Практические и лабораторные занятия.
реклама
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА г. СЕМЕЙ А. Ю. Жанадилов Практикум по почвоведению Семей-2014 УДК 338.24:339.138:758 ББК 85.9 Ж 77 Жанадилов А.Ю. Практикум по почвоведению – Семей, 2014. – 87 с. Рецензенты: Доктор биологических наук, профессор Омского государственного университета имени Ф.М.Достоевского: С.А. Соловьёв Доктор сельскохозяйственных наук, профессор государственного университета имени Шакарима г.Семей: Б.Ж. Кожебаев Доктор сельскохозяйственных наук профессор Казахского гуманитарно-юридического инновационного университета: С.К. Курманбаев Жанадилов А.Ю. Практикум подготовлен в соответствии с программой лабораторных занятий по почвоведению. Приведены основные методики проведения занятий. Изложены краткие сведения теоретического характера с целью лучшего усвоения основных положений курса. Описаны основные виды лабораторных работ по физическим, физико-химическим, химическим и биохимическим анализам почв, рассмотрены классификация и диагностика почв по морфологическим и химическим признакам, приведены вопросы для самоконтроля знаний по почвоведению. Учебное пособие предназначено для студентов специальностей «5В060800 – Экология», «5В080100 – Агрономия» а также магистрантов, соискателей, научных работников. ISBN 5985-504-77-4 © Жанадилов А.Ю., 2014 СОДЕРЖАНИЕ Стр. Введение……………………………………………………………………………………… I. Полевое исследование почв Лабораторная работа №1 Тема: Морфологические признаки почвенного профиля. Методика полевого исследования почв………………………………………………….. Лабораторная работа №2 Тема: Морфологические признаки почвы: мощности, цвета, структуры, сложения, распределения, новообразования, включения………………… II. Лабораторное исследование физических свойств почв Лабораторная работа №3 Тема: Гранулометрический состав почвы………………….. Лабораторная работа №4 Тема: Определение гранулометрического состава почв пирофосфатным методом…………………………………………………………………. Лабораторная работа №5 Тема: Определение гранулометрического состава почвы по методу Рутковского……………………………………………………………………….. Лабораторная работа №6 Тема: Определение плотности почвы. Определение пористости почвы………………………………………………………………………………………. Лабораторная работа №7 Тема: Агрегатный (структурный) анализ и определение водопрочности почвенных агрегатов……………………………………………………. Лабораторная работа № 8 Тема: Определение механического состава почв…………………………………………………………………………………………… Лабораторная работа №9 Тема: Водные свойства почвы………………………………… Лабораторная работа №10 Тема: Подготовка почвы к анализу. Определение полевой влажности почвы……………………………………………………………….................. Лабораторная работа №11Тема: Определение полевой влажности почвы…………… Лабораторная работа №12 Тема: Определение наименьшей влагоемкости почвы (из насыпного образца)………………………………………………………………………. Лабораторная работа № 13 Тема: Тема: Физико-механические свойства почвы. Определение капиллярной влагоёмкости почвы………………………………………. Лабораторная работа №14 Тема: Общие физические свойства почвы……………….. Лабораторная работа №15 Тема: Определение плотности сложения почвы…………. III. Лабораторное исследование химческих свойств почвы Лабораторная работа №16 Тема: Химические свойства почвы…………………… Лабораторная работа №17 Тема: Определение общего содержания гумуса в почве……. Лабораторная работа № 18 Тема: Определение содержания гумуса (по Тюрину)…….. Лабораторная работа №19Тема: Изучение свойств гумусовых веществ почвы……….. Лабораторная работа №20Тема: Поглотительная способность почвы. Лабораторная работа №21Тема: Качественное определение основных видов поглотительной способности почвы……………………………………………………… Лабораторная работа №22 Тема: Определение суммы поглощенных оснований…….. Лабораторная работа №23 Тема: Кислотно-основные свойства почвы………………. Лабораторная работа №24 Тема: Определение рН водной вытяжки (актуальной кислотности)……………………………………………………………………………… Лабораторная работа № 25 Тема: Определение актуальной кислотности………….. Лабораторная работа №26Тема: Определение гидролитической кислотности Лабораторная работа №27 Тема: Засоленность почв………………………………… Лабораторная работа № 28. Тема: Определение аммонийного азота……………… Лабораторная работа №29 Тема: Определение общей суммы водорастворимых веществ (сухой остаток)……………………………………………………………………………. Лабораторная работа №30Тема: Определение содержания карбонатов ацидиметрическим методом…………………………………………………………………………………….. IV. География и классификация почв Лабораторная работа №31 Тема: Почвенно-географическое районирование…………….. Лабораторная работа №32Тема: Географическое распространение, классификация и диагностика основных почв………………………………………………………………. Лабораторная работа №33 Тема: Почвенные карты и картограммы…………………. 5.Бонитировка и экономическая оценка почв Лабораторная работа №34 Тема: Бонитировка почв. Качественная оценка плодородия почв хозяйства……………………………………………………………………………… Лабораторная работа №35 Тема: Бонитировка почв на основе почвенно-экологических индексов…………………………………………………………………………………… Список литературы………………………………………………………………………….. Приложение…………………………………………………………………………………... Почвою не вся земля зовется, Только верхний плодородный слой, Только в нем, когда пригреет солнце, Прорастают семена весной. (Ольга Мирко) ВВЕДЕНИЕ Почва – особое естественноисторическое тело, главное средство производства в сельском хозяйстве, предмет и объект труда. Предмет «Почвоведение» дает представление о почве как природном теле, ее образовании, строении, свойствах, эволюции, приемах рационального использования, сохранения и повышения плодородия. Знания в области почвоведения необходимы экологам-природопользователям и инженерам-землеустроителям для рационального использования земельных ресурсов, их охраны, рекультивации, земельно-учетных и земельно-оценочных работ в рамках земельного кадастра и мониторинга земель. Научно обоснованная организация территории хозяйств, проектирование севооборотов, агромелиоративные мероприятия, улучшение природных кормовых угодий, правильная планировка местности требуют строгого учета почвенных условий. Настоящий практикум поможет студентам в приобретении знаний, умений и навыков, необходимых в их будущей работе по избранным специальностям в соответствии с требованиями квалификационной характеристики. Содержание практикума построено таким образом, что в начале каждого занятия дается теоретическое пояснение, а затем порядок выполнения работы. Теоретическая часть включает принятые в Казахстане нормативы для оценки показателей определяемых почвенных свойств. Каждое занятие начинается с указания его цели, а в конце приведены задания и контрольные вопросы по теоретической и практической части занятия. Кроме того, в описании методик содержатся инструкции по техническому оснащению занятий (перечень необходимого оборудования, реактивов, инструкции по приготовлению растворов). Авторы рекомендуют начать практический курс почвоведения с освоения методов полевого исследования почв. Это будет способствовать развитию целостного представления о почве в генетическом единстве ее морфологических и функциональных признаков. В связи с этим в учебных планах специальностей следует ставить курс «Почвоведение» в осенние семестры. Перечень тем, включенных в практикум, выходит за рамки аудиторных занятий, что позволит пользоваться им студентам при выполнении соответствующих тем курсовых, дипломных работ и заданий полевых практик. Полезен он и для аспирантов, соискателей и научных работников, так как при описании выполнения лабораторных работ были использованы принятые в настоящее время стандарты. Практические и лабораторные занятия. Практические и лабораторные занятия – одна из форм учебного занятия, направленная на развитие самостоятельности студентов и приобретение умений и навыков. Практические и лабораторные занятия должны способствовать углубленному изучению наиболее сложных вопросов дисциплины и служат основной формой подведения итогов самостоятельной работы студентов. Именно на этих занятиях студенты учатся грамотно излагать проблемы и свободно высказывать свои мысли и суждения, рассматривают ситуации, способствующие развитию профессиональной компетентности. Всё это помогает приобрести навыки и умения, необходимые современному специалисту. Лабораторные работы (лабораторный практикум) При выполнении лабораторных работ проводятся: подготовка оборудования и приборов к работе, изучение методики работы, воспроизведение изучаемого явления, измерение величин, определение соответствующих характеристик и показателей, обработка данных и их анализ, обобщение результатов. В ходе проведения работ используются план работы и таблицы для записей наблюдений. При выполнении лабораторной работы студент ведет рабочие записи результатов измерений (испытаний), оформляет расчеты, анализирует полученные данные путем установления их соответствия нормам и/или сравнения с известными в литературе данными и/или данными других студентов. Окончательные результаты оформляются в форме заключения. I. ПОЛЕВОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЧВ Изучение почв в полевых условиях является обязательным начальным этапом исследования почвенного покрова любой территории. В ходе полевого изучения почв получают информацию о внешних (морфологических) признаках почвенного тела, в которых отражается протекание внутренних процессов почвообразования; отбирают образцы для анализа физико-химических свойств почвы. При этом многие важнейшие признаки почвы (цвет, влажность, гранулометрический состав, структура, сложение, наличие и характер новообразований и включений) могут быть диагностированы уже в полевых условиях. Ключевым моментом полевого изучения почвы является описание почвенного генетического профиля, т.