Kurs_fiziki_pochv_Shein_E_V__2005

Т а б л и ц а I.3

Формирование корневой системы, потребление и потери углерода в зависимости от плотности и пористости почв

(почва среднесуглинистый чернозем, кукуруза, модельный опыт) по данным Зауэрбека, XIII Международный Конгресс почвоведов в Гамбурге, 1986 г.

капиллярных сил будут сохранять основной запас влаги для растений, а вот тонкие поры будут также содержать влагу, недоступную для растений. В этих порах будут сосредоточены почвенные микроорганизмы, вещества, являющиеся источником питания для растений. В табл.I.4 приведены некоторые категории пор по их диаметру, функциям и критические значения объемов соответствующих категорий пор для выполнения их функций, принятые в международной практике почвоведения.

Вспомниводругомвзгляденапоровоепространствопочвыкакна объемы пор агрегатов и между агрегатами, можно предположить, что макропоры это восновном межагрегатная порозность, а мезо-и микропоры внутриагрегатная.Это справедливо для хорошооструктуренных почв, когда явно выделяются почвенные агрегаты. Однако такое соответствиенаблюдаетсядалеконевсегда.Макропорымогутбытьпредставленыбиопорами(ходамичервей,корнейрастенийипр.).Иэтимакропоры могут быть ответственны за специфический почвенный перенос практически моментальный«проскок»веществ внутри почвы.

Итак,разделениепорозностипочвынаэтисоставляющие(категории) называют дифференциальной порозностью. Перечислим отдельные категории дифференциальной порозности:

порозность общая 1 b ,см3/см3;

s

порозность агрегата a 1 a , см3/см3;

s

порозность суммарная агрегатная Σагр a (1 ) ; 1 a

порозность межагрегатная межагр = – aгр ;

порозность,занятаявоздухом(воздухоноснаяпорозностьилипо-

розность аэрации) air = – ;

воздухоемкость(рассчитываетсяприопределенномсодержании влаги, при почвенно-гидрологической константе, наименьшей

влагоемкости) air (нв) = – нв .

В этих формулах порозность почвы, а порозность агрегата, влажность объемная [см3/см3], нв влажность, соответствующая наименьшей влагоемкости.

8. Методы определения плотности почв, агрегатов, твердой фазы

В этом разделе мы остановимся на принципах определения основных величин плотности почв, агрегатов, твердой фазы. Начнем с определения плотности твердой фазы. Наиболее распространенным, удобным и главное простым методом является пикнометрический. Этот метод основан на использовании сосуда с точно известным объемом пикнометра. Обычно это мерные колбы объемом от 50 до 100 мл с нанесенной на узком горле риской точного объема (рис. I.3) . Точно определить объем пикнометра одна из важнейших операций анализа. Его определяют, заполняя пикнометр деаэрированной (кипяченой и остуженной) дистиллированной водой. Взвешивая сухой пикнометр и пикнометр с водой, можно определить его объем V1 как разность масс, деленную на плотность воды, взятую из таблиц с учетом температуры. Затем в пикнометр берут навеску растертой и отсеянной через сито 1 мм почвы вместе со всеми включениями (корешки и пр.), новообразованиями (ортштейны, карбонатные образования и пр.). Взвешивают. Заливают дистиллированной водой в таком количестве, чтобы поверхность почвы была покрыта слоем воды 3 5 мм. Пикнометр с полученной почвенной суспензией оставляют на 10 12 часов для полного смачивания. Затем суспензию кипятят 1 час. Эти операции необходимы для удаления адсорбированного на частицах воздуха, которые вносят систематическую ошибку в конечный результат, снижая реальную плотность твердой фазы почвы. После этого доливают пикнометр до метки. Взвешивают, получая массу пикнометра с почвой и долитой водой.

Все операции схематично представлены. на рис. I.3.

Рис.I.4. Схема газового пикнометра для определенияплотноститвердой фазы почвы

Такого рода измерения производят в газовых пикнометрах. Пример этих приборов приведен на рис. I.4.

Камера для почвенного образца соединена с ртутным манометром для контроля давления и с поршневой камерой, по которой точно регистрируется изменение объема. Измеряют начальное давление Р1 по ртутному манометру. Затем с помощью поршня изменяют объем на некоторую величину V и регистрируют изменение давления Р. По данным о Р1, V и Р можно рассчитать величину V2(без образца) – объем газовой камеры (камера для образца вместе с поршневой). Затем в камеру помещают почвенный образец, абсолютно сухая масса которого ms, и повторяют все те же операции. Рассчитывают V2(с образцом) и объем твердой фазы почвы [V2(без образца) V2(с образцом)], а затем плотность твер-

дой фазы: s= ms /[V2(без образца) – V2(с образцом)].

