uchebnik13

\

тов l!J1И на изучаемых глубинах помещают электроды - алюми­

ниевые проволоки диаметром в 2 ~IM, провода от которых при­

соединяют к измеритеJiЬНОМУ устройству, типа мостика Уитстона.

В почву вставляют также изогнутые трубки - пьезометры, вход­ ные концы которых обтянуты сеП,OIl (глубина погружения их

в почву 1-2 СМ). Пьезометры регистрируют изменение гидроди­

намического давления колонны фильтрующей воды в монолите. Монолиты 1 (рис. 69) устанавливают на специальный стол (2)

с отверстия\ш для приемника, предназначенного для сбора

воды. Через бутыль (3) в монолит подают воду в количестве,

необходимом для пол..ного насыщения (расчет см. в табл. 33).

После того как почва впитает всю воду из колодца, некоторое

время в приемник еще поступает гравитационная вода из круп­

рают пробы почвы на влажность в сушильные стаканчики. Почву

сушат 6-8 час и затем доводят до постоянного веса (запись ве­

дут по табл. 27). Полученная влажносТЬ соответствует величине

общей влагоемкости, которую вычисляют в % от веса сухой поч­

вы или в ММ водного столба Д,,"IЯ исследуемого слоя почвы. для

определения общей влагоемкости при капиллярном подъеме

>vIОНО."Iит ставят в ванну с водой С.l0е'\1 5-6 см, наблюдают ско­ рость водоподъемной способности почвы и после каПИЛ.IЯРНОГО

смачивания всего почвенного монолита определяют влаго·

емкость. При этом показатель капиллярноподвешенной влаги обычно бывает несколько выше, чем подпертой. Естественно, что

для опреде"lения общей влагоемкости можно брать и немонти­ pOBaH11ble по Астапову монолпты. Величина влагоемкости, полу­

ченная _!етодом монолитов, выше, чем в полеJЗО>vl методе.

М е т о Д т р у б о к (для почв ненарушеннOI о строения). В по­

ле буром для взятия почв ненарушенного строения берут

в цилиндры образцы почвы естественного сложения и рядом -

образцы на влажность почвы. Цилиндр в лаборатории взвеши­

вают на технических или техно-химических весах И ставят на

фильтровальную бумагу, концы которой опущены в lЗОДУ, для

капиллярного насыщения. Конец насыщения в сухой почве уста­ наВ.1ивают по потемнению капиллярноувлажненной почвы и пери­ одическим взвешиванием ЦИЛИFдра. Для предохранения от ис­

парения сверху цилиндр закрывают крышкой или стеклом.

I1Звешивание 1-195; 11-197, Ш-200 11 IV-200 г.

На оснорании этих данных МОЖНО опреде.'IИТЬ удельный вес с],еnета почвы

и рассчитать влагое~1КОСТЬ В объемных процентах и В ММ.

Пусть объем ЦК1Индра = 75 .ftЛ. Тогда удельный Бес ске.lета почвы

87

dv = 75 = 1,16.

Вдагоемкость почвы в объемных процентах = 40,2·1,16 = 46,6%. В.'1агоемкость в ММ, при высоте почвенной КО.l0ННЫ В ци.lиндре 10 см =

Определение в.лагоемкости в образцах почвы нарушенного

строения. При постановке вегеташюнных и лабораторных опы­ тов необходимо знать влагоемкость почв, так как влажность поч­

вы в сосудах задают в % от влагоемкости и в течение опыта под­

держивают на определенном уровне.

Техника определения: из воздушно-сухой почвы удаляют

крупные корни. Почву слегка разминают, просеивают через сито

с диаметром отверстий в 3 мм и насыпают в стеклянную трубку

диаметром 3-4 см, высотой 10-20 Clft, нижний конец которой обвязывают хлопчатобумажной тканью или марлей с ФИЛЬТРОМ. Величины капиллярной влагоемкости тем больше, чем ближе

залегает слой почвы к зеркалу подачи воды, и, наоборот, чем

дальше почва от уровня воды, тем влагоемкость меньше. Это об­

стоятельство следует иметь в виду при выборе длины трубки для

определения влагоемкости. Почву в трубку насыпают постепенно

через воронку или бумажную трубку, уплотняя ее легким посту­

киванием дна трубки о стол. Трубку наполняют почвой до высо­ ты, на 1-2 см меньше высоты трубки. Все последующие опера­

ции и расчет те же, что и в методе трубки определения влагоем­

кости почвы, ненарушенного строения.

Количество воды, соответствующее полному заполнению всех

пор почвы, называют водовместимостью или полной влагоем­

костью. Такое состояние увлажнения характерно для болот при

залегании грунтовых вод у поверхности, когда на водоупорном

слое скопляется гравитационная вода, заполняя все поры почвы

над водоупором или скапливаясь в понижении водоупорного

слоя.