е. совокупности почвенных генетических горизонтов. Лабораторная работа №1 Тема: Признаки почвенного профиля. Методика полевого исследования почв. Цель занятия: получить общее представление о почвенном генетическом профиле, познакомиться со схемой его описания, изучить морфологические признаки почвы, освоить технику закладки почвенного разреза и отбора образцов для анализа физикохимических свойств почвы. Почва – природное тело с вертикальным изменением свойств, поэтому его изучение проводят в специально выкопанных ямах – почвенных разрезах. Перед закладкой почвенного разреза тщательным образом осматривают местность, отмечая особенности и актуальное состояние основных факторов почвообразования: растительности, рельефа, человеческой деятельности. Разрез необходимо закладывать в наиболее характерном месте обследуемой территории, исключая участки с нетипичными элементами микрорельефа, признаками нарушения почв. Почвенный разрез ориентируют так, чтобы на момент описания профиля почвы передняя стенка была обращена к солнцу. Вначале, наметив общий контур разреза, аккуратно подрезают дерн (снимают лесную подстилку). При рытье разреза материал верхних темных (гумусированных) горизонтов почвы и нижних, более светлых горизонтов, отсыпают раздельно на боковые стороны разреза. Передняя стенка шириной 7080 см должна оставаться ненарушенной. Переднюю и боковые стенки разреза следует делать отвесными во избежание обвалов и осыпей, а заднюю – в виде ступенек через 30-50 см. Длина разреза составляет обычно 150-200 см, а глубина может варьировать в зависимости от типа разреза. Почвенные разрезы бывают трех типов: полные (основные) разрезы, контрольные разрезы и прикопки. Полные, или основные разрезы при почвенном обследовании территории закладывают в наиболее характерных местах. Они предназначаются для всестороннего изучения не только почв, но и материнских пород, поэтому их глубина должна составлять 150-250 см. Такие разрезы служат для специального детального изучения морфологических свойств почв и взятия образцов для физических и химических анализов. Контрольные разрезы (полуразрезы, полуямы) служат для установления контуров распространения почв и выявления наиболее существенных свойств почв, охарактеризованных полными разрезами. Они имеют глубину 75-150 см. Если при описании полуямы обнаружены признаки, не отмеченные при описании полного разреза, то в этом месте необходимо закладывать полный разрез. Прикопки закладывают для уточнения границ распространения почв и установления изменения каких-либо отдельных свойств. Глубина их колеблется в зависимости от особенностей почв в пределах от 40 до 75 см. После закладки почвенного разреза приступают к описанию почвенного генетического профиля. Результаты описания фиксируют на специальных бланках (см. приложение) или в полевом журнале. Передняя стенка разреза должна быть наполовину (по вертикальной оси) отпрепарирована почвенным ножом. В таком виде легче определить морфологические особенности почвы: структуру, границы почвенных горизонтов и др. П о ч в е н н ы й г е н е т и ч е с к и й п р о ф и л ь представлен на передней освещенной стенке разреза в виде последовательно сменяющих друг друга почвенных генетических горизонтов. Эти горизонты отличаются друг от друга по цвету, структуре, сложению и ряду других признаков. Переход от одного горизонта к другому, как правило, постепенный. На передней стенке разреза ножом намечают границы почвенных горизонтов и отмечают их мощность с помощью измерительной ленты, закрепленной на верхней бровке передней стенки. Выделение генетических горизонтов почвы требует некоторого навыка, но главным критерием этого выделения является видимое изменение свойств почвы (относительно резкое, или постепенное) на границе горизонтов и относительная однородность почвы в пределах одного горизонта. Следуя традиции, заложенной в трудах В.В. Докучаева, почвенные горизонты обозначают индексами – буквами латинского алфавита – А, B, C, D. Внутри каждого горизонта выделяют подгоризонты, которые обозначают арабскими цифрами (А1, А2; В1, В2). Кроме того, выделяют горизонты, совмещающие признаки соседних горизонтов (А1В; А1А2 и т.п.). Ниже приведена краткая характеристика основных почвенных горизонтов. Горизонт А – гумусово-аккумулятивный. В этом горизонте происходит разложение отмершего органического вещества: его минерализация (до простых неорганических соединений) и гумификация – превращение в гумус, специфическое почвенное органическое вещество. Верхняя часть данного горизонта содержит большое количество отмершей органики, смешанной с минеральной частью почвы – это горизонт А0 (лесная подстилка, степной войлок). Гумусово-аккумулятивный горизонт А1 выделяется темным (от черного до бурого) цветом. Интенсивность цвета зависит от содержания гумуса, а оттенок – от состава гумусовых веществ. Часть гумусово-аккумулятивного горизонта, подвергающегося вспашке, обозначают как пахотный горизонт Апах (или Аа). В процессе почвообразования гумусовые вещества из горизонта А вымываются в нижележащие горизонты. Вымыванию подвергаются и другие вещества: соли (хлориды, сульфаты, карбонаты), соединения железа, алюминия, марганца, коллоидные и тонкодисперсные илистые частицы. В нижней части горизонта А эти процессы наиболее очевидны. В лесных почвах эту часть гумусового горизонта обозначают А2 – элювиальный горизонт. Горизонт В – иллювиальный, горизонт вмывания. Этот горизонт отличается от горизонта А изменением цвета и структуры. Цвет может быть бурым, серовато-бурым, красновато-бурым, охристо-бурым. Горизонт В хорошо оструктурен, более уплотнен и утяжелен благодаря накоплению глины, оксидов железа и алюминия, других коллоидных веществ, вмываемых из вышележащих горизонтов. Это горизонт, переходный к почвообразующей породе, в нем постепенно ослабевают почвообразовательные процессы. Горизонт С – почвообразующая (материнская) горная порода, из которой сформировалась данная почва, существенно не измененная специфическими процессами почвообразования. Горизонт D – подстилающая горная порода, которая была вскрыта в почвенном разрезе, и отличающаяся по свойствам (главным образом, по литологии) от материнской породы. Последовательность почвенных генетических горизонтов – главный классификационный признак почв. Лабораторная работа №2 Тема: Морфологические признаки почвы: мощности, цвета, структуры, сложения, распределения, новообразования, включения. После выделения почвенных горизонтов и подгоризонтов проводят описание их морфологических признаков: мощности, цвета, структуры, сложения, распределения корней и следов деятельности землероев, новообразований, включений, а также характера перехода одного горизонта в другой. Кроме того, используя полевые методы, определяют некоторые физические свойства почвы: влажность, гранулометрический состав. По качественной реакции на наличие карбонатов (реакция с 10%-ным раствором соляной кислоты), определяют глубину «вскипания» почвы – степень выщелоченности профиля от карбонатов. 3 − 18 Мощность каждого горизонта обозначают в таком виде: А1 см, где цифры 15 над чертой свидетельствуют о верхней и нижней границе горизонта, а под чертой – мощность его. Цвет (окраска) почвы – важнейший морфологический признак, характеризующий многие ее свойства. Для определения цвета почвенного горизонта необходимо: а) установить преобладающий цвет; б) определить насыщенность этого цвета (темно-серый, светло-серый и т.п.); в) отметить оттенки основного цвета (буровато-светло-серый, коричневато-бурый, серовато-палевый и т.п.). Отмечают также степень однородности цвета. Горизонт может быть равномерно однородного цвета или неравномерно однородного цвета (если интенсивность постепенно меняется от верхней части горизонта к нижней). В случае неоднородности цвета возможны такие варианты: пятнистая окраска – пятна одного цвета нерегулярно располагаются на фоне другого цвета; крапчатая окраска – мелкие (до 5 мм) пятна одного цвета нерегулярно разбросаны по однородному фону; полосчатая окраска – регулярное чередование полос разного цвета; мраморовидная – пестрая окраска из пятен и прожилок разного цвета. Следует иметь в виду, что цвет почвы зависит от ее влажности. Поэтому окончательное обозначение цвета можно сделать в лабораторных условиях после высушивания отобранных образцов. Унифицировать обозначения цвета почвы можно, используя как в полевых, так и в лабораторных условиях цветовую шкалу Манселла (Munsell Soil Color Charts). Влажность почвы – оценивают, используя пять степеней влажности: сухая почва – пылит, присутствие влаги в ней на ощупь не ощущается, не холодит руку; влажноватая почва – холодит руку, не пылит, при подсыхании немного светлеет; влажная почва – на ощупь явно ощущается влага, почва увлажняет фильтровальную бумагу, при подсыхании значительно светлеет и сохраняет форму, приданную почве при сжатии рукой; сырая почва – при сжимании в руке превращается в тестообразную массу, а вода смачивает руку, но не сочится между пальцами; мокрая почва – при сжимании в руке из почвы выделяется