Определение плотности и структурных характеристик почв естественного состояния

Под плотностью r понимается масса сухой почвы в единице объема в естественном состоянии и сложении.

= г/см³; кг/м³, (1)

где m_с - масса сухой почвы, кг; V - объем почвы, м³.

Плотность почвы и рыхлость сложения, создаваемая корнями растений и деятельностью микроорганизмов, бывают обычно наименьшими в верхних, гумусовых горизонтах почвы.

В гумусовых горизонтах плотность обычно равна 1000-1200 кг/м³, а в чисто органогенных горизонтах – лесных подстилках и в торфах – она падает до 200-400 кг/м³. В минеральных горизонтах величина плотности возрастает до 1300-1600 кг/м³. Наиболее высокая плотность 2000 кг/м³ наблюдается в глеевых горизонтах заболоченных почв.

Значение величины плотности почвы позволяет найти структурные характеристики почвы: пористость (скважность или порозность), влаго- и газонасыщенность (скважность аэрации).

Относительной пористостью называется отношение объемов пор, занятых водой V_в и воздухом V_г, ко всему объему почвы V:

n = = 100, %:

n = 100, %. (2)

Наибольшая пористость наблюдается в верхних гумусовых горизонтах, где она достигает 55-70 %, а в органогенных горизонтах - торфах и лесных подстилках – даже 90 %. В минеральных горизонтах она уменьшается до 35-50 %. Наиболее низкая пористость в глеевых горизонтах – от 26 до 30 %.

Предельно высокой величине плотности 2000 кг/м³ и r_с=2700 кг/м³ соответствует предельно малая пористость – 26 %.

Пористость оказывает существенное влияние на рост растений, так как от нее зависит рыхлость и степень аэрируемости почвы. Для с/х культур оптимальной считается пористость 45-50 %.

Помимо общей величины пористости, существенным для характеристики почвы является размер самих пор, так как от него зависит их водо- и воздухопроницаемость.

Массу сухого вещества m_c выразим через общую массу m и влажность почвы:

= .

Влажность исследуемой почвы определяется ускоренным методом на экспресс влагомере:

V_с = .

Подставив выражения для V и V_c в формулу (2) найдем:

n=100- (100-w), % или ,%

Эта формула используется для расчета пористости любого материала.

Опустив преобразования, получим соотношения:

для влагонасыщенности (n_в) n_в = , %;

для газонасыщенности (n_г ) n_г = n-n_в = 100- (100-w)- ,%.

Для водонасыщенных почв имеется косвенный способ оценки величины плотности почвы. Зная плотность твердой фазы почвы и рассчитав ее объем с учетом пор, занятых водой (1+Wr_в/100) м³, где W- абсолютная влажность, при плотности воды r_в=1000 кг/м³, можно определить плотность почвы по формуле

r = , кг/м³.

По величине плотности твердой фазы почвы r_с и плотности почвы r рассчитывают общую порозность почвы в объемных процентах:

n = , %.

Целью работы является определение плотности почвы в естественном залегании. Для этих целей используется метод режущего кольца. С этой целью кольцо с заостренной кромкой и известным объемом вдавливается в почву. Вынутая вместе с кольцом почва зачищается по торцам и взвешивается. Масса почвы, деленная на объем кольца, дает плотность почвы. Для получения достоверного результата число измерений должно быть не менее пяти. Точность измерений растет с увеличением диаметра кольца.

В зависимости от состояния почвы ее плотность также можно определить методами волюменометра и гидростатического взвешивания для плотных монолитов почвы и других дисперсных материалов.

Волюменометр представляет собой цилиндрический сосуд с сообщающейся мерной трубкой. В сосуд заливается жидкость, в которую помещается кусок почвы, и по разности отметок уровней жидкости в мерной трубке определяют объем почвы. Массу образца определяют взвешиванием до определения объема.

Метод гидростатического взвешивания основан на законе Архимеда. Взвешивание образца ведут в воздухе и в жидкости. Вес в жидкости будет меньше на величину выталкивающей силы, которая равна весу жидкости в объеме тела.

Насыпная плотность воздушно-сухой почвы может быть определена методом мерного цилиндра и мерного ящика.

Последовательность выполнения работы

1. На подготовленную ровную поверхность почвы устанавливают режущее кольцо с направляющим цилиндром.

2. С помощью шомпола кольцо погружают в почву на полную глубину, окапывают почву вокруг цилиндра лопаткой и ножом подрезают почву под цилиндром таким образом, чтобы с нижней стороны оставался некоторый излишек почвы.

3. Кольцо с почвой извлекают и острым ножом обрезают излишки почвы вровень с нижним краем цилиндра.

4. Над листом бумаги почву выталкивают шомполом в предварительно взвешенный бюкс. Упавшую часть почвы с листа ссыпают в бюкс.

5. Бюкс с почвой взвешивают с точностью до 10^{-5 кг.}

6. Из бюкса берется навеска почвы для определения влажности ускоренным методом на экспресс влагомере (табл. 1).

7. Опыты проводятся в двукратной повторности.

8. Все данные вносятся в табл. 2.

Таблица 1

№ чашки	Масса чашки, г	Масса чашки с почвой, г	Масса навески, г	Масса чашки с почвой после сушки, г	Масса воды, г	Влажность w, %

Таблица 2

Тип почвы	№ бюкса	Масса бюкса, г	Масса бюкса с почвой, г	Масса почвы, г	Масса сухой почвы, г	Объем почвы, см3	r, г/см3	rср, г/см3

Контрольные вопросы

1. Плотность почвы.

2. Значение плотности для различных почв.

3. Структурные характеристики почвы.

4. Значение пористости почв по горизонтам и в зависимости от вида почвы.

5. Связь пористости (скважности или порозности) с техническими свойствами почвы.

6. Методы определения плотности почв.