Определить непосредственно водовместиrvюсть почвы доволь­

но трудно. Водовместимость можно определить только с по-

212

ГЛАВА V/

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРЕДВИЖЕНИЕ ПОЧВЕННОй ВЛАГИ

ВОДОУДЕРЖИВАЮЩАЯ ИЛИ ВСАСЫВАЮЩАЯ СИЛА ПОЧВЫ

Сухая почва энергично всасывает воду. Всасывают и удер­

живают воду капиллярные (менисковые), осмотические и ад­

сорбционные силы, величина которых возрастает от первых

к последним. Водоудерживающую силу почвы в .'Iитературе оп­ ределяют как напряжение почвенной влаги.

Напряжение почвенной влаги, эквивалентное в своем дей­ ("твии капиллярному давлению, называют натяжением почвенной blrarI!· Напряжение почвенной влаги, удерживаемой адсорбцион­

ными и капи.тrлярными силами, резко различно. Работу, затрачи­

ваемую на извлечение из почвы единицы массы воды и преодо­

.1евающую водоудерживающие капиллярные силы, называют

капиллярным потенциалом, а изменение величины капиллярного

потенциала вдоль потока капиллярного подъема - градиентом

капиллярного потенциала. Градиент потенциала определяют как

нроизводную потенциала по направлению наибольшего изме­

нения функции.

Аналогично этому работу, затрачиваемую на извлечение из

почвы единицы массы адсорбированной воды, называют ад­ сорбционным потенциалом. Напряжение влаги при переходе от

рыхло связанной к прочно связанной возрастает. Действительно,

расклинивающее давление на поверхности водной пленки почвы

ивоздуха возрастает с уменьшением толщины пленки, как это

показано в работах Б. В. Дерягина (1956). Изменение потенци­

ала в связи с расстоянием от поверхности почвенных частиц

(толщиной пленки) называют градиентом адсорбционного по­

тенциала. Работу, затрачиваемую на преодоление адсорбцион-

214

ных И капиллярных сил при извлечении единицы массы воды из

почвы, называют потенциалом водоудерживающей силы почвы,

или потенциалом всасывающей силы.

Суммарное напряжение почвенной влаги, или водоудержива­

ющую силу почвы, выражают высотою ртутного или водного

столба, свободная энергия которого, измеряемая силой тяжести, эквивалентна водоудерживающей силе при соответствующих

степенях увлажнения. Десятичный логарифм водного столба ВО­

доудерживающей силы Скофильд (1935) обозначил симво­ лом рР, что особенно удобно при высоких значениях водоудер­

живающей способности почв. Подобно рН, символ рР широко

применяют в почвенной практике. От рР .1егко перейти к высоте

водного столба.

Чтобы перевести значения ртутного столба по манометру,

сила выражена в аmм, то для перевода ее в рР умножают на 103

Всасывающую силу почвы определяют разными методами:

при капи.тrЛЯРНО!l1 увлажнении тензиометрическим, криоскопи­

ческим и омическим методами, прII адсорбированной влаге - по

упругости паров.

Метод капилляриметра (тензиометрическиЙ). Капи.тrляри­

метры на аНГЛИЙСКОl\l языке называют тензиометрами - от c.тro­

ва tension - напряжение, натяжение, поэтому метод и получил

название тензиометрического.

Прибор для определения напряжения В.lагп при каПИ.1JJIЯРНОJ\1

ув.тrажнении и термин «всасывающая сила почвы» впервые пред­

.ТIожены В. Г. Корневым.

КаnUЛЛЯРUJ.!етр Корнева (рис.70) состоит нз полой тонкопо­

ристой свечи с присоединенным к ней сосудом для воды, к кото­

рому присоединяют манометр. Наполнив сосуд водой, его погру­

жают в почву. В случае почвы, ненасыщенной водой, из прибора

вода отсасывается в почву, внутри прибора создается вакуум,

ИЗl\1еряе;\fЫИ пысотою ртутного столба. Пусть высота ртутного

2J3

столба - 74 MJ1t, тогда высота водного стодба"" 1000 .I1м=100 СМ.

Всасывающая сида pF равна догарифу ведичины водного стол­

ба, т. е. pF = 2. При монтаже установки необходимо обеспечить

абсолютную герметичность си-

стемы. Прибор можно исполь-

зовать в полевых и .тrаборатор-

ных ус.тrовиях. Принцип, лежа-

щий в основе действия прибора Корнева. использован в ряде

других капи.тrляриметров.

