виходячи з рисунку.
У зразку ґрунту, в якому міститься вода, можна визначити масу її шляхом висушування при температурі 1050С на протязі 6 годин. Кількість води у ґрунті буде складати різницю між масою зразка ґрунту до висушування та після.
Завдання 1 – Визначити КЗВ у метровому шарі дерново-середньопідзолистого супіщаного та світло-сірого опідзоленого середньосуглинкового ґрунту
Шар, см |
Ѓрунт |
||||||||||||
Дерново-середньопідзолистий супіщаний на водно-льодовикових пісках |
Світло-сірий опідзолений середньосуглинковий на лесі |
||||||||||||
гумус, % |
Σфракцій, < 0,01 мм |
Щіль-ність ґрунту, г/см3 |
Найменша вологоємність, % |
ВВ, % |
КЗВ, мм |
гумус, % |
Σ фракцій, < 0,01 мм |
Щіль-ність ґрунту, г/см3 |
Найменша вологоємність, % |
ВВ,% |
КЗВ, мм |
||
0-10 |
0.87 |
14.86 |
1.48 |
14.30 |
2.00 |
|
4.19 |
23.40 |
1.35 |
20.20 |
5.50 |
|
|
10 –20 |
0.42 |
14.12 |
1.53 |
13.42 |
1.98 |
|
2.32 |
22.54 |
1.42 |
19.63 |
5.65 |
|
|
20 –30 |
0.10 |
13.26 |
1.61 |
12.50 |
1.90 |
|
0.94 |
21.50 |
1.47 |
18.90 |
5.80 |
|
|
30–40 |
0.18 |
15.31 |
1.63 |
12.68 |
2.34 |
|
0.85 |
25.47 |
1.45 |
19.21 |
9.13 |
|
|
40–50 |
0.23 |
17.26 |
1.65 |
12.90 |
2.60 |
|
0.71 |
29.60 |
1.43 |
19.50 |
11.40 |
|
|
50–60 |
0.15 |
17.01 |
1.65 |
12.70 |
2.64 |
|
0.52 |
31.20 |
1.44 |
19.56 |
12.11 |
|
|
60–70 |
0.09 |
16.73 |
1.66 |
12.50 |
2.82 |
|
0.43 |
32.83 |
1.46 |
19.83 |
12.89 |
|
|
70–80 |
0.07 |
16.52 |
1.67 |
12.01 |
2.83 |
|
0.38 |
33.97 |
1.47 |
20.01 |
13.12 |
|
|
80–90 |
0.05 |
16.38 |
1.68 |
11.63 |
2.989 |
|
0.32 |
34.50 |
1.48 |
20.20 |
13.60 |
|
|
90–100 |
0.04 |
16.11 |
1.68 |
11.0 |
3.30 |
|
0.33 |
35.84 |
1.51 |
20.23 |
13.60 |
|
|
Σ0–100 |
– |
– |
– |
– |
– |
|
– |
– |
– |
– |
– |
|
|
Завдання 2 – Визначити КЗВ у метровому шарі дерново-середньопідзолистого легкосуглинкового ґрунту та чорнозему звичайного середньосуглинкового
Шар, см
|
Ѓрунт |
|||||||||||
Дерново-середньопідзолистий легкосуглинкового на водно-льодовикових суглинках |
Чорнозем звичайний середньосуглинковий на лесі |
|||||||||||
гумус, % |
Σфракцій, < 0,01 мм |
Щіль-ність ґрунту, г/см3 |
Найменша вологоємність, % |
ВВ, % |
КЗВ, мм |
гумус, % |
Σ фракцій, < 0,01 мм |
Щіль-ність ґрунту, г/см3 |
Найменша вологоємність, % |
ВВ,% |
КЗВ, мм |
|
0-10 |
1.17 |
20.82 |
1.34 |
19.70 |
4.00 |
|
6.10 |
33.84 |
1.10 |
32.10 |
12.06 |
|
10 –20 |
0.89 |
19.26 |
1.38 |
19.00 |
3.96 |
|
6.00 |
33.84 |
1.10 |
32.00 |
12.06 |
|
20 –30 |
0.52 |
19.01 |
