Задания

1.Дайте определения понятий «плотность почвы», «плотность твердой фазы», «общая пористость». Приведите единицы их измерения.

2.Опишитеметодикуопределенияплотностисложенияпочвы. Определите данный показатель в предложенных монолитах почв.

3.Опишите методику определения плотности твердой фазы

исогласно этой методике проведите определения данного показателя.

4.Опишите методику определения общей пористости почвы, проведите расчет данного показателя в предложенных образцах.

5.Дайтеагрономическуюоценкуполученнымзначениямплотности сложения и общей пористости изучаемой почвы.

Контрольные вопросы

1.Какие свойства почв называют физическими? От чего они зависят?

2.От чего зависит плотность почвы? Для чего определяют данный показатель?

3.Какими свойствами определяется плотность твердой фазы почвы? Для чего используют данный показатель? Каким методом определяют этот показатель?

4.Из чего складывается общая пористость почв?

5.2 Водно-физические свойства почвы

Влажность почвы – это выраженное различным образом количествоводы,содержащеесявнейкаквсвободном,такивхимически связанном виде.

Вода играет ведущую роль во многих процессах, происходящих в почве, во многом определяет ее физико-химические и агрономические качества. Она обеспечивает вертикальный и горизонтальный перенос органического вещества и растворимых солей, является средой для прохождения окислительно-восстано- вительных реакций, участвует в образовании гумуса, обеспечивает жизнедеятельность растений и почвенных микроорганизмов. С точки зрения жизнедеятельности организмов наибольшее

49

значение имеют такие показатели влажности, как критическая влажность и влажность увядания.

5.2.1 Определение гигроскопической влажности почвы Гигроскопическая влажность – это насыщенность почвы хи-

мически несвязанной (доступной) водой, которая может быть удалена путем нагревания. Значение гигроскопической влажности используется в аналитической практике для вычисления массы сухой почвы или коэффициента перерасчета результатов анализа воздуш- но-сухой почвы на сухую.

Методика работы

1.Алюминиевый бюкс с притертой крышкой просушивают до постоянной массы в сушильном шкафу при t = 100–105 °С.

2.Охлаждают в эксикаторе и взвешивают на аналитических весах 5 г воздушно-сухой почвы, просеянной через сито с отверстиями 1 мм.

3.Почву в стаканчике с открытой крышкой сушат в сушильном шкафу 5 часов, после чего стаканчик закрывают крышкой, охлаждают в эксикаторе и взвешивают.

4.Затем просушивают снова в течение 2 часов, если масса стаканчика с почвой после второй сушки осталась постоянной, то просушивание прекращают (допустимое расхождение в массе не должно превышать 0,003 г). Гигроскопическую влажность (в %) вычисляют по формуле 11:

где W – полевая влажность, %;

а – масса испарившейся влаги, г; b – вес воздушно-сухой почвы, г.

Коэффициент пересчета результатов анализа воздушно-сухой почвы на абсолютно сухую вычисляют по формуле 12:

KH2O =100+100W . (12)

Полученные результаты занести в таблицу 16.

50

Таблица 16 – Гигроскопическая влажность почвы

5.2.2 Определение капиллярной влагоемкости почвы Влагоемкость почвы – величина, которая количественно ха-

рактеризует водоудерживающую способность почвы. Как и влажность, влагоемкость определяется в % к весу сухой почвы. В зависимости от сил, удерживающих влагу в почвах, различают три ос-

новные категории влагоемкости: полная, наименьшая и капиллярная.

Полная влагоемкость – это максимальное количество воды, которое может удерживать почва с использованием всех влагоудерживающих сил.

Наименьшая влагоемкость – это максимальное количество воды, которое почва может удерживать в химических связях и коллоидных системах.

Капиллярная влагоемкость – это максимальное количество воды, которое почва может удеживать в своих капиллярах.