Капилляри.нетр конструкции вниигим (К Н. Шиш­ ков, 1953) совершеннее прибо­

ра Корнева. Между ртутью ма­

нометра и водой в сосуде нет

Керамический фильтр (1) имеет форму опрокинутой воронки

с дном из пористой пластинки с диаметром пор 0,9-1,3 /-1. В ка­ честве пористой пдастины можно исподьзовать бактериальный

фильтр ШКЛ марки Ф-5 типа 5-а с максимальным размером пор до 1,5 /-1. Остальная часть воронки покрыта глазурью. При ваку­

уме 0,85 аТАЕ через пористую мембрану СВOJбодно про:"одит вода,

21 (;

Д.1Я воздуха при этом пластина непроницаема. Фильтр медной

трубкой (2) соединен с сосудом для ноды (3), верхнее отверстие которого закрывают каучуковой пробкой (6), а боковой отросток

присоединяют к манометру (8). При этом используют вакуум -

устойчивые резиновые трубки (4, 5, 7).

Воду в баЛ.l0Н заливают через верхнее отверстие, она запол­

няет отросток, контактируя с ртутью манометра. Фильтр уста­ навливают в буровую скважину почвы и плотно прижимают ко

дну. Вода из прибора поступает в почву, а создающийся при этом вакуум измеряется манометром. Перед опытом устанавли­

вают точку НУ.1Я на манометре, так как в левой части его на ртуть давит столб воды.

Тензuометр Морозова очень прост. Пористый полый фильтр в виде свечи диаметром 1,5-2 СМ и длиною 5-7 Ot присоеди­

няют к резиновому вакуумному шлангу, в который вставляют

тройник, соединяющий через каучук прибор с манометром и во­

ронкой для заполнения прибора водой. Тензиометр этой кон­

LТРУКЦИИ можно использовать в поле и лаборатории, так как им

можно работать с малым количеством почвы. Естественно, что для изучения напряжения влаги по профилю почвы необходимо

устанавливать тензиометры на соответствующих глубинах. Все

тензиометры измеряют напряжение только капиллярной почвен­

ной влаги, давление которой меньше 300 мм рТ. СТ., а рР меньше трех. При более высоких напряжениях влаги через пористый

фильтр прорывается воздух и тензиометр не работает.

Тензиометры даю;· возможность 1) измерить отрицательное

давление капиллярной почвенной влаги (чем оно меньше, тем подвижнее и доступнее влага для растений); 2) определить потенциал по профилю капиллярносмоченной почвы - Р" (вели­ чина его пропорциональна высоте смоченного слоя почвы (h) QT уровня зеркала воды, ускорению силы тяжести (g) и отсчитывается

непосредственно по манометру (Н) Р" = h· g; 3) рассчитать гра­

диент капишrярного потенциала между двумя точками. Пример: тензиометр, установленный на глубине 100 СМ, показал капилляр­ ный потенциал - 100 эрг/г, на глубине 50 см, соответственно, 150. Отношение разности потенциалов к расстоянию между точ­

ками измерения (50 СМ) дает градиент капиллярного потенциала

на единицу пути

Если показания тензиометра отградуировать на содержание

влаги (Шишков), то его можно использовать как влагомер при

капиллярном увлажнении почвы.

В практике орошаемого земледелия тензиометры можно при­

менять для установления срока полива. Натяжение почвенной

влаги в 30,0 - 50,0 см рт. ст., или 405 - 675 СМ водного столба

говорит о необходимости полива почвы.

217

Достоинство тензиометров состоит в том, что с помощью их

можно охарактеризовать энергетическое состояние влаги в поле

непосредственно in situ.

Определение водоудерживающей силы с помощью отсасыва­

ния воды из увлажненной почвы. Почву помещают на воронку

Нуча с тонкопористым дном. Воронку через пробку вставляют

в колбу Бунзена с присоединенными к ней насосом и маномет­ ром. В колбе создают различное разрежение от 50-100 до 600 лt.М рТ. СТ., при котором систему выдерживают 3-4 час, пос.I€

чего определяют остаточную В.lажность в образце почвы путем

высушивания его и доведения до постояннОго веса. Сила, с кото­

рой удерживается остаточная влажность, равна примененному

вакууму в аmм. Вычисления: давление по манометру = 0,5 аmм,

Определив влажность при различных разрежениях, вы­

числяют значение рР для каждой степени увлажнения почвы. Метод позволяет вести опреде.1ения с образцами, измельчен­

ными и просеянными через сито, а также ненарушенного строе­

ния путем взятия образцов цилиндром, размеры которого соот­

ветственны воронке Нуча. Щель между стенкой воронки и об­ разцом заполняют вакуумной замазкой.

Установка в этом методе определения напоминает прибор Дояренко для определения дифференциа.1ЬНОЙ скважности почв (см. рис. 32), который вполне может быть использован для этоi1

цели.