вода, которая сочится между пальцами, почвенная масса обнаруживает текучесть. Гранулометрический состав почвы – относительное содержание в почве частиц разного размера. Близкое по смыслу понятие «механический состав» обозначает соотношение в почве фракций «физической глины» (частиц размером менее 0,01 мм) и «физического песка» (частицы крупнее 0,01 мм). Количественно этот показатель определяют в лабораторных условиях. В полевых условиях используют «сухой» и «мокрый» способ качественного определения гранулометрического состава. «Мокрый» способ еще называют «методом шнура», его показатели приведены ниже. По гранулометрическому составу выделяют песчаные, супесчаные, суглинистые и глинистые почвы. Вид образца в плане после раскатывания. Гранулометрический (механический) состав Шнур не образуется – песок Зачатки шнура – супесь Шнур дробится при раскатывании – легкий суглинок Шнур сплошной, кольцо при свертывании распадается – средний суглинок Шнур сплошной, кольцо с трещинами – тяжелый суглинок Шнур сплошной, кольцо цельное – глина Песчаные почвы состоят только из песчаных зерен с небольшой примесью пылеватых и глинистых частиц. Почва бесструктурная, не обладает связностью. Супесчаные почвы легко растираются между пальцами. В растертом состоянии явно преобладают песчаные частицы, заметные даже на глаз. Во влажном состоянии образуются только зачатки шнура. Суглинистые почвы при растирании в сухом состоянии дают тонкий порошок, в котором прощупывается некоторое количество песчаных частиц. Во влажном состоянии раскатываются в шнур, который разламывается при сгибании в кольцо. Легкий суглинок не дает кольца, а шнур растрескивается и дробится при раскатывании. Тяжелый суглинок дает кольцо с трещинами. Глинистые почвы в сухом состоянии с большим трудом растираются между пальцами, но в растертом состоянии ощущается однородный тонкий порошок. Во влажном состоянии эти почвы сильно мажутся, хорошо скатываются в длинный шнур, из которого можно сделать кольцо. Структура почвы – важный диагностический показатель почвы – совокупность агрегатов (структурных отдельностей) различной величины, формы и качественного состава и их взаимное расположение в почвенном профиле. В полевых условиях структура почвы определяется следующим образом. Небольшой образец почвы вырезают из соответствующего горизонта в передней стенке разреза и подбрасывают на ладони или лопате до тех пор, пока образец не распадется на структурные отдельности. Эти структурные элементы рассматривают, определяют степень их однородности, размер, форму, характер поверхности. Данные наблюдений фиксируют в полевом журнале. По форме структурных отдельностей выделяют три типа почвенной структуры (по С.А. Захарову, 1929): 1.Кубовидная (равномерное развитие структуры по трем взаимно перпендикулярным осям). Если грани и ребра структурных отдельностей выражены плохо, то в данном типе структуре выделяют роды глыбистой, комковатой и пылеватой структур. Если грани и ребра агрегатов хорошо выражены, то выделяют роды ореховатой и зернистой структур почвы. 2.Призмовидная (развитие структуры происходит главным образом по вертикальной оси). В этом типе выделяют род столбовидной структуры, если грани и ребра агрегатов плохо выражены; а также роды столбчатой и призматической структур, если грани и ребра агрегатов выражены хорошо. 3.Плитовидная (развитие структуры по горизонтальным осям). В этом типе выделяют роды плитчатой и чешуйчатой структур. По размерам агрегатов каждый род почвенной структуры подразделяется на виды. Основные виды почвенных агрегатов представлены в таблице. 1. № Кубовидная Размер Призмовидная Диаме Плитовидная Толщи п/ структура: ребра структура: тр структура: на п куба 1. Крупнокомков 5-3 см 11.Столбчатая 5-3 см 17.Сланцевая > 5 см атая 2. Среднекомкова 3-1 см 12.Столбовидная 5-3 см 3-1 мм тая 18.Пластинчатая 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10 . Мелкокомкова тая Пылеватая Крупноорехова тая Ореховатая Мелкоореховат ая Крупнозернист ая Зернистая Порошистая 1-0,5см < 0,5мм 13.Крупнопризмат ическая > 5 см 19.Листовая 5-3 см 20.Грубочешуйча 3-1 мм тая 21.Мелкочешуйч < 1мм атая 14.Призматическая > 10 мм 15.Мелкопризмати 3-1 см ческая 10-7 мм 16.Тонкопризматич < 1 см еская 7-5 мм < 1мм 5-3 мм 3-1 мм 1-0,5мм Если структура почвы неоднородна в пределах одного генетического горизонта, то для ее обозначения используют двойные названия (комковато-зернистая, ореховатопризматическая и т.п.), последним словом указывая преобладающий вид структуры. При изменении характера распределения структурных элементов внутри горизонта в почвенном дневнике обязательно отмечается это различие. На формирование почвенной структуры значительное влияние оказывает жизнедеятельность почвенной биоты. Особо стоит отметить роль дождевых червей. Их экскременты – копролиты – формируют довольно прочные структурные отдельности округлой формы, большое количество которых свидетельствует о высокой биогенности почвы. Сложение почвы – внешнее выражение пористости и плотности почвы. Характер плотности почвы может быть определен в поле по сопротивлению, которое оказывает почва при вдавливании в нее ножа. Выделяют сложение почвы: рыхлое – нож входит легко; уплотненное – нож входит с некоторым усилием; плотное – нож входит с трудом. Характер пористости почвы определяют по величине пор внутри агрегатов и ширине трещин между структурными отдельностями. Обычно встречается сложение следующих видов: мелкопористое – диаметр пор менее 1 мм; пористое – с более крупными порами; тонкотрещиноватое – с шириной трещин менее 3 мм; трещиноватое – с шириной трещин более 3 мм. Корневые системы растений и ходы землероев. При описании почвенных горизонтов необходимо отмечать распределение (количество) корней травянистых растений и деревьев, кустарников, т.к. они играют большую роль в гумусообразовании, формировании структуры и сложения почвы. Для определения обилия корней пользуются такими градациями: корни отсутствуют; корни редкие (2-5 шт. на 1 дм2); корни частые (5-50 шт. на 1 дм2); корни обильные (более 50 шт. на 1 дм2). Корневые системы травянистых растений в верхней части горизонта А могут формировать дернину – слой с высокой концентрацией корней. Этот слой выделяется как горизонт Аd (или Аv), фиксируется его мощность. Животные-землерои (грызуны, насекомоядные, насекомые), перемешивая почвенную массу, принимают активное участие в формировании профиля почвы. Выделяют разные типы ходов землероев: червороины, кротовины (ходы крота и слепыша), сусли- ковины, сурчины. Если горизонт сильно перерыт землероями, его обозначают индексом z (А1z). Новообразования – морфологически оформленные химические соединения, четко обособленные от вмещающей почвенной массы, являющиеся следствием почвообразовательного процесса. Наличие новообразований – существенный диагностический признак почв, имеющий классификационное значение. Морфология почвенных новообразований весьма разнообразна. Это могут быть пленки, корочки, кристаллы и их сростки, друзы, конкреции разной формы, прослойки и целые плиты. В лесостепной зоне наиболее распространены следующие типы новообразований: Карбонатные новообразования – белые выцветы, налеты, напоминающие плесень или грибницу (псевдомицелий), округлые пятна и стяжения (белоглазка), округлые твердые образования (журавчики, дутики, погремки), желваки размером в 10-20 см. Все они «вскипают» от 10%-ного раствора соляной кислоты. Их присутствие в генетическом горизонте обозначается индексом са (Вса, ВСса). Встречаются как в черноземах, так и в лесных почвах. Выделения кремнезема – очень характерны для элювиального процесса. Это белые или белесые пятна и языки на стенке разреза, налет (присыпка) на гранях структурных отдельностей. Не реагируют с соляной кислотой. Железистые новообразования (часто вместе с марганцевыми) – налеты, пленки, корочки, конкреции округлой (ортштейны) или трубчатой (роренштейны) формы, ожелезненные прослои (ортзанды). Цвет их охристый, желтый, бурый, темно-бурый, коричневый. Марганцевые новообразования – черные «пятна», «точки», дробовидные конкреции. Железистые, желозомарганцевые и марганцевые новообразования характерны для лесных почв. Гипсовые новообразования – светлые кристаллические друзы и конкреции, не «вскипающие» от 10%-ной HCl. Встречаются они в профиле степных черноземов. Их наличие в почвенном горизонте обозначается индексом cs (Сcs). При описании почвенного горизонта отмечают вид новообразований, их форму, цвет, относительное количество. Включения – инородные элементы почвенной массы, не связанные с процессом почвообразования. Это различные предметы природного (кости, раковины моллюсков, древесина, обломки горных пород, не связанные с материнской породой) происхождения и остатки материальной культуры человека (строительный и бытовой мусор, археологические остатки и др.). Включения различного характера помогают судить о происхождении почвообразующей породы, нарушениях почвы, ее возрасте. Вскипание от соляной кислоты. При описании почвенных горизонтов проверяют наличие в них карбонатов кальция, воздействуя (из пипетки или из специальной бутылочки с соской) на стенку разреза 10%-ным раствором соляной кислоты. Определяют глубину начала вскипания (отражает степень выщелачивания почвенного профиля от карбонатов), его характер. По характеру выделения углекислого газа вскипание может быть: слабым – выделяются отдельные пузырьки