Почвенная влага

Одно из условий формирования почвы – наличие в ней воды. Воде принадлежит основная роль как в выветривании горных пород, так и в развитии почв. Благодаря воде в почве протекают многие биологические, физические и химические процессы, совершается транспортировка веществ, происходит развитие растений и микроорганизмов. Почвенная влага является терморегулирующим фактором, в значительной степени определяющим баланс тепла в почве и ее температурный режим, от ее количества зависят физико-механические свойства почв (структура, плотность твердой фазы, плотность сложения почв, пористость почв, пластичность, липкость, набухание, усадка, связность почвы, твердость и др.), а в конечном итоге –и их плодородие.

При этом как недостаток, так и избыток влаги отрицательно сказывается на плодородии почв, снижает окупаемость минеральных и органических удобрений, уменьшает эффективность агротехнических мероприятий.

В природных условиях в почве всегда содержится то или иное количество влаги. Если массу этой влаги выразить в процентах от массы сухой почвы, то можно рассчитать абсолютную влажность почвы

, (1.1)

где W –абсолютная влажность почвы (в %); М_в – масса воды; М_п – масса абсолютно сухой почвы.

Для характеристики степени насыщения почв водой введено понятие относительной влажности, которая рассчитывается как процент абсолютной влажности от полной влагоемкости:

, (1.2.)

где W_отн –относительная влажность (в %); ПВ – полная влагоемкость (в %).

Для большинства культурных растений оптимальная относительная влажность почвы находится в пределах 70…100 % от полной влагоемкости.

Основной источник воды в почве –атмосферные осадки. Однако обеспеченность растений водой зависит не только от количества осадков, но и от водных свойств самой почвы, от способности почвы испарять, впитывать, поднимать по капиллярам влагу, удерживать и отдавать ее растениям.

При одинаковых осадках разные почвы могут содержать различное количество доступной для растений влаги, что во многом зависит от их гранулометрического и минералогического составов, структурного состояния и гумусированности. В связи с этим важно знать не только общие запасы воды в почве, но и состояния, в которых она может находиться, ее доступность растениям, законы передвижения воды в почвенном профиле, водопроницаемость, водные свойства почв (водоудерживающая и водоподъемная способность) и их водные режимы.

Вода в почве (жидкая фаза почвы) – природные воды, включающие пленочную (адсорбированную), капиллярную (поровую) и гравитационную воду. Это деление условное, резких границ между указанными формами воды в почве нет. Вода в почве может находиться в свободном состоянии и связанном состоянии. В свободном состоянии в пространстве между частицами почвы она подчиняется силам земного притяжения (гравитации) либо частично удерживается в капиллярах пород менисковыми силами. Растения легко усваивают гравитационную воду, когда она находится в зоне корневой системы (поэтому важен полив почвы). Растения легко поглощают капиллярную воду, играющую наибольшую роль в регулярном снабжении их водой.

В связанном состоянии вода в почвах может быть либо в пленочном, либо в адсорбированном виде, удерживаясь между зернами пород адсорбционными силами. Известны две формы связанной воды: физическая и химическая. Химически связанная вода –это кристаллизационная вода. Она прочно связана с кристаллами. Физически связанная вода может быть как прочносвязанной, так и рыхлосвязанной. Прочносвязанная вода удерживается физическими законами –громадным давлением в недрах. Эта вода называется гигроскопической. Она совершенно недоступна растениям. Рыхлосвязанная вода обволакивает частицы породы. Она представляет собой дополнительную водную пленку, расположенную вокруг прочносвязанной воды. Она обладает повышенной вязкостью, может очень медленно передвигаться по поверхности частиц породы, как жидкость. На эту воду не оказывает влияние гравитация, и замерзает она не при 0 °С, а при –,5 °С. Высвобождается при температуре 105…110 °С и физиологически практически недоступна растениям. Ее количество зависит от содержания в почве коллоидных частиц. В глинистых почвах ее содержится около 15 %, в песчаных –около 5 % массы почвы. Она образует так называемый «мертвый запас» воды. К почвенному раствору можно условно отнести капиллярную воду, которая занимает меж- и внутри-агрегатные капилляры, и гравитационную воду, с которой связано перемещение химических веществ по почвенному профилю.

Для растений очень важно, насколько хорошо удерживает почва полученную влагу и отдает ее корням. Наибольшее количество воды, которое может быть удержано почвой, называется общей (или полной) влагоемкостью почвы. Она зависит от механического состава почвы, содержания в ней гумуса и от общей пористости.