I(риоскопический метод. Метод опреде.1ения всасывающей силы

основан на зависимости температуры замерзания почвенной влаги

от степени связанности ее почвой. Напряжение почвенной влаги

. пропорционально понижению ее точки замерзания. Зависимость эта выражается формулой

мерзания воды в почве в градусах.

После подстановки всех значений формула принимает вид:

Д.'1я определения почву просеивают через сито с отверстиями в ! лtм или берут образец не нарушая структуры. Температуру замерзания определяют в криоскопе (рис. 72), который состоит

из сосуда (1) с охлаждающей смесью (снег + NaC!), которая

дает температуру до (_)60 - (·-)80С, медного или стеклянного

218

стакана (3) с КОРКОВОЙ крышкой (4) ДJIЯ создания наибо.тrее рав­

номерных условий замораживания почвы, цилиндра (6) для

образца почвы ненар) шенной структуры и треноги (7) для уста­

новки прибора и термометра Бекмана (5). Шарик термометра

ДО.тrжен как можно сlучше контактировать с почвой и ГЛубже

входить в нее. Для улучшения контакта в отверстие почвы для

термометра наливают 0,5-1 С1l11 ртути.

Ход анализа: стакан­

чик с почвой помещают в сосуд со снегом (темпера­

тура смеси (--) 1-- (--)30С) дЛЯ предвари­ Te.тrЬHoгo охлаждения. За­

тем ставят его в С1'зкан

(3), погруженный в охла­

дите.тrьную смесь, и встав­

ляют в почву термометр

Бекмана. Система ОХ.тrаж­

дается, температура по­

нижается. Вода в почве

ния компенсирует понп­

мент остановки мениска термометра t. Перед опытом опреде­ ляют температуру замерзания дистиллированной воды t 1 для

определения точки нуля термометра. Понижение точки замерза­ ния почвенной В.тrаги 6 t = t.

Иногда замерзание идет с переохлаждением ниже темпера­

туры кристаллизации, затем, после вращения термометра, в почве

моментально наступает КРЕсталлизация. На термометре оп.lе­ чают скачок температуры и затем падение. За точку замерзания

втаком случае принимают максимальное показание термометра.

Спомощью термометра Бекмана хорошо фиксируется темпе­

ратура замерзания воды капил.тrярноЙ и пленочной. При более

низких влажностях с этим термометром работать трудно. В этих

случаях температуру замерзания лучше регистрировать термо­

парой (сплав платины и иридия), причем отсчет производят зер­ кальным гальванометром. Перед опЫтом проводят градуирова­

ние термопары.

219

LLля опреде~ения рР почвенной влаги в лаборатории приго­ товляют образuы разной степени увлажнения (от общей влаго­

емкости до рыхло связанной и ниже в случае регистрации тем­

пературы замерзания термопарами). Образцы ненарушенного

СJюжения почвы, взятые в алюминиевые uилиндры с отверстием

в дне, увлажняют до капи.1ЛЯРНОЙ влагоемкости, при которой

опреде.1ЯЮТ точку замерзания почвенного раствора, а затем под­

сушивают и определяют ~ t при разных увлажнениях.

Натяжение почвенной влаги можно определять с помощью гипсовых электроблоков. Блоки увлажняют до капиллярной

влагоемкости и затем, подсушивая их, последовательно опреде­

ляют электросопротивление почвы R и понижение точки замерза­ ния ~ t воды в б.l0ке, путем замораживания их в холодильнике.

После градуировки вычерчивают кривую изменения рР в зависи­ мости от ЭJlеКТРОСОПРОТИВ.'1ения в блоке R при соответствующих влажностях. Определив в почве с помощью блоков сопротивле­

ние Я, находят рР по градуировочной кривой.

С помощью блоков можно характеризовать напряжение

почвенной В.lаги при сравнительно низких влажностях.

Определение напряжения влаги по упругости пара. Почва

удерживает с большой силой прочно адсорбированную влагу. LL.Т)я

определения высоких напряжений влаги используют зависимость

между влажностью почвы и упругостью паров над ней. Вычисле­ ние водоудерживающей силы производят по формуле:

ь

где Н - высота столба жидкости в см, эквивалентная силе на­

пряжения почвенной в.тrаги,

R-газовая постоянная = 8,315·107 эрг моль-1 градус-1 ,

т- абсолютная температура в СО,

М-молеку.тrярныЙ вес пара = 18,02 г-моль-1 ,

g-гравитационное ускорение = 981 эрг·г-1 CM- 1,

h - относительная влажность воздуха над почвой в ~O.

После подстановки перечисленных значений ФОРМУ.lа принимает

том пространстве устанавливается соответствующая относите.'1Ь­

ная влажность воздуха (табл. 35).

Перед опытом почву просеивают через сито с отверстиями

в 1 мм и высушивают при температуре 100-105°, доВодя до

постоянного веса.

220