323

разрезов является достаточно проблематичной даже на глубину 0,5 м. Поэтому сделать хорошее морфологическое описание почв, расположенных в центре города, можно только в местах работы коммунальных служб. Также необходимо отметить, что обследование антропогенно трансформированных почв проводится на довольно значительной территории, а значит, отбирается большое количество образцов. В этой связи наиболее удобным способом исследования почв является закладка прикопок глубиной до 20–40 см.

Методика взятия почвенного образца. О свойствах исследуе-

мой почвы судят по результатам анализа. Поэтому очень важно правильно взять образец почвы в поле и умело подготовить его к анализу. Большинство анализов проводят с образцами почвы в воздушносухом состоянии, измельченной в ступке и просеянной через сито с отверстиями 1 мм.

В поле образцы отбирают из отдельных горизонтов почвы. Из пахотного берут одну пробу на всю мощность горизонта (например, 0—20 см) или несколько" проб из разных его слоев (0—5, 5—10, 10—20 см). Из других горизонтов пробы почвы для определения влажности берут через 10 см (если горизонт почвы меньшей мощности, то на всю его глубину) или больше. Если надо взять одну пробу из большого по мощности горизонта (из слоя 50 см), то ее отбирают из середины его, или по несколькуграммов из средней, верхней и нижней частей.

Методика определения вскипания. Вскипание свидетельству-

ет о наличии в почве карбонатов (солей углекислого кальция), разрушающихся при взаимодействии с кислотой по реакции:

СаСО3 + 2НСl = СаСl2 + Н2О + СО2↑.

Углекислый газ выделяется из почвы в виде пузырьков с характерным шипением, а при небольшом количестве– с потрескиванием.

Необходимо помнить, что отсутствие в образце видимых невооруженным глазом новообразований углекислой извести еще не дает возможности сделать вывод об отсутствии карбонатов. Карбонаты могут содержаться в почве в виде очень мелких кристаллов, невидимых глазом, равномерно распределенных в массе твердых частиц.

Для определения вскипания берут щепотку почвы на часовое стекло или в фарфоровую чашечку, смачивают несколькими каплями воды и обрабатывают несколькими каплями 5 %-ного раствора соляной кислоты (НСl). Предварительное смачивание почвы водой необхо-

10

димо для вытеснения из нее воздуха, который, выделяясь с потрескиванием, может имитировать незначительное количество карбонатов. Категорически запрещается проводить пробу на вскипание непосредственно в коробке или перекладывать после испытания образец почвы из чашки в коробку. В рабочую тетрадь записывают результаты определения с указанием интенсивности вскипания. В результате последовательного изучения перечисленных выше морфологических признаков составляют полную морфологическую характеристику образца.

Методика определения плотности почвы. Наиболее распро-

странен полевой буровой метод определения плотности почвы, который основан на взятии образца почвы ненарушенного сложения с помощью цилиндра-бура определенного объема. Для пахотных рыхлых горизонтов используются цилиндры объемом 500 см3, для нижележащих плотных – 100 – 200 см3. В верхних горизонтах определение ведется в пятикратной повторности, в нижних – в тройной.

Ход определения. На неутоптанной площадке рядом с разрезом забивают в почву цилиндр-бур деревянным молотком, предварительно накрыв его плотной пластинкой из дерева или металла.

После того как цилиндр полностью погружен в почву, его окапывают вокруг ножом, подрезают снизу под цилиндром и вынимают цилиндр из почвы. Почву в верхней и нижней частях цилиндра подрезают ножом вровень с его краями. Очищают от почвы наружные стенки цилиндра. Почву из больших цилиндров очень аккуратно без потерь переносят в полиэтиленовые мешочки, из маленьких – во взвешенные металлические бюксы. После этого снимают слой почвы, плотность которого определяли, выравнивают площадку на следующем почвенном горизонте и повторяют операцию.

Параллельно определяют влажность почвы. Если определение плотности проводили при помощи маленьких цилиндров, то в этом случае почву, помещенную во взвешенный металлический цилиндр, высушивают всю. Если пользовались большим цилиндром, то почву, помещенную в полиэтиленовый мешок, взвешивают всю без потерь, а затем отбирают из общей массы навеску для определения влажности.