1.41 |
18.65 |
3.91 |
|
5.83 |
33.87 |
1.15 |
31.61 |
12.00 |
|
30–40 |
0.35 |
18.21 |
1.45 |
17.80 |
4.00 |
|
5.65 |
33.90 |
1.20 |
31.15 |
12.00 |
|
40–50 |
0.30 |
20.71 |
1.53 |
16.90 |
4.80 |
|
5.09 |
32.96 |
1.23 |
30.43 |
11.90 |
|
50–60 |
0.30 |
21.13 |
1.53 |
16.90 |
4.81 |
|
4.07 |
32.55 |
1.25 |
29.00 |
11.84 |
|
60–70 |
0.27 |
21.71 |
1.56 |
16.79 |
4.86 |
|
4.04 |
31.31 |
1.27 |
28.70 |
12.20 |
|
70–80 |
0.26 |
22.35 |
1.55 |
16.82 |
4.80 |
|
2.52 |
33.51 |
1.27 |
27.90 |
12.06 |
|
80–90 |
0.26 |
23.00 |
1.57 |
16.84 |
4.80 |
|
2.30 |
33.11 |
1.28 |
27.00 |
11.72 |
|
90–100 |
0.26 |
23.59 |
1.58 |
16.80 |
4.80 |
|
1.27 |
34.15 |
1.31 |
24.40 |
11.96 |
|
Σ0–100 |
– |
– |
– |
– |
– |
|
– |
– |
– |
– |
– |
|
Завдання 3 – Визначити КЗВ у метровому шарі сірого опідзоленого важкосуглинкового ґрунту та чорнозему
типового важкосуглинкового
Шар, см
|
Ѓрунт |
|||||||||||
Сірий опідзолений важкосуглинковий на лесі |
Чорнозем типовий важкосуглинковий на лесі |
|||||||||||
гумус, % |
Σфракцій, < 0,01 мм |
Щіль-ність ґрунту, г/см3 |
Найменша вологоємність, % |
ВВ, % |
КЗВ, мм |
гумус, % |
Σ фракцій, < 0,01 мм |
Щіль-ність ґрунту, г/см3 |
Найменша вологоємність, % |
ВВ,% |
КЗВ, мм |
|
0-10 |
5.32 |
32.10 |
1.25 |
26.30 |
6.00 |
|
6.82 |
52.63 |
1.10 |
39.00 |
17.00 |
|
10 –20 |
2.03 |
32.85 |
1.37 |
24.00 |
6.10 |
|
5.61 |
52.52 |
1.13 |
39.00 |
16.90 |
|
20 –30 |
1.21 |
35.15 |
1.42 |
23.60 |
7.21 |
|
5.12 |
52.85 |
1.15 |
36.80 |
17.23 |
|
30–40 |
0.69 |
37.08 |
1.46 |
23.30 |
8.80 |
|
4.67 |
53.08 |
1.18 |
32.60 |
18.60 |
|
40–50 |
0.68 |
42.62 |
1.45 |
23.63 |
9.23 |
|
4.02 |
50.98 |
1.28 |
31.70 |
19.10 |
|
50–60 |
0.56 |
47.28 |
1.47 |
24.00 |
10.48 |
|
3.81 |
50.71 |
1.32 |
30.30 |
18.70 |
|
60–70 |
0.49 |
51.55 |
1.46 |
24.10 |
11.70 |
|
3.48 |
50.69 |
1.44 |
29.20 |
18.20 |
|
70–80 |
0.48 |
51.56 |
1.50 |
24.25 |
11.81 |
|
3.01 |
50.43 |
1.45 |
28.20 |
18.00 |
|
80–90 |
0.47 |
49.99 |
1.49 |
24.51 |
11.73 |
|
2.29 |
50.12 |
1.46 |
27.20 |
17.90 |
|
90–100 |
0.39 |
47.82 |
1.46 |
24.50 |
11.80 |
|
2.14 |
49.84 |
1.50 |
24.10 |
16.70 |
|
Σ0–100 |
– |
– |
– |
– |
– |
|
– |
– |
– |
– |
– |
|
Завдання 4 – Визначити КЗВ у метровому шарі темно-сірого опідзоленого важкосуглинкового ґрунту та чорнозему південного важкосуглинкового
Шар, см
|
Грунт |
|||||||||||
Темно-сірий опідзолений важкосуглинковий на лесі |
Чорнозем південний важкосуглинковий на лесі |
|||||||||||
гумус, % |