углекислого газа, слышится слабое потрескивание; умеренным – реакция идет спокойно, с большим количеством пузырьков углекислого газа; бурным – вскипание происходит быстро, с характерным треском, слышатся «микровзрывы». Кроме того, вскипание может быть равномерным (сплошное вскипание почвенной массы) или фрагментарным (вскипают отдельные участки). Завершая описание генетического горизонта, отмечают характер его перехода в другой почвенный горизонт и форму границы перехода. Характер перехода одного почвенного горизонта в другой определяется по протяженности смены одного горизонта другим в почвенном профиле. Выделяют следующие градации переходов: резкий переход – смена одного горизонта другим происходит на протяжении 1 см; ясный переход – смена горизонтов происходит на протяжении 1-3 см; заметный переход – граница прослеживается в пределах 3-5 см; постепенный переход – очень постепенная смена горизонтов на протяжении более 5 см. Форма границ между почвенными горизонтами выделяется шести типов: ровная; волнистая – отношение амплитуды к длине волны менее 0,5; карманная – отношение глубины к ширине затеков (карманов) от 0,5 до 2; языковатая – отношение глубины языков к их ширине от 2 до 5; затечная – отношение глубины затеков к их ширине не более 5; размытая – граница между горизонтами столь извилиста, что вся лежит в пределах какого-то слоя, выделяемого как переходный горизонт. После описания профиля почвы дают по возможности полное название почвы (тип, подтип, род, вид, разновидность). Название почвы может быть откорректировано после проведения лабораторных анализов отобранных образцов. Образцы для анализа физико-химических свойств почвы отбирают из передней стенки разреза, зачистив ее ножом. Параллельно отбирают режущими кольцами образцы для лабораторного определения плотности сложения почвы. Техника отбора образцов из разреза следующая. Из пахотного горизонта отбирается один образец на всю его мощность. Из остальных горизонтов их отбирают по слоям не более 10 см, при этом, если мощность их значительна, то отбирают несколько. Образцы вырезают ножом из типичной части каждого горизонта в виде прямоугольных кусков с длиной ребра около 8 см. Начинают отбирать образцы с самого нижнего горизонта, затем из вышележащего и т.д. до поверхности. При этом будет исключено осыпание и случайное смешение почвы разных горизонтов и слоев. Масса отбираемых для анализа образцов составляет от 0,5 до 1,0 кг. Взятые образцы по одному помещают в матерчатые, целлофановые мешочки или бумажные пакеты (из плотной упаковочной бумаги), куда вкладывают этикетки. На этикетках или на бумажных пакетах указывают: область, район, хозяйство, урочище, № разреза, название почвы, горизонт, глубину взятия образца в см, дату и подпись. Заполняются они простым мягким карандашом, что исключает размазывание текста. После отбора образцов разрез аккуратно засыпают: сначала материалом нижних горизонтов, а затем – верхнего плодородного слоя. Сверху укладывают снятый дерн. Оборудование: штыковые и совковые лопаты, почвенные ножи, измерительная лента, бланки для описания почвенных профилей (полевой журнал), мешочки или пакеты для отбора образцов, 10-%-ный раствор соляной кислоты. Задание: 1. Выкопать полные разрезы чернозема и серой лесной почвы. 2. Рассмотреть строение почвенных профилей и произвести их описание. 3. Отобрать образцы для анализа физико-химических свойств почвы. Вопросы для контроля: 1. Что называется почвенным генетическим профилем? 2. Назовите основные почвенные горизонты и их индексы. 3. Опишите технику закладки почвенного разреза. 4. Какие почвенные признаки называют морфологическими? Дайте им характеристику. 5. Какова общая схема описания почвенного профиля? 6. Опишите технику отбора почвенных образцов. II. ЛАБОРАТОРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ Лабораторная работа №3 Тема: Гранулометрический состав почвы. Физические свойства почвы определяются состоянием (составом, соотношением, взаимодействием и динамикой) четырех фаз вещества почвы: твердой, жидкой, газообразной и живой (почвенной биоты). К физическим свойствам почвы относятся гранулометрический состав, структура, водные, воздушные, тепловые, общие физические и физико-механические свойства. Во многом эти свойства почвы являются ее вновь приобретенными, новыми, прогрессивными по сравнению со свойствами горных пород, из которых она образуется. Физические свойства почвы оказывают большое влияние на развитие почвообразовательного процесса, плодородие почвы и условия обитания почвенной биоты. Исследование физических свойств имеет большое значение для производственной оценки (бонитировки) почвы. Физические свойства почвы необходимо учитывать при определении системы ее обработки, мероприятий по улучшению ее свойств (мелиорации), противоэрозионных мероприятий. Данные лабораторных анализов физических свойств почвы используются при строительстве зданий, инженерных сооружений, в дорожном строительстве. В ходе практических занятий студенты должны освоить выполнение анализов основных физических свойств почвы, уметь проводить агрономическую оценку этих свойств. Гранулометрический состав почвы Цель занятия: Получить представление о гранулометрическом составе почв, его классификации и методах лабораторного определения, освоить метод Рутковского. Гранулометрический состав – важнейшая характеристика почвы. От него зависят практически все свойства и, в целом, плодородие. Почти все морфологические свойства почвы определяются ее гранулометрическим составом, поэтому его изучение в поле и лаборатории является самым необходимым этапом исследования почвы как природного тела. Кроме того, гранулометрический состав почв определяет их физические, водно-физические и физико-механические свойства: водопроницаемость, влагоемкость, пористость, усадка и набухание, воздушный и тепловой режим и др. Знание гранулометрического состава важно при определении производственной ценности почвы, способов обработки, сроков полевых работ, нормы удобрений, размещения сельскохозяйственных культур и т.д. Гранулометрический состав представляет собой соотношение в почве твердых частиц различного размера. В почве механические элементы агрегированы в структурные отдельности, поэтому гранулометрический состав изучают после разрушения почвенных агрегатов физическими (растирание, кипячение) или химическими методами. Механические элементы почвы классифицируют по размеру. Так, частицы размером менее 1 мм называют м е л к о з е м о м . Мелкозем образует основную массу почвы. Частицы крупнее 1 мм носят название с к е л е т а почвы. Его участие в почвообразовании невелико, наоборот, скелетные почвы обладают рядом неблагоприятных агрофизических свойств. Кроме того, принято выделять группу частиц мельче 0,01 мм – ф и з и ч е с к у ю г л и н у и группу частиц крупнее 0,01 мм – ф и з и ч е с к и й п е с о к . Эти подразделения гранулометрического состава довольно условны, почвенно-генетическое и классификационное значение имеет более дифференцированное выделение групп частиц – ф р а к ц и й г р а н у л о м е т р и ч е с к о г о с о с т а в а (табл. 2). Таблица 2 Классификация механических элементов почв (по Н.А. Качинскому) Название фракций гранулометрического состава Камни Гравий Песок крупный Песок средний Песок мелкий Пыль крупная Пыль средняя Пыль мелкая Ил грубый Ил тонкий Коллоиды Размеры механических элементов, в мм >3 3-1 1-0,5 0,5-0,25 025-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 0,001-0,0005 0,0005-0,0001 <0,0001 Группы частиц скелет физический песок физический песок физический песок физический песок мелкозем мелкозем физическая глина физическая глина физическая глина физическая глина Фракции частиц различной величины имеют различный минеральный состав. Частицы крупнее 3 мм состоят почти исключительно из обломков горных пород и отдельных породообразующих минералов. Частицы величиной от 3 до 0,25 мм – исключительно породообразующие минералы, причем с уменьшением размеров частиц возрастает процентное содержание кварца. Частицы от 0,25 до 0,01 мм состоят почти полностью из кварца. Частицы мельче 0,001 мм представляют преимущественно смесь глинистых минералов с незначительным количеством гидроксидов железа и некоторых других минеральных образований. Физические свойства гранулометрических фракций также существенно различаются между собой. С уменьшением величины частиц возрастают гигроскопичность, высота капиллярного подъема воды, емкость поглощения. Наибольшее значение для формирования важных агрофизических и агрохимических свойств почв имеет илистая фракция (<0,001 мм). Такие свойства, как пластичность, липкость и набухание, в частицах крупнее 0,005 мм практически отсутствуют. По преобладанию частиц той или иной фракции почвы относят к щебнистым, песчаным, суглинистым, глинистым разновидностям. Существуют различные классификации почв по гранулометрическому составу, наибольшее распространение в отечественном почвоведении имеет классификация Н.А. Качинского (табл. 3). По этой классификации все почвы подразделяются на категории в зависимости от содержания в них физической глины. Кроме того, в этой классификации учтены особенности гранулометрического состава почв с различным типом почвообразования. Классификация грунтов по механическому составу В.В. Охотина (табл. 4) используется в геологических исследованиях (для рыхлых горных пород), а также при определении гранулометрического состава почв по методу Рутковского. Таблица 3 Классификация почв по механическому составу (по Н.