Николай Чекаев - Почвоведение и инженерная геология

Плотностью твердой фазы почвы называется отношение массы твердой фазы почвы в сухом состоянии к массе равного объема воды при температуре +4 °C. Эта величина зависит от природы входящих в почву минералов и от количества органического вещества.

В среднем плотность твердой фазы у большинства почв равна 2,50–2,65 г/см 3и изменяется в зависимости от указанных причин. Чем больше гумуса содержит почва, тем меньше плотность твердой фазы. Так, чернозем с 10 %-м содержанием гумуса имеет плотность твердой фазы около 2,4 г/см 3, а дерново-подзолистая почва с 2,5 %-м содержанием гумуса – 2,6 г/см 3. У торфов плотность твердой фазы зависит от степени разложения и зольности торфа и колеблется от 1,4 до 1,7 г/см 3. Некоторые скелетные почвы имеют плотность твердой фазы 3,0 г/см 3.

Знание плотности твердой фазы почвы необходимо для вычисления пористости почвы. Кроме того, плотность твердой фазы почвы дает некоторую ориентировку в петрографическом составе входящих в почву минералов и указывает на соотношение минеральной и органической частей.

Плотность твердой фазы почвы определяют пикнометрическим способом. Для ее вычисления надо знать объем и массу твердой фазы почвы. При пикнометрическом способе объем твердой фазы находят путем вытеснения воды взятой навеской почвы.

Ход анализа

1. В колбу наливают около 250 мл дистиллированной воды, кипятят примерно полчаса для удаления из нее растворенного воздуха и охлаждают до комнатной температуры.

2. Берут пикнометр (или мерную колбу) на 100 мл, наливают в него до метки прокипяченную и охлажденную дистиллированную воду, измеряют температуру и взвешивают на аналитических весах.

3. Из просеянного через миллиметровое сито образца отвешивают на аналитических весах в стеклянный стаканчик или в какуюлибо другую тару 9–10 г воздушно-сухой почвы. Одновременно берут навеску для определения гигроскопической влаги, если ее не определяли.

4. Из взвешенного пикнометра выливают немного больше 1/2 объема воды и высыпают в него навеску почвы. Стаканчик, в котором находилась почва, снова взвешивают и по разности между стаканчиком с почвой и пустым стаканчиком находят массу почвы, взятой для определения плотности твердой фазы.

5. Почву и воду в пикнометре кипятят 30 мин для удаления воздуха, доливая дистиллированной водой по мере выкипания до половины его объема.

6. После кипячения пикнометр с содержимым охлаждают до комнатной температуры и доливают прокипяченную и охлажденную воду до метки, вытирают снаружи фильтровальной бумагой и взвешивают на аналитических весах. Нужно следить, чтобы температура пикнометра с водой и почвой и первоначальная температура пикнометра с водой были одинаковыми.

7. Плотность твердой фазы почвы вычисляют по формуле

где d – плотность твердой фазы, г/см 3; А – навеска сухой почвы, г; В – масса пикнометра с водой, г; С – масса пикнометра с водой и почвой, г.

Форма записи результатов

Плотностью почвы называют массу единицы ее объема в естественном сложении. При определении плотности узнают массу почвы в определенном объеме со всеми порами. Определяя плотность твердой фазы, узнают массу твердой фазы почвы, занимающей весь объем, без пор. Таким образом, плотность сложения одной и той же почвы всегда будет меньше плотности ее твердой фазы. Плотность характеризует взаимное расположение почвенных частиц и агрегатов и выражается в граммах на 1 см 3. Она зависит от гранулометрического состава, содержания органического вещества и структурного состояния почвы.

Плотность сложения минеральных почв колеблется от 0,8 до 1,8 г/см 3. В верхних горизонтах черноземных почв плотность составляет 1,0–1,2, в нижних – 1,3–1,6 г/см 3. У почв с небольшим содержанием гумуса плотность около 1,3–1,6 г/см 3. В нижних горизонтах почв с плотным сложением она составляет 1,6–1,8 г/см 3. Плотность целинных верховых болотных почв 0,04–0,08, старопахотных низинных болотных почв 0,2–0,3 г/см 3.

Знание плотности почвы позволяет высчитывать запасы воды, питательных веществ в пахотном или любом другом горизонте почвы. Таким образом, определение плотности почвы имеет важное агрономическое значение.

От плотности почвы зависят водно-воздушные, тепловые и биологические свойства. С уплотнением суглинистых и глинистых почв уменьшается общая пористость и объем пор аэрации, увеличивается объем неактивных пор, в которых вода практически недоступна растениям, снижается скорость фильтрации, затрудняется распространение корней.

Чрезмерно рыхлое состояние почвы также неблагоприятно, так как почва при этом быстро иссушается, нарушается контакт семян, корней растений с почвой. Отрицательное влияние повышенной плотности на легких почвах (пески и супеси) сказывается слабее или вовсе не сказывается для ряда культур.

В лабораторных условиях плотность сложения почвы определяют из рассыпного образца с нарушенным сложением почвы. Но такой метод не дает действительного представления о плотности сложения почвы в ее естественном залегании.

Ход анализа

1. Берут цилиндр (бюкс). Взвешивают его.

Насыпают в цилиндр почву из нерастертого образца, уплотняя ее по мере наполнения (постукивают дном цилиндра о ладонь руки). Измеряют высоту насыпного слоя почвы, диаметр цилиндра и определяют объем почвы.

Взвешивают цилиндр с почвой.

2. Вычисляют плотность сложения почвы ( d V ) по формуле

где d v – плотность сложения почвы, г/см 3 , P – масса сухой почвы, г; V – объем почвы, см 3.

Объем цилиндра вычисляем по формуле

где π= 3,14; r – радиус цилиндра, см; h – высота цилиндра, см.

Форма записи результатов

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

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.