Свойство почвы впитывать и пропускать через себя воду называется водопроницаемостью. При плохой водопроницаемости (на тяжелых почвах) вода осадков стекает по поверхности почвы.

В то же время при очень высокой водопроницаемости, которой, например, обладает песчаная почва, осадки слишком быстро проникают через почву и не используются растениями.

Свойство почвы поднимать воду вверх называется водоподъемной способностью. Наибольший этот показатель у глинистых и суглинистых почв.

Ход работы

Отбор проб почв и подготовка их к анализу

Отбор проб проводится в соответствии с нормативными документами [18, 19].

1.Точечные пробы отбирают на пробной площадке из одного или нескольких слоев или горизонтов методом конверта, по диагонали или любым другим способом с таким расчетом, чтобы каждая проба представляла собой часть почвы, типичной для генетических горизонтов или слоев данного типа почвы. В зависимости от цели исследования, размера пробной площадки, количество точечных проб должно соответствовать указанным в таблице 3.

Точечные пробы отбирают ножом или шпателем из прикопок или почвенным буром.

2.Объединенную пробу составляют путем смешивания точечных проб, отобранных на одной пробной площадке.

3.Для химического анализа объединенную пробу составляют не менее, чем из пяти точечных проб, взятых с одной пробной площадки. Масса объединенной пробы должна быть не менее 1 кг.

Для контроля загрязнения поверхностно распределяющимися веществами – нефть, нефтепродукты, тяжелые металлы и др. точечные пробы отбирают послойно с глубины 0 – 5 и 5 – 20 см массой не более 200 г каждая.

Для контроля загрязнения легко мигрирующими веществами точечные пробы отбирают по генетическим горизонтам на всю глубину почвенного профиля.

Таблица 3

Цель исследования	Размер пробной площадки, га		Количество проб
	однородный почвенный покров	неоднородный почвенный покров
Определение содержания в почве химических веществ	от 1 до 5	от 0,5 до 1	Не менее одной объединен­ной пробы
Определение содержания физических свойств и структуры почвы	от 1 до 5	от 0,5 до 1	От 3 до 5 точечных проб на один почвенный горизонт
Определение патогенных организмов и вирусов	от 0,1 до 0,5	0,1	10 объединенных проб, со стоящих из 3 точечных – проб каждая

4.При отборе точечных проб и составлении объединенной пробы должна быть исключена возможность их вторичного загрязнения.

Точечные пробы почвы, предназначенные для определения тяжелых металлов, отбирают инструментом, не содержащим металлов. Перед отбором точечных проб стенку прикопки или поверхности керна следует зачистить ножом из полиэтилена или полистирола, или пластмассовым шпателем.

Точечные пробы почвы, предназначенные для определения летучих химических веществ, следует сразу поместить во флаконы или стеклянные банки с притертыми пробками, заполнив их полностью до пробки.

Точечные пробы почвы, предназначенные для определения пестицидов, не следует отбирать в по­лиэтиленовую или пластмассовую тару.

5.Все объединенные пробы должны быть зарегистрированы в журнале и пронумерованы. На каждую пробу должен быть заполнен сопроводительный талон. В процессе транспортировки и хранения почвенных проб должны быть приняты меры по предупреждению возможности их вторичного загрязнения.

СОПРОВОДИТЕЛЬНЫЙ ТАЛОН

1. Дата и час отбора пробы

2. Адрес

3. Номер участка

4. Номер пробной площадки

5. Номер объединенной пробы, горизонт (слой), глубина взятия пробы

6. Характер метеорологических условий в день отбора пробы

7. Особенности, обнаруженные во время отбора пробы (освещение солнцем, применение средств химизации, виды обработки почвы сельскохозяйственными машинами, наличие свалок, очистных сооружений и т.д.)

8. Прочие особенности

Исполнитель, должность

Личная подпись

Расшифровка подписи

9. Пробы почвы для химического анализа высушивают до воздушно-сухого состояния. Воздушно-сухие пробы хранят в матерчатых мешочках, в картонных коробках или в стеклянной таре.

Пробы почвы, предназначенные для определения летучих и химически нестойких веществ, доставляют в лабораторию и сразу анализируют.