А. Качинскому) Название почв по Содержание Содержание Содержание механическому физической глины физической глины физической глины составу ническому составу ническому составу ническому составу (частиц c d < 0,01 (частиц c d < 0,01 (частиц c d < 0,01 мм) в % в почвах мм) в % в почвах мм) в % в солонцах подзоли стого типа степного типа и почвообразования почвообразования, а сильносолонцеватых также в красноземах почвах и желтоземах Песок рыхлый Песок связный Супесчаные Легкосуглинистые Среднесуглинистые Тяжелосуглинистые Легкоглинистые Среднеглинистые Тяжелоглинистые 0-5 5-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-65 65-80 >80 0-5 5-10 10-20 20-30 30-45 45-60 60-75 75-85 >85 0-5 5-10 10-15 15-20 20-30 30-40 40-50 50-65 >65 Таблица 4 Классификация грунтов по механическому составу (по В.В. Охотину) Наименование Тяжелая глина Глина Пылеватая глина Тяжелый суглинок Пылеватый тяжелый суглинок Средний суглинок Пылеватый средний суглинок Легкий суглинок Пылеватый легкий суглинок Тяжелая супесь Пылеватая тяжелая супесь Легкая супесь Песок % частиц менее 0,005 мм (глина) >60 60-30 30-20 20-15 20-15 % частиц % частиц 0,005-0,25 мм 0,25-2 мм (пыль) (песок) Больше, чем каждой из двух других фракций Больше, чем пылеватых Больше, чем пылеватых Больше, чем пылеватых Больше, чем песчаных - 15-10 15-10 Больше, чем пылеватых Больше, чем песчаных - 10-6 10-6 Больше, чем пылеватых Больше, чем песчаных - 30-20 30-20 6-3 <3 - Больше, чем пылеватых Название разновидности почвы по гранулометрическому составу дается после определения его для пахотного слоя почвы (0-25 см), а также для нижнего горизонта, если его гранулометрический состав резко отличается от верхнего горизонта. Например, чернозем типичный среднесуглинистый, или дерново-луговая тяжелосуглинистая почва на песчаных отложениях. Подразделение почв по гранулометрическому составу может быть и более дробным, если хотят отразить соотношение различных фракций: песка (> 0,05 мм), пыли (0,05-0,001 мм), ила (<0,01 мм). Например, чернозем легкоглинистый пылевато-иловатый, если в составе глинистых частиц преобладает фракция ила, а на втором месте – пыль. Определение гранулометрического состава может быть предварительно произведено полевым методом, но более точное определение производится в лабораторных условиях с использованием различных методов выделения фракций гранулометрического состава. Песчаные и более крупные частицы могут быть выделены с помощью набора сит с различной величиной отверстий (ситовой метод). Для разделения пылеватых и илистых (глинистых) частиц применяются различные варианты седиментационного анализа. К ним относятся так называемые «пипеточные» методы, в том числе и наиболее широко используемый метод Качинского. Общим принципом седиментационного анализа является использование закона Стокса, согласно которому скорость оседания (седиментации) частиц в воде пропорциональна их размеру и массе: V = K · R2, где V – скорость оседания частицы; R – радиус частицы; К – константа, зависящая от природы жидкости и частицы. 2 d − d1 ⋅g⋅ , 9 η где g – ускорение силы тяжести, d – плотность частицы, d1 – плотность жидкой среды, η – коэффициент вязкости жидкости. Методы седиментационного анализа отличаются точностью определения, но и, вместе с тем, сложностью техники выполнения, длительностью и использованием специального оборудования. Ниже приводится описание седиментационного анализа (вариант Качинского), рекомендуемого для выполнения курсовых и дипломных работ. Кроме того, приводится описание более простого метода Рутковского, который может быть рекомендован для лабораторных занятий. Лабораторная работа №4 Тема: Определение гранулометрического состава почв пирофосфатным методом. К= Определение гранулометрического состава почв методом пипетки (вариант Н.А. Качинского с подготовкой почвы к анализу пирофосфатным методом по С.И. Долгову и А.И. Личмановой) Метод основывается на зависимости, существующей между скоростью падения частицы (в столбе жидкости) и ее диаметром. После взмучивания суспензии почвы в мерном цилиндре через определенные промежутки времени с разной глубины отбирают пипеткой пробы почвенной суспензии и после их высушивания определяют содержание механических элементов. Порядок работы 1. Из воздушно-сухой почвы, пропущенной через сито с отверстиями в 1 мм, отвешивают 10 г (с точностью до 0,01 г) и помещают в фарфоровую чашку диаметром 1012 см. Наливают в стаканчик 4%-ный раствор пирофосфата натрия: для некарбонатных, незасоленных, незагипсованных почв легкого гранулометрического состава берут 5 см3 раствора на 10 г почвы, для тяжелосуглинистых, глинистых и карбонатных почв – 10 см3, для засоленных и загипсованных 20 см3. Если используются цилиндры объемом 500 см3, то навеску почвы и количество пирофосфата натрия уменьшают вдвое. 2. Почву в фарфоровой чашке смачивают раствором пирофосфата до тестообразного состояния и осторожно растирают пестиком с резиновым наконечником в течение 10 минут. Выливают в чашку с почвой остаток раствора пирофосфата, добавляют дистиллированную воду, размешивают и переносят в литровый цилиндр через сито с отверстиями 0,25 мм, вставленное в стеклянную воронку. Размешивание с добавлением новых порций воды продолжают до тех пор, пока вся почва не окажется перенесенной в мерный цилиндр. Объем суспензии в цилиндре доводят дистиллированной водой до 1 дм3. 3. Песок на сите промывают дистиллированной водой в цилиндр до тех пор, пока из-под сита не пойдет прозрачная вода. Перевернув сито, песок смывают водой в фарфоровую чашку, из которой путем декантации без потерь песок переносят в сушильный стаканчик. Избыток воды из стаканчика сливают, остаток выпаривают на электроплитке (не доводя до кипения), затем – высушивают в сушильном шкафу при 105 оС до постоянной массы. Стаканчик охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Рассчитывают со- держание крупного и среднего песка. 4. Суспензию в цилиндре взбалтывают мешалкой (быстрые движения вверх и вниз) в течение 1 мин и записывают время конца помешивания. Если мерный цилиндр закрывается пробкой, то взбалтывание суспензии производят десятикратным переворачиванием цилиндра вверх дном и обратно. Далее приступают к отбору проб суспензии пипеткой объемом 25 см3. Всего отбирают 4 пробы. Глубину отбора и интервалы времени определяют, исходя из данных табл. 5. Таблица 5 Сроки и глубины взятия проб пипеткой Плотность № Диаметр Глубина Время отстаивания при температурах, оС твердой пробы частиц, погружения фазы почмм менее пипетки, см 15 20 25 вы, г/см3 1 0,05 25 149 с 132 с 117 с 2,4 2 0,01 10 24 мин 51 с 21 мин 59 с 19 мин 33 с 3 0,005 10 1 ч 39 мин 1 ч 28 мин 1 ч 18 мин 4 0,001 7 29 ч 00 мин 25 ч 28 мин 22 ч 49 мин 1 0,05 25 139 с 123 с 109 с 2,5 2 0,01 10 23 мин 12 с 20 мин 31 с 18 мин 15 с 3 0,005 10 1 ч 33 мин 1 ч 22 мин 1 ч 13 мин 4 0,001 7 27 ч 04 мин 23 ч 56 мин 21 ч 17 мин 1 0,05 25 130 с 115 с 103 с 2,6 2 0,01 10 21 мин 45 с 19 мин 44 с 17 мин 06 с 3 0,005 10 1 ч 27 мин 1 ч 17 мин 1 ч 08 мин 4 0,001 7 25 ч 22 мин 22 ч 26 мин 19 ч 57 мин 1 0,05 25 123 с 109 с 97 с 2,7 2 0,01 10 20 мин 28 с 18 мин 06 с 16 мин 06 с 3 0,005 10 1 ч 21 мин 1 ч 12 мин 1 ч 05 мин 4 0,001 7 23 ч 53 мин 21 ч 07 мин 18 ч 48 мин Как видно из табл. 4, при определении сроков отбора пробы необходимо знать плотность твердой фазы почвы. Для этого ее определяют заранее , или пользуются ориентировочными оценками, приведенными в табл. 6. Таблица 6 Плотность твердой фазы различных типов почв Глубина, см Типы почв Легкие Подзолистые Черноземы Черноземы всех типов и серые лес- обыкновенные южные ные 0-20 2,60-2,65 2,60 2,40 2,55 20-40 2,65 2,65 2,50 2,60 40-100 2,65 2,70 2,65 2,65 100 2,65 2,70 2,70 2,70 Каштановые 2,60 2,65 2,70 2,75 5. За минуту до истечения срока отстаивания цилиндр ставят под пипетку и осторожно опускают ее на заданную глубину. Засасывание проб в пипетку проводят в течение 20-30 с. Для первой пробы с диаметром частиц менее 0,05 мм время, затраченное на ее взятие, может отразиться на точности анализа, поэтому пробу следует начинать брать на 10 с раньше и заканчивать на 10 с позже времени, указанного в табл. 5. 6. Взятую пробу выпаривают на электрической плитке, высушивают в сушильном шкафу при 105 оС до постоянной массы и взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,001 г. 7. Расчет массы проб, а также их процентного содержания ведут, занося данные в табл. 6. Таблица 7 Форма записи результатов взвешивания и расчета содержания частиц Показатели Крупный и Проба средний песок 1 2 3 4 1-0,25 0,05 0,01 0,005 0,001 Номер стаканчика Масса стаканчика, г Масса стаканчика с пробой, г Масса пробы, г Объем взятой пробы, мл Содержание проб, % Содержание крупного и среднего песка (1-0,25 мм) вычисляют по формуле: 100 ⋅ m1 ⋅ К Г n Пк ,ср = , m где nПк, ср – количество крупного и среднего песка, %; m1 – масса частиц, оставшихся на сите, г; m – навеска почвы, взятая для анализа, г; КГ – коэффициент пересчета на абсолютно сухую почву. Содержание частиц первой пробы вычисляют по формуле: m1 ⋅ V ⋅ 100 ⋅ К Г n1 = , V1 ⋅ m где n1 – содержание частиц первой пробы, %; m1 – масса первой пробы, г; V – объем суспензии в цилиндре, см3; M – навеска почвы, взятая для анализа, г; КГ – коэффициент пересчета на сухую почву. По этой же формуле рассчитывают содержание частиц второй, третьей и четвертой проб (n2, n3, n4). Содержание крупной пыли (0,05-0,01 мм) находят путем вычитания n1-n2; средней пыли (0,01-0,005 мм) – n2-n3; мелкой пыли (0,005-0,001 мм) – n3-n4; содержание ила равно содержанию частиц четвертой пробы (n4). Содержание мелкого песка (0,25-0,05 мм) находят по разности: nПм = 100-(nПк, ср+n1) В связи с тем, что масса растворенного пирофосфата натрия участвует во всех взвешиваниях суспензии, она соответственно увеличивает разницу между массами суспензии и воды. Эта масса пирофосфата натрия не сказывается на расчете содержания промежуточных фракций (0,05-0,01 и 0,01-0,005 мм), но ее нужно вычесть из массы глинистых частиц, определяемых в последней пробе суспензии. Поэтому при подсчетах из массы фракции <0,001 мм вычитают поправку, соответствующую содержанию в суспензии пептизатора (при внесении 20 см3 4%-ного раствора пирофосфата натрия и объеме пипетки 25 мл она равна 0,02 г). 