Плотность сложения рассчитывают по формуле: dv = Р/V,

где: Р – масса сухой почвы, г; V – объем цилиндра, см3

(V = πr2 · h, где h – высота цилиндра-бура, см; r – внутренний радиус заостренного конца цилиндра, см).

11

Р = 100/(100 + W%) · а,

где: а – масса влажной почвы, г; W – влажность почвы, %.

3.5. Лабораторные методы исследования

Подготовка почвы к анализу. Образец почвы 500 – 1000 г рас-

пределяют тонким слоем на листе бумаги и доводят до воздушносухого состояния в чистом и сухом помещении, не содержащем в воздухе пыли и газов (МН3, НС1 и др.).

Для определения скелетной части почвы образец после просушивания взвешивают на технохимических весах.

Крупные комочки почвы в образце раздавливают руками, тщательно отбирают корни, включения и новообразования. Из подготовленной таким образом почвы берут среднюю пробу для определения гумуса, азота и других анализов. Для этого почву разравнивают тонким слоем на листе оберточной бумаги в виде квадрата или прямоугольника и делят по диагоналям на четыре части. Две противоположные части почвы ссыпают в картонную коробку и хранят в нерастертом состоянии. Один экземпляр этикетки образца вкладывают в коробку, а другой наклеивают на ее стенку.

Оставшуюся на бумаге почву тщательно перемешивают, разравнивают тонким слоем и из разных мест небольшой ложкой берут такое количество почвы, чтобы общая масса ее составила 25 – 30 г. Почву следует отбирать на всю глубину слоя. Среднюю пробу хранят в бумажном пакетике и в дальнейшем используют для определения содержания гумуса. Оставшуюся часть почвы измельчают в фарфоровой ступке деревянным пестиком или пестиком с резиновым наконечником и просеивают через сито с отверстиями 1 мм. Сито следует брать с крышкой и поддоном. Почву, не прошедшую через сито, вновь размельчают в ступке и просеивают через то же сито. Измельчение и просеивание продолжают до тех пор, пока на сите останется только каменистая часть почвы.

Просеянную почву тщательно перемешивают и разравнивают тонким слоем на листе бумаги, разделяют на квадраты и из каждого квадрата берут, как указано выше, около 10 г, которые после соответствующей подготовки идут на валовой анализ. Всю оставшуюся почву ссыпают в банку с притертой пробкой, картонную коробку или бумажный пакет и используют для большинства анализов.

12

Не прошедшую через сито часть почвы (ее скелет) переносят в фарфоровую чашку, сюда же помещают ранее отобранные каменистые включения и новообразования, наливают дистиллированную воду и содержимое кипятят в течение часа. Затем почву снова переносят на сито с отверстиями 1 мм, тщательно промывают водой и высушивают.

Промытую и высушенную до постоянной массы почву просеивают через колонку сит с отверстиями 10; 5; 3 и 1 мм и разделяют на камни (частицы >10 мм), крупный хрящ(10 – 5 мм), мелкий хрящ (5 – 3 мм) и гравий (3 – 1 мм). Затем вычисляют содержание каждой фракции в процентах к массе всей почвы, взятой для анализа. Определение скелета почв необходимо при изучении механического состава, эта же часть почвы может служить для установления ее петрографического состава.

Определение влажности почв. Влажность почвы зависит от количества перегноя и глинистых частиц, является косвенным показателем ее гранулометрического состава. На фоне урбанистического пресса происходит изменение влажности почв, поэтому исследование данного показателя является необходимым.

Определение гигроскопической влажности. Гигроскопиче-

ской влагой называется то количество воды, которое поглощает почва из воздуха, насыщенного парами воды. Величина гигроскопической влажности зависит от гранулометрического состава почвы, количества коллоидов и гумуса в ней. Этой величиной пользуются для вычисления влажности завядания растений (коэффициента завядания). Она соответствует в большинстве случаев полуторной – двойной максимальной гигроскопической влажности.