Σфракцій, < 0,01 мм |
Щіль-ність ґрунту, г/см3 |
Найменша вологоємність, % |
ВЗ,% |
КЗВ, мм |
гумус, % |
Σ фракцій, < 0,01 мм |
Щіль-ність ґрунту, г/см3 |
Найменша вологоємність, % |
ВЗ,% |
КЗВ, мм |
|
0-10 |
7.29 |
53.04 |
1.07 |
28.83 |
13.27 |
|
3.10 |
59.99 |
1.00 |
31.90 |
11.00 |
|
10 –20 |
2.30 |
5186 |
1.23 |
25.53 |
11.67 |
|
2.93 |
59.83 |
1.17 |
28.48 |
11.06 |
|
20 –30 |
2.12 |
52.73 |
1.27 |
25.01 |
11.90 |
|
2.60 |
59.27 |
1.26 |
27.90 |
11.12 |
|
30–40 |
2.00 |
54.22 |
1.31 |
24.70 |
12.21 |
|
2.01 |
61.21 |
1.30 |
25.82 |
12.03 |
|
40–50 |
1.90 |
56.32 |
1.35 |
23.49 |
13.04 |
|
1.50 |
62.18 |
1.32 |
23.90 |
12.86 |
|
50–60 |
1.08 |
59.89 |
1.37 |
23.51 |
13.11 |
|
0.90 |
56.94 |
1.42 |
23.30 |
12.32 |
|
60–70 |
0.90 |
61.32 |
1.42 |
22.47 |
12.58 |
|
0.73 |
58.38 |
1.48 |
22.14 |
11.77 |
|
70–80 |
0.65 |
62.74 |
1.47 |
23.32 |
12.99 |
|
0.60 |
59.87 |
1.51 |
20.60 |
10.90 |
|
80–90 |
0.62 |
62.78 |
1.51 |
21.21 |
13.52 |
|
0.56 |
60.93 |
1.51 |
21.43 |
11.00 |
|
90–100 |
0.60 |
62.66 |
1.56 |
20.95 |
13.75 |
|
0.50 |
61.09 |
1.52 |
21.90 |
11.52 |
|
Σ0–100 |
– |
– |
– |
– |
– |
|
– |
– |
– |
– |
– |
|
Завдання 5 – Визначити КЗВ у метровому шарі чорнозему опідзоленого середньосуглинкового ґрунту та
темно-каштанового солонцюватого легкосуглинкового ґрунту
Шар, см
|
Грунт |
||||||||||||
Чорнозем опідзолений середньосуглинковий на лесі |
Темно-каштановий солонцюватий легкосуглинковий на лесі |
||||||||||||
гумус, % |
Σфракцій, < 0,01 мм |
Щіль-ність ґрунту, г/см3 |
Найменша вологоємність, % |
ВЗ, % |
КЗВ, мм |
гумус, % |
Σ фракцій, < 0,01 мм |
Щіль-ність ґрунту, г/см3 |
Найменша вологоємність, % |
ВЗ,% |
КЗВ, мм |
||
|
|||||||||||||
0-10 |
5.19 |
42.30 |
1.19 |
31.50 |
11.50 |
|
3.40 |
62.90 |
1.17 |
29.50 |
12.86 |
|
|
10 –20 |
4.70 |
42.30 |
1.21 |
30.90 |
11.70 |
|
3.12 |
62.43 |
1.20 |
28.72 |
12.54 |
|
|
20 –30 |
4.01 |
43.21 |
1.24 |
29.21 |
11.72 |
|
2.40 |
62.20 |
1.24 |
27.00 |
13.00 |
|
|
30–40 |
3.33 |
43.03 |
1.26 |
27.30 |
11.80 |
|
1.18 |
63.50 |
1.32 |
25.50 |
13.40 |
|
|
40–50 |
2.28 |
41.82 |
1.29 |
26.43 |
11.83 |
|
1.00 |
62.22 |
1.39 |
23.23 |
13.21 |
|
|
50–60 |
1.67 |
40.45 |
1.35 |
25.70 |
11.70 |
|
0.90 |
61.50 |
1.45 |
21.60 |
13.65 |
|
|
60–70 |
1.23 |
40.31 |
1.36 |
25.25 |
11.74 |
|
0.72 |
61.56 |
1.48 |
21.71 |
13.43 |
|
|
70–80 |
1.00 |
40.12 |
1.36 |
25.20 |
11.54 |
|
0.61 |
63.60 |
1.49 |
21.30 |
12.80 |
|
|
80–90 |
0.96 |
39.87 |
1.37 |
25.00 |
11.60 |