Методика работы

Стеклянный цилиндр без дна обвязывают марлей с нижнего конца.Впредварительновзвешенныйнатехническихвесахцилиндр насыпают, слегка уплотняя постукиванием, почву на высоту 10 см. Определяют массу цилиндра с почвой. Далее цилиндр с почвой помещают в специальную ванночку с водой – так, чтобы дно цилиндра стояло на фильтровальной бумаге, концы которой опущены в воду.

Вода по порам бумаги передается почве, производя ее капиллярное насыщение. Через каждые сутки цилиндр взвешивают на технических весах до тех пор, пока его масса не перестанет возрастать. Это укажет на то, что почва достигла полного капиллярного насыщения. Капиллярную влагоемкость рассчитывают по формуле 13:

51

где KВ – капиллярная влагоемкость, %;

В – масса почвы в цилиндре после насыщения, г; М – масса абсолютно сухой почвы, г.

Поскольку в цилиндр помещается воздушно-сухая навеска, а расчеты производятся на массу абсолютно сухой почвы, массу абсолютно сухой почвы предварительно надо вычислить, используя значение коэффициента пересчета, полученное в предыдущей работе (все лабораторные работы выполняются с тем же почвенным образцом) по формуле 14:

где М – масса абсолютно сухой почвы, г; b – вес воздушно-сухой почвы, г; kH2O – коэффициент гигроскопичности.

Полученные результаты занести в таблицу 17.

Таблица 17 – Расчет капиллярной влагоемкости почвы

Задания

1.Изучить методики определения гигроскопической влажности и капиллярной влагоемкости.

2.Определить гигроскопическую влажность почвенных образцов, результаты занести в таблицу 16.

3.Определить капиллярную влагоемкость почвенных образцов, результаты занести в таблицу 17.

4.Сделать выводы о полученных результатах.

52

Контрольные вопросы

1.Что такое влажность почвы?

2.Что такое полевая влажность почвы?

3.Что такое гигроскопическая влажность и метод ее опреде-

ления?

4.Что такое влагоемкость почвы?

5.От чего зависят водные свойства почв?

5.3Агрономическая оценка общих физических

иводных свойств почв

Пористость почвы (порозность, скважность)

Общая пористость (синонимы: порозность, скважность) по- чвы–этосуммарныйобъемвсехпормеждучастицамитвердойфазы почвы. Вычисляется на основании плотности твердой фазы почвы и плотности почвы по формуле:

где РОБЩ – общая пористость почвы, % к объему почвы; d – плотность твердой фазы почвы, г/см3;

dv – плотность почвы, г/см3.

В разных горизонтах минеральных почв общая пористость изменяется в широких пределах – от 20 до 80 %. В составе всех пор, из которых складывается общая пористость, Н.А. Качинский выделяет по диаметру в мк: микропоры – менее 30; мезопоры – 30–100; макропоры – более 100.

Микро- и мезопоры находятся внутри агрегатов почвы (внутриагрегатная пористость). В общей массе почвы они являются водоудерживающими. Макропоры образуют межагрегатную пористость, эти поры обычно заполнены воздухом.

В соответствии с различной величиной диаметра пор в составе общей пористости различают капиллярную пористость, равную объему капиллярных (водоудерживающих) пор, и некапиллярную, равную объему микропор. Для создания устойчивого запаса влаги в почве при одновременном хорошем воздухообмене (аэрации)

53

необходимо, чтобы некапиллярная пористость составляла 55–60 % общей пористости. Поры, занятые воздухом, составляют пористость аэрации (Ра). В агрономическом отношении весьма существенно, чтобы при максимальном заполнении водой капиллярных пор (т.е. при влажности, близкой к НВ) пористость аэрации составляла не менее 15 % в минеральных почвах и не менее 30–40 % объема в торфяных почвах.

Пористость аэрации Ра вычисляют на основании данных влажности почвы, плотности и общей пористости:

гдеPw – объем пор, занятых водой, т.е. содержание воды в объемных %;

где w – влажность почвы в % массы.