Ход определения. Определение гигроскопической влажности проводят следующем образом. Сушильный стаканчик (стеклянный бюкс) высушивают и взвешивают на аналитических весах. Берут навеску почвы в бюкс и взвешивают. Бюкс с навеской почвы помещают в прогретый сушильный шкаф. Высушивание производят при температуре 105 °C до постоянного веса. В процессе сушки нельзя открывать шкаф и ставить в него новые стаканчики.

По окончании высушивания стаканчики вынимают из сушильного шкафа щипцами с резиновыми наконечниками, закрывают крышками и ставят в эксикатор для охлаждения (20 – 30 мин.).

13

После охлаждения стаканчики взвешивают, не открывая крышку, и по потере в весе вычисляют содержание гигроскопической воды

впочве. Определение гигроскопической воды проводят в 2-кратной повторности и вычисляют среднее из этих значений. Данные заносят

втаблицу 2.

Таблица 2

Результаты определения гигроскопической влажности почвы

№ п/п Почва № бюкса Вес пустого Навеска воз-Вес бюкса сВес выВес бюкса, г душно-сухойпочвой пос-сушенной воды, г

почвы, г ле высуши-почвы, г вания,г

Определение полевой влажности почвы весовым методом.

Влажностью почвы называют то количество воды, которое содержится в ней в данный момент. Влажность почвы непрерывно изменяется вследствие передвижения влаги по профилю и ее испарения из почвы. Этой величиной пользуются для вычисления запаса влаги в том или ином горизонте почвы и для вычисления коэффициента пересчета с влажной почвы на сухую. Наиболее распространенным является метод высушивания почвы в термостате.

Ход определения. Для определения полевой влажности на месте взятия образца берут буром или ножом массу почвы с заданной глубины. Из пахотного слоя образец берут на всю глубину или из не-

скольких слоев (0 – 5, 5 – 10, 10 – 15, 15 – 20 см).

Алюминиевый стаканчик взвешивают на технохимических весах с точностью до 0,01 г, наполняют 1/3 часть его почвой, закрывают крышкой и повторно взвешивают на технохимических весах. Затем ставят в сушильный шкаф при температуре 100 – 105 °С и сушат до постоянной массы в течении 5 часов. Крышку надо снять и надеть на дно стаканчика. После просушивания закрытый стаканчик охлаждают в эксикаторе с безводным хлоридом кальция на дне в качестве водоотнимающего агента, затем взвешивают.

Полевую влажность почвы рассчитывают по формуле:

a 100

W b ,

где W – полевая влажность (%);

a – масса испарившейся влаги (г); b – масса сухой почвы (г).

14

Коэффициент пересчета результатов анализа влажной почвы на сухую вычисляют по формуле:

100 W KH2O 100 .

Для вычисления массы сухой почвы (mс) по массе влажной почвы (mb) и влажности (W) используется формула:

3.6. Изучение физических свойств почвы

Гранулометрический состав почвы. Гранулометрический со-

став - относительное содержание различных размеров фракций элементарных почвенных частиц (ЭПЧ), выраженное в массовых процентах. По определению А. Д. Воронина (1986), ЭПЧ - обломки пород и минералов, а также аморфные соединения, все элементы которых находятся в химической взаимосвязи и не поддаются общепринятым методам пептизации, применяемым при анализе гранулометрический состав почвы. В природе ЭПЧ могут быть округлой, вытянутой, пластинчатой и др. форм. Однако группировку ЭПЧ по размерным фракциям проводят на основе т. н. эффективных (эквивалентных) диаметров частиц, условно принимаемых за шар. В России ЭПЧ принято группировать в зависимости от размеров по 11 классам (фракциям) (Приложение 3, табл. 9). Разделение частиц на скелет и мелкозем, а также на группы физического песка и физической глины проводят без учета химического и минералогического состава, лишь на основе физико-механических свойств ЭПЧ в зависимости от их величины. Границы между более тонкими фракциями могут учитывать др. свойства входящих в них ЭПЧ. Так, в России границу илистой фракции связывают со специфическим минералогическим составом почвенных частиц мельче 0,001 мм. За рубежом принята иная классификация гранулометрических элементов, в которой за основувыделения глинистой фракции взята величина 0,002 мм (Приложение 3, табл.10). Из-за отсутствия общепринятой схемы классификации ЭПЧ при анализе фактических данных надежнее оперировать размерами фракций, а не их наименованиями. В состав почвы входят четыре важнейших компонента:

-минеральная основа (50-60 % от общего объёма);

-органическое вещество (до 10 %);

-воздух (15-25 %);

15

- вода (25-35 %).