|
0.50 |
61.60 |
1.48 |
21.80 |
12.10 |
|
|
90–100 |
0.93 |
38.80 |
1.39 |
25.40 |
10.00 |
|
0.43 |
59.80 |
1.49 |
21.40 |
11.80 |
|
|
Σ0–100 |
– |
– |
– |
– |
– |
|
– |
– |
– |
– |
– |
|
|
Вологість ґрунту по відношенню до маси ґрунту (відношення маси води до маси сухого ґрунту можна визначити виразом):
,
(1.20)
де PW – щільність води,
РР – щільність твердої фази ґрунту.
Якщо виразити це відношення у відсотках, воно набуде вигляду:
(1.21)
Знаючи
об’єм води та загальний об’єм ґрунту,
можна визначити об’ємну вологість
ґрунту (
)
чи водні відношення (відношення об’єму
води до загального об’єму ґрунту:
(1.22)
А
В
С
Рис. 1.2 Частка фаз ґрунту: а – повітря; в – розчин; с – тверда фаза.
Об’ємна вологість у відсотках:
(1.23)
Товщина шару води Dе еквівалента товщині рідкої фази:
(1.24)
щільність ґрунту:
(1.25)
Пористість ґрунту можна розрахувати знаючи сумарний об’єм пор та загальний об’єм пор:
(1.26)
Вологість насичення (повна вологоємність):
(1.27)
Пористість аерації (пористість, яка зайнята повітрям):
(1.28)
Відносне насичення зразка ґрунту водою:
(1.29)
Роздивимося практичне застосування формул
РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА
Приклад:
Дано: Куб дерново-слобопідзолистого ґрунту на водно-льодовикових пісках розміром 10х10х10 см, котрий має загальну (вологу) масу 1700 г, де 218 г складає вода. Щільність води Рw становить 1.0 г/см3, а щільність твердої фази ґрунту Рр = 2.63 г/см3.
Знайти: Вологість по відношенню до маси, вологість у відсотках сухої маси, об’ємну вологість, товщину шару води, щільність ґрунту, пористість ґрунту, повну вологоємність, пористість аерації та відносне насичення.
Рішення:
1. Вологість по відношенню до маси сухого ґрунту:
2. Вологість у відсотках до сухої маси:
Pm = Qm . 100 = 0.147 . 100 = 14.7 %
3. Об’ємна вологість, чи водне відношення:
4. Об’ємна вологість у відсотках:
Рv = Qv . 100 % = 0.218 . 100 = 21.8 %
5. Товщина шару води:
6. Щільність ґрунту:
7. Товщина шару ґрунту у зразку:
8. Товщина шару повітря α визначають як різницю між загальною висотою зразка та товщиною шару води і твердої фази ґрунту:
α = D– (в + с) = 10 см – (2.18 см + 5.63 см) = 2.19 см
9. Пористість ґрунту:
10. Повна вологоємність (вологість насичення по відношенню до маси):
11. Пористість аерації:
12. Відносне насичення:
Завдання
Дано: Кубик ґрунту розміром 10 см Х 10 см Х 10 см. D= 10 см, А = 100 см2 різних типів підтипів грунтів має слідуючи показники (див. табл. 1.22).