Общая пористость имеет максимальные значения в верхних горизонтах профиля и снижается в нижних. В тяжелых по гранулометрическому составу разновидностях почв она обычно выше, чем в легких.

Водные свойства почв

Почва как полидисперсная система обладает способностью поглощать и удерживать воду. Это свойство называется влагоемкостью. Влага в почве находится в разных формах, различающихся по количеству, подвижности, доступности растениям. В этом разделе рассматриваются основные почвенно-гидрологические константы и критерии оценки почвенной влаги в отношении ее доступности, а также методики расчета запасов влаги.

Гигроскопическая влажность (ГВ) – это влага, сорбирован-

ная почвой из воздуха, прочно удерживающаяся адсорбционными силами на поверхности твердых частиц. Определяют гигроскопическую влажность методом высушивания образца воздушно-сухой почвы при температуре 105° в течение 6 часов. Величина ГВ выражается в процентах к массе сухой почвы и колеблется от 0,3–1 % в супесчаных до 3–4,5 % в глинистых и солонцовых почвах.

54

Максимальная гигроскопическая влажность (МГ)

Максимальная гигроскопическая влажность – это наибольшее количество влаги, которое почва может сорбировать из воздуха, почти насыщенного водяными парами (при относительной влажности воздуха более 94 %). Эта влага недоступна растениям. Выражается в процентах к массе абсолютно сухой почвы и в зависимости от механического состава колеблется обычно от 1 до 8–9 %. С утяжелением механического состава МГ возрастает, а в солонцовых глинистых горизонтах может достигать 9–15 %. Максимальная гигроскопическая влажность определяется в лабораторных условиях.

Влажность устойчивого завядания растений (ВЗ)

Почвенная влажность устойчивого завядания – влажность, при которой растения начинают обнаруживать признаки завядания, не исчезающие при перемещении их в атмосферу, насыщенную водяными парами. Это нижний предел доступной влаги. Устанавливается экспериментально или расчетным путем по величине максимальной гигроскопической влажности:

Коэффициент может изменяться от 1,2 до 2,5. Выражается влажность устойчивого завядания в процентах от массы сухой почвы.

Величина ВЗ изменяется от 1–3 % до 16–22 %. Низкие значения ВЗ свидетельствуют о хорошей доступности влаги (на песках, супесях,легкихсуглинках).Оченьвысокиезначенияхарактерныдляглинистых солонцовых горизонтов. Значения ВЗ позволяют подсчитать запасы недоступной влаги в почве.

Полная влагоемкость (ПВ)

Полная влагоемкость – это наибольшее количество воды, которое может вместиться в почве при заполнении всех ее пор. Иначе константа ПВ называется полной водовместимостью. Обычно выражается в процентах объема почвы и по величине приближается к общей пористости, однако всегда несколько меньше РОБЩ, так как некоторая часть почвенных пор остается занятой защемленным воздухом.

55

Наименьшая (или предельная полевая) влагоемкость (НВ, ППВ)

Наименьшая, или предельная полевая, влагоемкость соответствует такой влажности, которая сохраняется в почве или грунте после стекания гравитационной влаги при условии устранения испарения с поверхности почвы и отсутствия дополнительного притока влаги за счет грунтовых вод. Таким образом, НВ – это влажность, обусловленная максимальным количеством капиллярно-подвешенной влаги. Выражается в процентах от массы сухой почвы и колеблется от 4 до 40 %, в зависимости от минералогического, механического и химического состава почвы, а также ее плотности и пористости.

Наименьшая влагоемкость возрастает при утяжелении гранулометрическогосостава(табл.18),атакжеприувеличениисодержания гумуса, с возрастанием количества обменного натрия в почвенном поглощающем комплексе. По разности между полной и наименьшей влагоемкостью можно вычислить максимальную водоотдачу слоя. В структурных почвах она составляет не менее 15 %.

