Почвоведение и инженерная геология - Николай Чекаев

Таблица 6 – Оценка плотности сложения суглинистых и глинистых почв (по Н.А. Качинскому)

2.5.3 Расчет общей пористости

Между механическими элементами и агрегатами в почве имеются промежутки – поры. В них размещаются вода, воздух, микроорганизмы, корни растений. Объем пор в почве, их размер зависят от гранулометрического состава, структуры и плотности почвы. Количество пор и соотношение их по размерам определяют важнейшие свойства почв, и прежде всего водно-воздушные.

Суммарный объем пор в почве в единице объема называется общей пористостью. Общая пористость подразделяется на капиллярную и некапиллярную (поры аэрации). Некапиллярные поры обычно заняты почвенным воздухом. Вода в них находится под действием гравитационных сил и не удерживается. В капиллярных порах размещается вода, удерживаемая менисковыми силами.

Поры, в которых находятся капиллярная вода, почвенный воздух, микроорганизмы и корни растений, называются активными. К неактивным относят поры, занимаемые связанной водой (прочносвязанная и рыхлосвязанная вода).

В агрономическом отношении важно, чтобы почвы располагали большим объемом капиллярных пор и при этом имели некапиллярную пористость не менее 20–25 % от общей пористости. Если при влажности почвы, соответствующей предельной полевой влагоемкости, в почве находится наибольшее количество капиллярноподвешенной влаги, а объем пор аэрации составляет величину меньше указанной, необходимы агротехнические или мелиоративные мероприятия по улучшению аэрации почв.

Общую пористость можно рассчитать на основании плотности твердой фазы и плотности сложения почвы по формуле

где Ск – общая пористость, проц.; d – плотность твердой фазы почвы, г/см3; dV – плотность сложения почвы, г/см3.

Для оценки общей пористости (в %) суглинистых и глинистых почв Н.А. Качинский предлагает нижеследующую шкалу:

>70 Избыточно пористая. Почва вспушена.

55–65 Отличная. Культурный пахотный слой.

50–55 Удовлетворительная для пахотного слоя.

<50 Неудовлетворительная для пахотного слоя.

40–25 Чрезмерно низкая. Характерна для уплотненных иллювиальных горизонтов.

2.5.4 Расчет пористости аэрации

Пористость аэрации – это часть общей пористости почвы, заполненная воздухом. Она равна разности между объемом общей пористости и объемом воды, которая содержится в почве в момент определения пористости.

Пористость аэрации вычисляют на основании данных общей пористости, влажности и плотности сложения почвы и выражают в процентах по отношению к объему почвы.

Расчет скважности аэрации (АЭ) производят по формуле

где АW – содержание воды в объемных процентах. Эту величину вычисляют по формуле

где W – влажность почвы, проц.; dV – плотность сложения почвы, г/см3.

Оборудование и материалы. 1. Пикнометры емкостью 100 мл. 2. Воронки. 3. Аналитические весы. 4. Электроплитка. 5. Кипяченая остуженная вода. 6. Почва, просеянная через сито 1 мм. 7. Нерастертый образец почвы. 8. Аллюминиевые цилиндры. 9. Технохимические весы. 10. Линейка.

1. Дайте понятия плотности сложения, плотности твердой фазы, пористости почвы и их агрономическую оценку. 2. Какова оптимальная плотность почвы для сельскохозяйственных культур? 3. Что такое равновесная плотность почвы? 4. От каких свойств почвы зависит плотность сложение почвы, плотность твердой фазы, пористость? 5. Укажите приемы регулирования общих физических свойств почв.

2.6 Определение водно-физических свойств почвы

Почва как многофазная, полидисперсная система способна поглощать и удерживать воду. В ней всегда находится определенное количество влаги. Содержание влаги в процентах к массе сухой почвы (высушенной при 105 ºС) характеризует влажность почвы. Последнюю можно выражать также в процентах от объема почвы, м3/га, в мм.

Основными водными свойствами почв являются водоудерживающая способность, водопроницаемость и водоподъемная способность.