10. Для подготовки почв к анализу пробу почвы рассыпают на бумаге или кальке и разминают пестиком крупные комки. Затем выбирают включения – корни растений, насекомых, камни, стекло, уголь, кости животных, а также новообразования – друзы гипса, известковые журавчики и др. Почву растирают в ступке пестиком и просеивают через сито с диаметром отверстий 1 мм.

Опыт 1. Определение влажности, состава и структуры почвы

Лопаткой отберите пробу в пяти точках участка (рис. 4), на глубине 0-20 см.

Рис. 4. Точки взятия проб на участке

Поместите пробы в пакеты. Каждый пакет герметично завяжите. Заполните сопроводительный та­лон.

На аналитических весах взвесьте чистый стеклянный бюкс с пришлифованной крышкой, доведен­ный в сушильном шкафу при температуре 100...105 °С до постоянной массы, с точностью 0,0001 г. На­веску почвы поместите в бюкс. Для высокогумусных глинистых почв с высокой влажностью достаточ­но 15... 20 г, навеска для более бедных и сухих почв должна быть 15...50 г. Ориентировочную массу на­вески определите на технических весах, точный вес определите на аналитических весах. Затем бюкс от­кройте, крышку установите в вертикальное положение, и поместите в сушильный шкаф. Температура нагрева составляет 105 °С в течение 6 ч. Песчаные почвы нагревают 3 ч при той же температуре, загип­сованные -8ч при 80±2 °С. Высушенные навески перенесите в эксикатор с концентрированной H₂SO₄ или безводным СаСl₂. Закройте бюкс с навеской. После остывания навески взвесьте бюкс с навеской на аналитических весах и снова поместите в сушильный шкаф на 1 ч для песчаных почв, и на 2 ч для ос­тальных почв при той же температуре. Сушите и взвешивайте до тех пор, пока разница между послед­ними взвешиваниями не будет меньше 0,0003 г.

Рассчитайте влажность образца (W, %) по формуле:

(1.3)

где m₁ – масса влажной почвы с бюксом; m₀ – масса высушенной почвы с бюксом; m – масса бюкса. Опишите состав, структуру, влажность почвы и занесите полученные результаты в табл. 4.

Таблица 4

№ пробы	Место отбора про­бы	Структура почвы	Состав почвы	Влажность почвы
				m1,г	m0, г	m, г	W, %

Необходимо указать: в графе «структура почвы» – рассыпчатая, комковатая, ореховатая, зернистая и др.; в графе «состав почвы» – наличие песка, глины, камней, инородных включений.

Опыт 2. Определение плодородия почвы по ее цвету. Установление типа почв

1 Почву по содержанию гумуса и цвету можно условно разделить на следующие категории по плодородию:

Таблица 5

Категории почв по плодородию

Окраска почв	Содержание гумуса, %	Категории
Очень черная	10...15	Высокогумусная, очень плодородная
Черная	7...10	Гумусная, плодородная
Темно-серая	4...7	Среднегумусная, среднеплодородная
Серая	2...4	Малогумусная, среднеплодородная
Светло-серая	1...2	Малогумусная, малоплодородная
Белесая малоплодородная	0,5...1	Очень малогумусная, очень

Образцы почв с различным содержанием гумуса рассмотрите при разном освещении и определите их категорию согласно вышеприведенной таблице.

2. По почвенной карте Европейской части России изучите и выпишите основные типы почв, указывая географические районы их распространения. Используя почвенную карту Самарской области, перечислите наиболее распространенные почвы на ее территории в северных, центральных и южных районах.

Используя почвенную карту хозяйства, изучите условные обозначения. Запишите, как принято изображать на карте тип почвы, ее механический состав, материнские породы. Отметьте, какие почвы наиболее распространены на территории хозяйства, какие почвы встречаются в долинах рек, в лесах, на лу­гах, в оврагах и т.д. Сделайте выводы о почвенных условиях хозяйства и возможности сельскохозяйственной деятельности в данных условиях.

Изучите агрохимические картограммы хозяйства и запишите, что обозначается на них и какими условными знаками. Сделайте заключение о содержании в почве элементов питания, почвенной кислотности, необходимости внесения минеральных удобрений и известкования.

Проанализируйте полученные результаты и сделайте выводы об экологическом состоянии почвы по ее общим физическим свойствам.

3. Выводы

Образец вывода: В результате лабораторной работы определена влажность почвы, величина которой равна: W = %, а также охарактеризованы состав ( ), структура (__________), плодородие ( ), тип ( ) почвы. Изученный образец почвы пригоден (непригоден) для целей.

Лабораторная работа № 18