Таблица 18 – Влияние гранулометрического состава на величину НВ, % массы сухой почвы (по В.А. Францессону)

Влажность разрыва капиллярной связи (ВРК)

При подсыхании капиллярно-влажной почвы после известного снижения запаса влаги сплошность капиллярной системы исчезает. Наступает разрыв капиллярной связи. Передвижение влаги, солевых растворов и питательных веществ прекращается. Влажность разрыва сплошностикапилляровявляетсяособойконстантойводно-физических свойств, характеризующей нижний предел оптимальной влажности.

Доступность влаги растениям

Доступность влаги растениям зависит как от состава и свойств почвы, так и от содержания в ней влаги. В интервале влажности

56

ПВ – НВ влага легко передвигается по профилю, хорошо доступна растениям, но увлажнение почвы избыточно. При этой влажности ухудшается аэрация, затрудняется газообмен. Для развития растений наиболее благоприятна влажность в интервале НВ – ВРК. В этом интервале влага передвигается, в то же время в профиле почвы создаются хорошие условия аэрации. При влажности в интервале ВРК – ВЗ влага не передвигается, поэтому труднодоступна для растений. При влажности почвы, равной ВЗ и менее ВЗ, влага недоступна растениям.

Запасы влаги в почве. Расчет запасов влаги

Запасы влаги в почве вычисляют обычно послойно или по генетическим горизонтам с последующим суммированием для метрового слоя, так как влажность и плотность почвенного профиля с глубиной изменяются. Запасы влаги измеряются в м3/га, т/га или в миллиметрах водного столба. Запасы влаги рассчитывают по формуле:

где WОБЩ – запас влаги, м3/га (т/га);

В – влажность почвы, % массы абсолютно сухой почвы; dv – плотность почвы, г/см3;

h – мощность расчетного слоя, см.

Для пересчета запасов воды, вычисленных в м3/га, в миллиметры водного слоя вводят коэффициент 0,1:

Запас воды в 1 мм водного слоя равен 10 м3/га (10 т/га).

В агрономической практике обычно учитываются общий и продуктивный запасы влаги. Общий запас – это суммарное количество воды в определенном слое почвы. Продуктивный запас – количество доступной для растений влаги (сверх величины ВЗ) в этом же слое.

Общий запас влаги (WОБЩ) рассчитывается по приведенной выше формуле, где в качестве значения «В» подставляется значение общей (полевой) влажности горизонта в процентах от массы почвы.

57

Чтобы определить продуктивный запас влаги (WПP) в этом же горизонте, нужно из общего запаса (WОБЩ) вычесть запас недоступной влаги (WHЕД):

Запас недоступной влаги рассчитывается по той же формуле, что и (WОБЩ), но «В» здесь соответствует значению ВЗ для данного слоя:

Оптимальные запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы (по А.М. Шульгину) находятся в пределах от 100 до 200 мм. Запасы более 250 мм избыточны, менее 50 мм – недостаточны для развития растений.

Запасы продуктивной влаги для конкретного слоя можно рассчитать по следующей формуле:

Для выражения влажности в объемных % необходимо влажность в % к массе умножить на плотность почвы.

Оценка запасов продуктивной влаги представлена в таблице 19.

Таблица 19 – Оценка продуктивной влаги (А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина, 1986)

58

Задания

Для каждого разреза рассчитать и оценить следующие показатели:

1.Общую пористость и пористость аэрации, % к объему.

2.Запасы общей и продуктивной влаги, послойные и для слоя

0–100 см, м3/га и мм.

3.Максимальную влагоудерживающую способность, послойную и для слоя 0–100 см, м3/га и мм.

4.Водоотдачу или дефицит почвенной влаги до глубины 40 см, м3/га, мм.

Контрольные вопросы

1.Что такое плотность твердой фазы, плотность сложения, пористость и пористость аэрации?

2.В чем заключаются различия в понятиях плотность твердой фазы и плотность сложения?

3.От чего зависит плотность почвы?

4.Как изменяется плотность по профилю почвы и почему?

5.Какие показатели характеризуют водные свойства? Дайте определение.

6.Каково влияние физических и водных свойств на почвенное плодородие?

59