8. При анализе засоленных почв может произойти полная или частичная коагуляция суспензии в цилиндре. В таких случаях пробу не берут, а цилиндр с суспензией оставляют на 1-2 суток до полного осветления жидкости. После осветления жидкость сливают и определяют в ней содержание солей (сухой остаток – разд. 9.1). Из сухого остатка вычитают поправку, соответствующую содержанию пептизатора (0,02 г в 25 см3). Массу плотного остатка вычитают из массы взятой навески почвы, и в дальнейшем все расчеты содержания фракций ведут в % к массе бессолевой навески. К осадку в цилиндре вновь приливают 20 см3 4%-ного раствора пирофосфата натрия, тщательно перемешивают, доводят объем до 1 л. и анализируют суспензию методом пипетки. 9. По содержанию физической глины (<0,01 мм, n2) и данным табл. 2 определяют основное название почвы по гранулометрическому составу. Дополнительное название дают по преобладающей (одной или двум) фракциям: песчаной (1-0,05 мм), крупнопылеватой (0,05-0,01 мм), пылеватой (0,01-0,001 мм) и иловатой (мельче 0,001 мм). При двойном дополнительном названии название преобладающей фракции ставится на второе место. Если необходимо определить лишь основное название почвы по гранулометрическому составу, то достаточно взять первую и вторую пробы. При этом время на проведение анализа сокращается до 4 ч. Оборудование: сита с диаметром отверстий 1 и 0,25 мм, пестик с резиновым наконечником, химические стаканы на 150 см3; мерные цилиндры на 1 дм3; установка для гранулометрического анализа грунтов по А.Н. Майсуряну или более простой вариант: штатив с держателем, пипетка на 25 см3, кран, резиновый шланг, резиновая груша; мешалка; промывалка с дистиллированной водой; чашки фарфоровые; сушильные стаканчики; сушильный шкаф; эксикатор; весы технические; весы аналитические. Реактивы: 4%-ный раствор пирофосфата натрия (Na2P2O7). Лабораторная работа №5 Тема: Определение гранулометрического состава почвы по методу Рутковского. Метод основывается на способности глинистых частиц почв и грунтов набухать в воде. Применение этого метода позволяет выделить глинистую, пылеватую и песчаную фракции без подсушивания исходного материала и без последующего взвешивания фракций. Точность метода оценивается ± 5%. Для классификации почв по результатам гранулометрического анализа используют классификацию В.В. Охотина (табл. 4). Порядок работы Для анализа берут средний образец почвы методом квартования. Тщательно перемешанный образец высыпают на лист бумаги и распределяют тонким слоем в виде более или менее ровного круга. Затем линейкой круг делят на четыре равные части (квадранты). Первый и третий квадранты удаляют, а оставшийся материал вновь таким же образом квартуют. После двух- трехкратного квартования из средней пробы на технических весах берут навеску массой 30 г. Определение содержания фракции крупнее 0,5 мм. 1. 30-граммовую навеску исследуемой почвы в воздушно-сухом состоянии осторожно порциями растирают в фарфоровой ступке пестиком с резиновым наконечником (или большой резиновой пробкой) и просеивают через сито 0,5 мм до полного освобождения песчаных зерен. Фракцию частиц крупнее 0,5 мм взвешивают и находят ее процентное содержание. Определение содержания песчаной фракции (частицы крупнее 0,05 мм). 2. Просеянную массу высыпают в мерный цилиндр емкостью 100 см3. Для уплотнения массы дном цилиндра осторожно постукивают о мягкую подкладку или о ладонь. Объем уплотненной массы должен составить 10 см3. 3. В цилиндр доливают 50 см3 воды и деревянной палочкой почвенный материал растирают до тех пор, пока на стенках цилиндра не перестанут образовываться мазки глины. 4. Затем воду доливают до 100 см3, содержимое размешивают палочкой и отстаивают 90 с, после чего 70-75 см3 суспензии сливают. В цилиндр снова доливают воды до 100 см3, и операция повторяется до тех пор, пока жидкость после отстаивания не станет почти прозрачной. 5. Суспензию сливают до отметки «15 см3», содержимое взмучивают, доливают водой до 30 см3 и смесь сливают через 30 с. Отмучивание производят до полного осветления жидкости, после чего воду доливают до 100 см3, содержимое отстаивают и определяют объем песка (V0,05-0,5), осевшего на дно цилиндра. Если нижняя часть ци- линдра лишена делений, то объем замеряют при помощи линейки, предварительно определив ширину одного деления цилиндра в миллиметрах. 6. Находят процентное содержание х фракции 0,05-0,5 мм по пропорции: 10 см3 соответствует (100 - % частиц > 0,5 мм) %, V0,05-0,5 соответствует х %. Определение содержания глинистой фракции (частицы менее 0,005 мм) 7. Оставшуюся часть навески, пропущенной через сито 0,5 мм, переносят в цилиндр. Объем почвенной массы после уплотнения должен быть равным 5 см3. Для удобства в нижней неградуированной части цилиндра делают отметку, соответствующую 5 см3, или почву отмеряют в цилиндре на 25 см3, а затем пересыпают в цилиндр на 100 см3. 8. В цилиндр доливают воды до 50 см3 и анализируемый материал растирают палочкой (как указано в п. 3). 9. К полученной суспензии добавляют 3 см3 5,5%-ного раствора хлорида кальция (в качестве коагулятора). Суспензию размешивают и добавляют воды до 100 см3, после чего цилиндр ставят на отстаивание (24 ч). 10. После отстаивания замеряют объем набухшей массы и определяют прирост объема на 1 см3 первоначального объема по формуле: V1 − V0 Kv = , V0 где Kv – прирост объема на 1 см3, V0 – начальный объем анализированного материала, V1 – объем набухшей массы после 24-часового отстаивания. 11. Содержание глинистых частиц в анализируемом грунте определяют по формуле: х = 22,7 · Кv, где х – содержание глинистых частиц, %; Кv – прирост объема на 1 см3 первоначально взятого объема грунта. Вычисление содержания пылеватой фракции (0,05-0,005 мм) Содержание пылеватой фракции определяют как разность от вычитания из 100 % суммы процентного содержания глинистых (< 0,005 мм), песчаных частиц (0,05-0,5 мм) и частиц крупнее 0,5 мм. 12. По классификации грунтов по механическому составу В.В. Охотина (см. табл. 3) определяют наименование почвы по гранулометрическому составу. Оборудование: фарфоровая ступка, пестик с резиновым наконечником (или большая резиновая пробка), сито с диаметром отверстий 0,5 мм, мерные цилиндры на 100, 25, 10 см3, деревянная палочка, химические стаканы емкостью 150 и 500 см3, секундомер, линейка, технические весы. Реактивы: 5,5% -ный раствор хлорида кальция. Приготовление: 5,5 г СаCl2 растворить в 100 см3 дистиллированной воды. Задание: 1. Определить гранулометрический состав выданного преподавателем образца почвы из какого-либо генетического горизонта почвы по методу Рутковского. 2. Получив данные от других студентов, выполняющих анализ образцов из других горизонтов данной почвы, построить график распределения глинистых частиц (< 0,005 мм) по профилю почвы, откладывая на горизонтальной оси процентное содержание глинистых частиц, а на вертикальной оси – глубину отбора образцов. Вопросы для контроля: 1. Что называют гранулометрическим составом почвы? 2. Назовите основные фракции гранулометрического состава почвы. 3. Как производится классификация почв по гранулометрическому составу? 4. Назовите полевые и лабораторные методы определения гранулометрического состава почв. 5. На чем основаны седиментационные методы определения гранулометрического состава почв? Опишите общую схему пипеточного метода (вариант Качинского). 