Почвы состоят из частиц различного размера, начиная от крупных валунов и заканчивая мелким грунтом (частицы мельче 2 мм в диаметре) и коллоидными частицами (< 1 мкм). Обычно частицы, составляющие почву, делят на:

-глину (мельче 0,002 мм в диаметре);

-ил (0,002-0,02 мм);

-песок (0,02-2,0 мм) и

-гравий (больше 2 мм).

Взависимости от гранулометрического состава результаты будут разные:

-песок – не образует ни шарик, ни шнур;

-супесь – образует шарик, раскатать шнур не удается, образуются только зачатки шнура;

-легкий суглинок – раскатывается в шнур, но очень неустойчивый, легко распадается на части при раскатывании или снятии с ладони;

-средний суглинок – образует сплошной шнур, который можно свернуть в кольцо с трещинами и переломами;

-тяжелый суглинок – легко раскатывается в шнур, образует кольцо с трещинами;

-глина – образует длинный тонкий шнур, который потом легко образует кольцо без трещин.

Ход определения. Возьмите две чайные ложки почвы и увлажните до тестообразного состояния. Из полученной массы скатайте "колбаску" наподобие шнура. Это так называемая проба на скатывание. Для точного определения гранулометрического состава применяют, например, метод Качинского.

Мокрый органолептический метод. Образец растертого грунта увлажняют и перемешивают до тестообразного состояния. Из подготовленной почвы на ладони делают шарик и пробуют сделать из него шнур толщиной около 3 мм, а затем свернуть кольцо диаметром 2-3 см.

Затем еще две чайные ложки почвы насыпают в пробирку (если ее нет, можно использовать тонкий прозрачный стакан) с дистиллированной водой. Встряхивают. По скорости осветления воды в пробирке и пробе на скатывание определяют гранулометрический состав почвы.

16

3.7. Изучение химических свойств почвы

Определение гумуса методом Тюрина. Гумус – органическое вещество почвы, детрит экосистемы. Гумус – основа плодородия почвы. Количество гумуса в почве поддерживается двумя противоположно направленными микробиологическими процессами: гумификацией (анаэробный процесс превращения остатков животных и растений в гумус) и минерализацией (аэробный процесс разрушения гумуса до простых органических и минеральных соединений). В почвах естественных экосистем эти процессы находятся в равновесии. Разные типы почв различаются по содержанию гумуса в верхнем слое, который называется гумусным горизонтом, и мощностью этого горизонта. Наиболее богаты гумусом черноземы, содержание гумуса в которых может достигать 10 % (в прошлом в отдельных районах РФ и Украины оно достигало 16 %), а мощность гумусового горизонта – 1 м. Наиболее бедны гумусом подзолистые и каштановые почвы. Мощность гумусового горизонта у них составляет 5 – 15 см, а содержание гумуса – 1 – 2 %. Переходное положение между подзолистыми почвами и черноземами занимают серые лесные почвы (их разделяют на светло-серые, серые и темно-серые), а между черноземами и каштановыми – темно-каштановые. Очень богаты гумусом почвы влажных местообитаний – луговые и влажнолуговые почвы. Запасы гумуса в основных типах почв РФ (в однометровом слое, т/га) составляют:

17

тундровые почвы – 73, подзолистые – 99,серые лесные – 215, черноземы – 500, каштановые – 160,пустынные серо-бурые – 40.

Многочисленными исследованиями доказано, что в условиях городской среды формируется специфический гумус, свойства которого отличны от гумуса почв ненарушенных экосистем. В этой связи необходим анализ гумуса почв, находящихся в условиях урбанизации.