Знайти: Вологість по відношенню до масі, вологість у відсотках сухої маси, об’ємну вологість, товщину шару води, щільність ґрунту, пористість ґрунту повну вологоємність, пористість аерації та відносне насичення.
Таблиця 1.22 – Вологість та щільність твердої фази ґрунтів
Ѓрунт |
Маса вологого ґрунту,г |
Маса води, г |
Щільність твердої фази ґрунту, г/см3 |
1 |
2 |
3 |
4 |
1.Дерново–слабопідзолистий на водно-льодовикових пісках. 2.Дерново-середньопідзолистий легкосуглинистий на водно-льодовикових пісках 3.Дерново-карбонатний на елювії крейдових порід 4.Торфяний низинний грунт 5.Світло-сірий опідзолений на лесі 6.Сірий опідзолений на лесі 7.Темно-сірий опідзолений на лесі 8.Чернозем опідзолений на лесі 9.Чернозем типовий на лесі 10.Чернозем типовий на лесовидному суглинку 11.Чернозем типовий середньогумусовий на лесі 12.Лугово-черноземний грунт на лесовидному суглинку 13.Чернозем звичайний на лесі 14.Чернозем південний на лесі 15.Темно-каштановий солонцеватий на лесі 16.Дерновий поверхньо-глейовий осолоділий на оглеєних лесах 17.Дерново-глейовий солончаковий на оглеєних лесах |
1700
1600
1565
640 1620 1699 1378 1565 1558 1611
1570
1320
1453 1390
1587
1512
1354
|
218
260
295
510 270 329 308 375 328 371
440
290
353 319
437
432
384 |
2,63
2,63
2,68
1,86 2,61 2,66 2,63 2,62 2,55 2,61
2,62
2,59
2,60 2,60
2,63
2,70
2,53 |
Питання для самоперевірки* :
1. Що необхідно для відбору зразків ґрунту для аналізів?
2. Методика відбору ґрунтових зразків та підготовка їх до аналізів.
3. Особливості підготовки ґрунту для визначення гумусу та азоту.
4. Як визначити кістяк ґрунту?
5. Що таке структурність і структура ґрунту?
6. Які види структури зустрічаються в ґрунтах?
7. Основні показники структури і їх характеристика.
8. Як утворюється агрономічна цінна структура ґрунту?
9.Причини втрати структурного стану ґрунту та заходи створення і збереження ґрунтової структури у виробничих умовах.
10.Що таке питома вага, об’ємна маса та пористість ґрунту? Від чого залежать ці властивості?
11.Джерела води в ґрунті і основні закони її переміщення.
12.Які форми ґрунтової вологи ви знаєте? Їх доступність рослинам. 13.Охарактеризуйте основні водні властивості ґрунту.
14.Поняття про водний режим ґрунту. Основні типи водного режиму.
15.Який водний режим переважає в ґрунтах вашої зони.
16.В чому полягає вплив ґрунтових вод на грунтовоутворення і агрономічні властивості ґрунтів.
17.Основні заходи по регулюванню фізико-механічних властивостей ґрунту та водного режиму в різних ґрунтово-кліматичних зонах.
*Див також: Гуцал А.І. Грунтознавство. Конспект лекцій. – Одеса: Вид-во «ТЄС», 2004 – 161с. Розділ 6 Механічний (гранулометричний) склад грунту(с.21-23),. Розділ 10 Фізичні властивості грунту (с.39-41), Розділ11 Вода у грунті (с. 42-53)
Грунтознавство /Польовий А.М., Гуцал А.І., Дронова О.О. Одеса, 2013. – 668с. Розділ: 2.6 Структура ґрунту, 2.8 Водні властивості ґрунтів