6. Опишите ход определения гранулометрического состава почвы по методу Рутковского. Лабораторная работа № 6 Тема: Определение плотности почвы. Определение пористости почвы. В лабораторных условиях плотность почвы определяют из рассыпного образца с нарушенным сложением почвы. Более точно проводят определение в полевых условиях в естественном состоянии почвы. Цель работы: научится определять плотность нарушенной почвы в лабораторных условиях. Материалы и оборудование: 1) мерные цилиндры или стаканчики с метками, 2) технические весы. Ход выполнения работы: взвешивают стеклянный стаканчик с метками или мерный цилиндр. Насыпают в него почву из не растертого образца, уплотняя его по мере наполнения (постукивают дном стаканчика о ладонь руки). Почву насыпают до определенной метки - 50 или 100 см3. Стаканчик с почвой взвешивают. Плотность почвы находят по формуле: d = m/V, где d - плотность, г/см3; m - масса сухой почвы, г; V - объем почвы, см3 (50 или 100). Результаты записываются по форме таблицы 8. Таблица 8 Результаты определения плотности почвы Генетически Масса Масса стаканчика Масса почвы Объём Плотность й горизонт, стаканчика, г с почвой, г (m), г почвы (V), почвы (d), глубина, см см3 г/см3 Определение пористости почвы Данная работа не предполагает отдельного проведения анализов. Как отмечалось ранее, суммарный объем пор в почве в единице объема (пористость почвы) можно рассчитать на основании плотности твердой фазы и плотности почвы по формуле: Р = [1 - (dv •d)-1] • 100% где Р - общая пористость, % объема; dv – плотность твердой фазы почвы, г/см3; d плотность почвы, г/см3. Удовлетворительной для высших растений считается порозность 40-60%; учитывая, что в лабораторной работе № 4 определялась плотность растёртой, нарушенной почвы, то в данной работе результаты по общей пористости будут существенно занижены. Лабораторная работа №7 Тема: Агрегатный (структурный) анализ и определение водопрочности почвенных агрегатов. Цель занятия: изучить особенности структурной организации твердой фазы почвы, произвести анализ структуры почв и определить ее агрономическую ценность. Механические элементы твердой фазы почвы, формирующие ее гранулометриче- ский состав, под влиянием различных факторов объединяются в структурные отдельности (агрегаты) различной формы и размера. Структура почвы представляет собой более высокий уровень организации твердого вещества почвы и играет важную роль в формировании агрономических свойств и режимов почвы: водно-воздушный режим, сложение, условия обработки и в целом плодородие почвы. Структурные почвы, по сравнению с малоструктурными и бесструктурными, обладают хорошей водо- и воздухопроницаемостью, благоприятным температурным режимом, высокой противоэрозионной устойчивостью, легче обрабатываются, создают благоприятные условия прорастания семян и распространения корневых систем растений. Важными свойствами почвенных агрегатов являются их механическая прочность и водопрочность. Наиболее агрономически ценны макроагрегаты размером 0,25 – 10 мм. Структурной считается почва, содержащая более 55 % водопрочных агрегатов размером 0,25 – 10 мм. В зависимости от размера агрегатов структуру подразделяют на следующие группы: г л ы б и с т а я – больше 10 мм; м а к р о с т р у к т у р а – 10-0,25 мм; г р у б а я м и к р о с т р у к т у р а – 0,25-0,1 мм; т о н к а я м и к р о с т р у к т у р а – меньше 0,01 мм. Различным генетическим горизонтам почв присущи определенные формы структуры. Для гумусо-аккумулятивных горизонтов характерна комковатая и зернистая структуры, для элювиальных – пластинчато-листоватая; для иллювиальных – ореховатая. Форма структуры является важным морфологическим признаком почвы, однако в агрономическом отношении важна не столько форма структурных отдельностей, сколько их размер и прочность. Для оценки структурности почв проводят их структурный (агрегатный) анализ. Целью агрегатного анализа является установление относительного содержания в почве агрегатов различного размера. Разделение агрегатов производится при помощи стандартного набора сит с диаметром ячеек 10; 7; 5; 3; 2; 1; 0,5 и 0,25 мм (рис. 4). При проведении агрегатного анализа почву нельзя растирать и даже сильно встряхивать во избежание разрушения почвенных агрегатов. Порядок работы 1. Почвенный образец с ненарушенной структурой, отобранный из определенного генетического горизонта осторожно рассыпают на листе бумаги. 2. Методом двукратного квартования отбирают средний образец почвы. 3. Навеску 200 г надо в 2-3 приема последовательно просеивать через каждое сито стандартного набора. При этом сито ставят наклонно и осторожно постукивают по краю. 4. Оставшийся на сите материал взвешивают, переносят в фарфоровую чашку или стакан и накрывают бумагой, на которой написаны номер образца и фракция. 5. Почвенную массу, пропущенную через первое сито на лист бумаги, переносят на второе сито и просеивают, как указано в пункте 3. Операцию повторяют с каждым ситом, вплоть до сита с отверстиями диаметром 0,25 мм. 6. Полученные массы фракций надо пересчитать на 100 % от массы взятой навески. В результате расчетов будет получено представление о содержании агрегатов разной величины в почве. Результаты заносят в таблицу 6. После выделения фракций агрегатов, можно определить их водопрочность по методу Н.Н. Никольского. 7. Из каждой фракции отбирают 10-20 агрегатов и помещают в кристаллизатор или фарфоровую чашку большого диаметра. Агрегаты распределяют по дну чашки на одинаковом расстоянии друг от друга. 8. В чашку наливают водопроводной воды так, чтобы она покрыла агрегаты слоем около 2 см, после чего чашку оставляют в покое на 20 мин. 9. По истечении 20 мин осторожно передвигают каждый агрегат стеклянной палочкой. При этом подсчитывают число сохранившихся и разрушившихся агрегатов. 10. Результаты анализа вычисляются по формуле: а А = ⋅ 100% б где А – содержание прочных агрегатов в данной фракции (в процентах), а – количество сохранившихся агрегатов, б – количество взятых для анализа агрегатов. Результаты заносят в табл. 9. Таблица 9 Результаты структурного анализа горизонта___________ ____________________________почвы и анализа водопрочности агрегатов по методу Никольского Содержание агрегатов Фракция агрегатов, мм Общее, % от навески Водопрочные, % массы фракции > 10 10 – 7 7–5 5–3 3–2 2-1 1 – 0,5 0,5 – 0,25 Оборудование: стандартный набор сит, технические весы, фарфоровые чашки диаметром 15-20 см или кристаллизаторы (8 шт.) Задание: 1. Рассмотреть образцы различных типов и разновидностей почвенной структуры, отметить форму, размер структурных отдельностей. 2. Используя таблицу-определитель типов и разновидностей почвенной структуры, а также эталонные образцы, установить тип и разновидность структуры выданного образца из какого-либо горизонта почвы. При этом необходимо учитывать, что чаще всего структура смешанная. 3. Произвести структурный анализ и анализ водопрочности агрегатов по методу Никольского. 4. У других студентов получить данные анализов образцов из других горизонтов анализируемой почвы. 5. Построить столбиковые диаграммы структурного состояния почвы отдельно для каждого горизонта, в которой по горизонтали отметить фракции агрегатов, а по вертикали отразить их процентное содержание, в том числе – водопрочной части. 6. Сделать вывод об агрономической ценности структуры исследованной почвы. Вопросы для контроля: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Что называется структурой почвы? Каково значение структуры почвы? Что такое агрегатный состав почвы? На какие группы делят структурные агрегаты почвы по форме и по размеру? Опишите ход ситового анализа агрегатного состава почвы. Как определяется водопрочность почвенной структуры? Лабораторная работа № 8 Тема: Определение механического состава почв Теория: для описания физических свойств твёрдой фазы почвы применяется несколько характеристик. Важнейшая из них - механический (гранулометрический) состав почвы, под которым понимают процентное соотношение частиц различного размера в почве. Он выражается либо в виде таблицы, в которой указано процентное содержание частиц разных размеров, либо вербально (словесно) традиционным названием (песок, супесь, суглинок и т. д.). Следует отметить принципиальное отличие понимания механического состава в литологии и почвоведении. Если для осадочных пород обычно учитывается только преобладающий размер частиц, то в почвоведении рассматриваются все частицы и их соотношение. Это связано с тем, что почва всегда является полидисперсной системой, то есть в ней присутствуют частицы, чьи размеры отличаются на несколько порядков; как будет показано ниже, свойства частиц разных размеров коренным образом отличаются. Механический состав почв определяет почти все физические свойства почв. Традиционное подразделение почв на почвы "тяжелого" (глины, тяжелый и средний суглинок) и "лёгкого" (песок, супесь, легкий суглинок) механического состава связано с тем, что почвы, содержащие большое количество мелких частиц, труднее поддаются обработке. Также механический состав определяет многие химические свойства почв, поскольку они зависят от удельной поверхности почвенных частиц, а при уменьшении диаметра частиц в два раза площадь удельной поверхности увеличивается при одинаковом объеме почвы в четыре раза. Для подсчета процентного содержания почву разделяют на фракции следующего размера: 0,5-1 мм крупный песок 0,25-0,5 мм средний песок 0,05-0,25 мм мелкий песок 0,01-0,05 мм крупная пыль 0,005-0,01 мм средняя пыль 0,001-0,005 мм мелкая пыль < 0,001 мм ил Частицы более 1 мм в механическом анализе не учитываются. Содержание гравия, щебня, валунов учитывается при морфологическом описании почв, о чем говорится в соответствующем разделе. Процентному соотношению частиц разных фракций соответствуют традиционные названия почв и грунтов по механическому составу. Чтобы назвать почву по механическому составу, надо знать суммарное содержание частиц менее 0,01 мм (т. е. фракции ила + мелкой пыли + средней пыли). Эта суммарная фракция называется фракцией физической глины. Частицы размером от 0,01 до 1 мм (т. е. фракции крупной пыли + мелкого песка + среднего песка + крупного песка) называют физическим песком. Процентному содержанию физической глины соответствуют следующие названия почв по механическому составу: < 5% рыхлый песок 5-10% связный песок 10-20% супесь 20-30% легкий суглинок 30-40% средний суглинок 40-50% тяжелый суглинок 50-65% легкая глина 65-80% средняя глина > 80% тяжелая