Методика отбора почвы. При подготовке почвы к анализу на содержание гумуса и азота тщательно отбирают корни и различные органические остатки. Среднюю пробу нерастертой почвы разравнивают тонким слоем на листе белой бумаги и пинцетом отбирают все корешки и видимые органические остатки. Затем комки почвы растирают в ступке и вновь отбирают органические примеси, просматривая почву под лупой. После этого ее растирают в фарфоровой ступке и пропускают через сито с отверстиями 1 мм. Из просеянной почвы берут среднюю пробу 10 – 15 г, разравнивают ее тонким слоем на листе восковки или пергаментной бумаги и снова отбирают корешки наэлектризованной стеклянной палочкой (ее надо потереть суконкой или шерстяной тряпочкой и быстро провести палочкой над почвой). Корешки и мелкие кусочки органических остатков, прилипающие к палочке, удаляют. Не следует подносить палочку слишком близко к почве, так как в этом случае к ней прилипают и тонкие минеральные частицы. После отбора корешков почву вновь растирают в фарфоровой ступке и просеивают через сито с отверстиями 0,25 мм. Оставшиеся после просеивания на сите песчаные частицы растирают в ступке, просеивают и смешивают со всей почвой.

Ход определения. Из образца почвы, просеянной через сито с отверстиями 0,25 мм, берут на аналитических весах навеску от 0,1 до 0,5 г. Величина ее зависит от содержания гумуса в анализируемой почве: чем больше в ней гумуса, тем меньше навеска.

Таблица 4

Размер навески в зависимости от содержания гумуса в почве

Навеску осторожно переносят в сухую коническую колбу вместимостью 100 мл и приливают из бюретки 10 мл 0,4 Н раствора

18

К2Сr2О7, приготовленного в разведенной 1:1 серной кислоте, содержимое осторожно перемешивают круговым движением колбы. В горло колбы вставляют маленькую воронку, служащую холодильником, и ставят ее на песочную баню. Содержимое колбы кипятят точно 5 мин, следят за колбой и не допускают бурного кипения, сопровождающегося выделением паров через воронку. При сильном и продолжительном кипячении увеличивается концентрация серной кислоты, что может привести к разложению хромовой кислоты, а отсюда и к неверным результатам анализа. При содержании гумуса > 10 % следует приливать 15 мл раствора.

При нагревании начинается окисление гумуса, заметное по мелким пузырькам выделяющегося СО2. Часть бихромата калия при этом затрачивается на окисление гумуса по схеме:

2К2Сг2О7 + 8Н2SО4 = 2К2SО4 + 2Сг2(SО4)3 + 8Н2О + 3O2; 3О2 + 3С (углерод гумуса) = 3CО2.

Затем содержимое колбы охлаждают, прибавляют 5 – 8 капель фенилантраниловой кислоты (или 10 капель 85 %-ной фосфорной кислоты) и 8 капель дифениламина, все тщательно перемешивают, раствор титруют 0,2 Н раствором соли Мора до перехода цвета раствора из бурого в зеленый. Когда раствор окрасится в синий цвет, титровать необходимо очень осторожно, прибавляя раствор соли Мора по одной капле, тщательно размешивая титруемую жидкость. Реакция между бихроматом калия, оставшимся после окисления гумуса, и солью Мора заключается в восстановлении бихромата калия в соль хрома (III), она идет по уравнению:

К2Сr2О7 + 6Fе2SO4 + 7H2SO4 = Сr2(SО4)3 + К2SО4 + ЗFе2(SО4), + 7Н2О.

Одновременно устанавливают соотношение между К2Сr2О7 и солью Мора, для чего добавляют из бюретки 10 мл 0,4 Н раствора К2Сr2О7 в коническую колбу вместимостью 100 мл, а затем содержимое колбы титруют так же, как описано выше (без кипячения). Экспериментально установлено, что 1 мл 0,2 Н раствора соли Мора соответствует такому количеству хромовой кислоты, которое окисляет 0,0010362 г гумуса или 0,0006 г углерода. Поэтому количество гумуса вычисляют по формуле:

X a b 0,001036 k 100 K ,

C

где: Х – количество гумуса, в процентах к сухой почве; а – число миллилитров раствора соли Мора при холостом определении;

b – то же, при обратном титровании после окисления гумуса;

19