2.6.1 Определение капиллярной влагоемкости и скорости капиллярного поднятия воды

Свойство почвы удерживать влагу от стекания сорбционными и капиллярными силами называется водоудерживающей способностью. Количество влаги, которое способна удержать почва, называется влагоемкостью. В зависимости от того, в какой форме находится удерживаемая вода, различают максимальную адсорбционную влагоемкость (МАВ), предельную полевую (наименьшую полевую) влагоемкость (ППВ), капиллярную влагоемкость (KB) и полную влагоемкость (ПВ), или водовместимость. Максимальная адсорбционная влагоемкость – наибольшее количество прочносвязанной воды, удерживаемое сорбционными силами. Предельная полевая влагоемкость – наибольшее количество капиллярноподвешенной воды, которое может удерживать почва менисковыми или капиллярными силами после стекания всей гравитационной воды. Капиллярная влагоемкость – максимальное количество капиллярноподпертой воды, которое может содержаться в почве. Полная влагоемкость – наибольшее количество воды, которое может вместить почва при заполнении всех пор водой.

Влагоемкость выражают в процентах массы сухой почвы, в процентах объема почвы, миллиметрах, в кубических метрах на 1 га.

Ход анализа

Берут металлический цилиндр с сетчатым дном. Внутрь его кладут фильтровальную бумагу. Определяют массу пустого цилиндра. Затем в цилиндр насыпают почву из нерастертого образца, уплотняя ее при этом, путем постукивания цилиндром о ладонь. После этого снова взвешивают цилиндр с почвой, для того, чтобы определить массу воздушно-сухой почвы в объеме цилиндра. Для определения скорости капиллярного подъема воды измеряют высоту почвы в цилиндре. Металлический цилиндр с почвой помещают в специальную ванночку с водой так, чтобы сетчатое дно цилиндра стояло на фильтровальной бумаге, концы которой опущены в воду, и засекают время начала насыщения. Вода по порам бумаги передается почве, и происходит ее капиллярное насыщение. После того, как произойдет насыщение (поверхность почвы увлажнится), снова засекают время. После полного насыщения цилиндр взвешивают на технохимических весах.

Расчеты капиллярной влагоемкости (КВ) в процентах производят по формуле

где В – масса почвы в объеме цилиндра после насыщения, г; Е – масса абсолютно сухой почвы в объеме цилиндра, г.

Скорость капиллярного подъема воды находят по формуле

где h – высота столба почвы, помещенного в цилиндр, мм; t – продолжительность насыщения, мин.

Форма записи результатов

2.6.2 Определение наименьшей влагоемкости в рассыпном образце почвы

Предельная полевая влагоемкость (ППВ) или наименьшая влагоемкость (НВ) – наибольшее количество капиллярноподвешенной воды, которое может удерживать почва менисковыми или капиллярными силами после стекания всей гравитационной воды.

Предельная полевая влагоемкость – важнейшая характеристика водных свойств почв. В природной обстановке она наблюдается после обильного увлажнения почв и стекания всей гравитационной влаги. При предельной полевой влагоемкости в почве имеется максимальное количество влаги, доступной растениям. Разница между ППВ и влажностью завядания (ВЗ) характеризует, по Н.А. Качинскому, диапазон активной или продуктивной влаги.

В почвах с глубоким залеганием грунтовых вод, в профиле, лежащем выше капиллярного увлажнения, высший предел влажности – наименьшая влагоемкость (НВ). Общепринятым методом определения НВ считается метод делительных площадок, заливаемых водой в полевых условиях. Но этот метод длительный и трудоёмкий, особенно в условиях, когда нет близко пресной воды, и когда требуется определить НВ на большую глубину. Этим и объясняется ограниченность широкого использования этого метода.

Ход анализа

Лабораторный метод С.Н. Пустовойта и А. Ражабова основан на определении водоудерживающей способности почв и заключается в нижеследующем.

Из образца воздушно-сухой почвы берут среднюю пробу около 40 г, растирают каучуковым или деревянным пестиком и просеивают через сито с отверстиями 3 мм. Просеянную почву тщательно взвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г. Навеску помещают в специально приготовленный цилиндр с сетчатым дном. Цилиндры могут быть приготовлены из стекла, пластмассы или цветных нержавеющих металлов. Высота цилиндра около 10 мм. На нижний скошенный конец цилиндра прикрепляется туго натянутая шелковая или бронзовая сеточка с отверстиями около 0,1 мм.