Этот метод определения плотности твердой фазы почвы распространен преимущественно в американской школе физиков почв

(см. литературу: «Methods of Soil Analysis»). В российской школе отдают предпочтение простому и общедоступному водному пикнометрическому методу.

Плотность почвы определяют в полевых условиях, при естественном сложении, со всеми присущими почве кавернами, трещинами,пустотами.Наиболеераспространеннымметодомопределения плотностипочвыявляетсябуровой.Принципеготаков:отбираютобразец почвы естественного сложения с помощью стального кольца (бурика) известного объема (как правило, около 100 см3,при диаметре кольца 5.6 и высоте 4 см). Образец почвы из кольца вынимают, взвешивают,определяютвлажностьпочвыирассчитываютплотность

естественной влажности W [%] и Vб точный объем бурика [см3].

Некоторые сложности возникают при определении плотности сильно трещиноватых почв. Обычно трещины в таких почвах, например в глинистых вертисолях, достигают нескольких сантиметров. Отбирать образец только в межтрещинном пространстве, в почвенныхглыбках неверно,ведьпоопределениюмыдолжныучесть и трещины. Аналогичные трудности возникают и при определении плотности каменистых или разрыхленных почв (например, горных почв, гор. А лесных почв). В этом случае необходимо использовать уже не просто бурик-кольцо объемом 100 см3, а значительно большийобъем.Поэтомуприменяюттакназываемыйпесчаный,иливодный, метод. На поверхность почвы устанавливают раму диаметром 25 50 см. На самой раме имеется риска. В раму помещают тонкую, пластичную водонепроницаемую пленку, заливают воду до риски на раме, измеряя объем долитой воды. Пленку из рамы вынимают. Отбирают пробу почвы объемом 500 700 см3. Взвешивают вынутую почву, измеряют ее влажность. Затем в раму снова укладывают пленку, доливают водудо меткина раме. Разница объемов воды при первом и втором наливе (V2–V1) представляет собой объем почвы, а массу почвы определяют по массе вынутой почвы и ее влажности. Расчетаналогичен буровомуметоду.Схематичновсеоперациипредставлены на рис.I.5.

Иногда вместо воды используют тщательно отсеянный песок. Однакоточностьприэтомзаметноуменьшается,вследствиетогочто трудно достичь укладки песка всегда с одной и той же плотностью.

Наконец, определение плотности агрегатов а. Принцип разнообразныхметодовопределениязаключается впокрытииотдельного, предварительно взвешенного агрегата пленкой (например, парафиновой), а затем взвешивания его в жидкости (например, в спирте).

Рис. I.5. Определение плотности трещиноватых, каменистых, рыхлых почв

Разница масс агрегата на воздухе и в жидкости, деленная на плотность жидкости, дает нам объем агрегата. Массу абсолютно сухогоагрегатаможно рассчитать, еслиизвестнаего влажность,которуюнадо определитьнезависимо.Еслиже исследуетсяплотность воздушно-сухого агрегата, то можно взять влажность гигроскопическую. Расчеты аналогичны другим методамопределения плотности почвенных объектов. Сложнее определять плотность агрегатов при различной влажности. Для этого надо использовать либо пленки типа латексных, либо проводить покрытие агрегатов керосиновой пленкой и взвешивать их в керосине известной плотности (подробнее см. «Полевые и лабораторные методы исследования физических свойств почв», 2001).

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.Почва многофазная система, в которой представлены твердая, жидкая и газообразная фазы. Последние две фазы занимают поровое пространство почвы. Количественным выражением порового пространства является порозность, которая рассчитывается повеличинам плотности твердой фазыи плотности почвы.

Рис. II.1. Схема агрегатного строения почвы

поведениевотношениипоглощенияипроведениявеществиэнергии, их трансформация, т.е. все основные процессы, которые определяют облик,свойства,внутреннююжизньпочвыиеефункциивбиосфере.

Такая важная характеристика почвы, как дисперсность, проявляется в двух качествах в виде свойств малого размера частиц и в высокой удельной поверхности. Во многом эти свойства взаимосвязаны. Однако они обладают и определенной независимостью, характеризуя дисперсность почвы, как по наличию частиц разного размера,такипосостояниюисвойствамповерхностиэтихчастиц.Наличие в составе твердой фазы почвы частиц различного диаметра оценивается по гранулометрическому составу почв.

Прежде всего необходимо определить, с какими частицами мы имеем дело при гранулометрическом составе. В этом случае анали-