глина. Не следует путать название фpaкций и название мexaничecкoгo cocтaвa пoчв. Когда мы говорим "средний песок", мы имеем в виду фракцию, частицы размером от 0,25 до 0,5 мм. Когда же мы говорим "связный песок", то подразумеваем почву, содержащую от 5 до 10% физической глины. Н. А. Качинский рекомендовал также давать более подробное название почв по механическому составу, учитывая преобладание пылеватых, иловатых или песчаных частиц, например: средний суглинок пылевато-иловатый, лёгкая глина песчано-пылеватая и т. д. В лабораторных условиях определяется точное количественное соотношение фракций разных размеров в почве. Фракции крупного и среднего песка отделяются на ситах с диаметром 0,5 и 0,25 мм, соответственно. Для того, чтобы отделить мелкие фракции, пользуются методом пипетки. Для этого почву, пропущенную через сита для отделения фракций крупного и среднего песка, переносят в цилиндр с водой, взмучивают, а затем отбирают пипеткой пробы через определенное время с определенной глубины. B ocнoвe мeтoдa пипeтки лeжит зaкoн Cтoкca, coглacнo кoтopoмy cкopocть пaдeния чacтиц пpoпopциoнaльнa квaдpaтy иx paдиyca: v = 2/9g• r2 •(d1- d2 )•-1 гдe r - paдиyc пaдaющeй чacтицы, d1 - плoтнocть пaдaющeй чacтицы, d2 - плoтнocть вoды, g - ycкopeниe cвoбoднoгo пaдeния, a - вязкoзть жидкocти. Пocкoлькy cкopocть пaдeния мoжнo пpeдcтaвить кaк пyть, пpoйдeнный чacтицeй, пoдeлeнный нa вpeмя пaдeния, мы мoжeм ycтaнoвить мaкcимaльный paдиyc пaдaющиx чacтиц, ecли вoзьмeм пpoбy c oпpeдeлeннoй глyбины чepeз oпpeдeлeннoe вpeмя. Пробы берутся пипеткой с разной глубины через разные промежутки времени с тем чтобы найти содержание частиц менее 0,001 мм, менее 0,005 мм, менее 0,01 мм и менее 0,05 мм. Из этих значений высчитывается содержание илистой и трех пылеватых фракций. Фракция мелкого песка находится по разности. Для взятия пpoбы иcпoльзyeтcя cпeциaльнaя пипeткa, cкoнcтpyиpoвaннaя H. A. Kaчинcким, oбecпeчивaющaя paвнoмepнoe пocтyплeниe cycпeнзии в пипeткy и зacacывaниe cycпeнзии co cтpoгo oпpeдeлeннoй глyбины. B нaшeй paбoтe иcпoльзyeтcя oбычнaя пипeткa, и cлeдyeт yчитывaть oшибки, вoзникaющиe пpи ee пpимeнeнии. Так как почвенные частицы обычно соединены в агрегаты, необходимо почву предварительно диспергировать, т. е. разрушить эти агрегаты, для чего применяется целый ряд методов. Для анализа почв подзолистого ряда, допустимо использование простейшего способа: растирания почвы пестиком с резиновым наконечником с водой в состоянии крутой пасты. Пepeд пpoвeдeниeм мexaничecкoгo aнaлизa oбычнo пpинятo oпpeдeлять пoтepю мaccы пoчвы oт oбpaбoтки coлянoй киcлoтoй. Этa пpoцeдypa пpeднaзнaчeнa для yдaлeния кapбoнaтoв из пoчвы. Ecли пoчвa coдepжит тoнкoдиcпepcный кaльцит (чтo xapaктepнo для чepнoзёмoв, кaштaнoвыx и дp. пoчв), тo oн частично pacтвopяeтcя в вoдe и нe пoпaдaeт ни в oднy из фpaкций, oпpeдeляeмыx мeтoдoм пипeтки. B этoм cлyчae вce кapбoнaты мoгyт пoпacть вo фpaкцию, oпpeдeляeмyю пo paзнocти (мeлкий пecoк), чтo нe cooтвeтcтвyeт дeйcтвитeльнocти. Кроме того, карбонаты выступают в качестве цемента, скрепляющего почвенные агрегаты. Пoэтoмy oбычнo бepyт двe oдинaкoвыe пo мacce нaвecки пoчвы и oбpaбaтывaют coлянoй киcлoтoй. Пepвyю нaвecкy пpeнocят в цилиндp, a втopyю выcyшивaют и пo пoтepe мaccы oпpeдeляют coдepжaниe кapбoнaтoв. Этo знaчeниe нe пoпaдaeт ни в oднy фpaкцию, и зaпиcывaeтcя в тaблицe oтдeльнoй гpaфoй "Пoтepя oт oбpaбoтки HCl, %". Haдo oтмeтить, чтo пpи oбpaбoткe coлянoй киcлoтoй бecкapбoнaтныe пoчвы тaкжe тepяют мaccy, тaк кaк киcлoтa pacтвopяeт caмыe мeлкиe (кoллoидныe) чacтицы. B этoм cлyчae пoтepю oт oбpaбoтки HCl чacтo зaпиcывaют нe oтдeльнoй гpaфoй, a пpибaвляют к илиcтoй фpaкции. Бoльшинcтвo пoчв Kapeлии бecкapбoнaтнo, пoэтoмy пoтepя oт oбpaбoтки HCl нaми нe бyдeт oпpeдeлятьcя. Пoдpoбнo xoд oбpaбoтки coлянoй киcлoтoй oпиcaн в пocoбии A.Ф. Baдюнинoй и З. A. Kopчaгинoй "Meтoды иccлeдoвaния физичecкиx cвoйcтв пoчв и гpyнтoв". За рубежом также принято избавляться от органического вещества, которое также срепляет почвенные агрегаты. Для этого почва предварительно обрабатывается концентрированной перекисью водорода. В упрощенном определении, предлагаемом в данной работе, не разделяются на ситах фракции среднего и крупного песка. Цель работы: научиться определять механический состав почвы лабораторным способом (методом пипетки). Материалы и оборудование: 1) цилиндр емкостью 1 литр, 2) мешалка, 3) пипетка объемом 25 мл с метками 7 см, 10 см и 25 см от носика, 4) большая фарфоровая чашка, 5) пестик с резиновым наконечником, 6) малая фарфоровая чашка, 7) 4 бюкса емкостью более 25 мл, 8) сито с диаметром отверстий 0,25 мм, 9) воронка диаметром 20-25 см, 10) промывалка, 11) технические весы, 12) аналитические весы. Ход выполнения работы: 1. Берется навеска почвы 20 г на технических весах, навеска помещается в фарфоровую чашку. 2. Взвешивается на технических весах маленькая фарфоровая чашка, масса пустой чашки заносится в табл. 4. 3. Взвешиваются на аналитических весах 4 бюкса, их номера и масса заносятся в табл. 3. 4. К почве в фарфоровой чашке добавляется малое количество воды, достаточное для доведения почвы до состояния крутой пасты. В таком состоянии почва растирается пестиком с резиновым наконечником в течение 10-15 минут. 5. С помощью промывалки почва количественно переносится на сито с диаметром отверстий 0,25 мм, помещенное в воронку, вставленную в цилиндр объемом 1 л. На сите почва тщательно промывается из промывалки, пока вода, проходящая сквозь сито, не станет чистой. 6. Фракция, оставшаяся на сите, количественно переносится в малую фарфоровую чашку. После высушивания на водяной бане чашка с фракцией взвешивается на технических весах. Результат взвешивания записывается в таблицу 7. Объем суспензии в цилиндре доводится до 1 литра. Производится взмучивание суспензии шестьюдесятью энергичными ударами специальной мешалки. После последнего удара мешалка вынимается из цилиндра и отмечается время взмучивания по часам с секундной стрелкой. 8. Пипеткой объемом 25 мл отбирается проба суспензии, которая затем помещается во взвешенный бюкс. Бюкс помещается в термостат для высушивания. Всего пробы отбираются четыре раза. После взятия каждой пробы необходимо довести объем суспензии в цилиндре до 1 литра и вновь взболтать суспензию, отметив время. Первая (суточная) проба отбирается (при температуре воздуха 20°С) с глубины 7 см через 21 час 45 минут после взмучивания. Вторая (часовая) проба отбирается с глубины 10 см через 1 час 15 минут после взмучивания. Третья (минутная) проба отбирается с глубины 10 см через 18 минут 40 секунд после взмучивания. Четвертая (секундная) проба отбирается с глубины 25 см через 1 минуту 52 секунды после взмучивания. Порядок взятия проб произвольный. Пробу пипеткой следует брать медленно. Добирать суспензию или выпускать ее из пипетки, если не удалось сразу взять ровно 25 мл не допускается. Если объем суспензии в пипетке не равен 25 мл, определяется объем набранной суспензии и эта величина заносится в графу "Объем суспензии" в таблице 10. 9. Высушенные бюксы с фракциями взвешивают на аналитических весах, результаты записывают в табл. 11. 10. Производят расчет содержания фракций различных размеров, заносят их в таблицу 12. 11. Называют механический состав почвы по трехчленной классификации Н. А. Качинского (см. следующую работу). Таблица 10 Процентное содержание фракции > 0,25 мм Горизонт, Масса пустой Масса чашки с Масса фракции, Содержание фракции, % глубина, см чашки, г фракцией, г г Таблица 11 Процентное содержание фракций, определяемых методом пипетки № Масса пустого Масса Масса Объем Масса Содержание бюкса бюкса, г бюкса с фракции, суспен-зии, фракции в фракции, % фракцией, г г мл цилиндре, г 1 2 3 4 Таблица 12 Горизонт, глубина, см Содержание фракций различного размера в почве (в %) Размер фракции в мм, содержание фракции в % 0,25-1,0 0,05-0,25 0,01-0,05 0,005-0,01 0,001-0,005 <0,001 Порядок расчетов. Прежде чем производить расчеты, необходимо пересчитать массу взятой навески почвы на абсолютно сухую почву. Heoбxoдимocть дaннoй пpoцeдypы oчeвиднa, тaк кaк вce фpaкции взвeшивaютcя в aбcoлютнo cyxoм видe, пocлe выcyшивaния в тepмocтaтe. Пoчвa жe, взятaя для aнaлизa, coдepжaлa гигpocкoпичecкyю влaгy. Пересчет массы навески на абсолютно сухую почву производится по следующей формуле: mad = m•100% • (100% + W)-1 где mad - масса абсолютно сухой почвы, г, m - масса воздушно-сухой почвы, г, а W гигроскопическая влажность, %. Значение гигроскопической влажности берется из предшествующей работы. Пример: если мы имеем гигроскопическую влажность равной 10%, то масса абсолютно сухой почвы будет: mad = 20•100 • (100+ 10)-1 = 200/11 = 18,2 г Для всех дальнейших расчетов используется масса абсолютно сухой почвы. 1. Массу фракции в чашке (табл.15) определяют как разность массы чашки с высушенной фракцией и массы пустой чашки. Чтобы определить процентное содержание фракции, оставшейся на сите, умножают массу фракции на 100% и делят на массу всей навески (пересчитанную на абсолютно сухую почву): F1 = M1 • 100• mad-1 Это значение заносится в табл. 17 в графу “0,25-1,0 мм”. 2. Массы фракций в бюксах определяют путем вычитания массы пустого бюкса из массы бюкса с высушенной суспензией (табл. 16). Чтобы определить массу всей фракции в цилиндре, делим полученное значение на объем суспензии в пипетке и умножаем его на 1000 мл (объем всей суспензии в цилиндре): Мn = mn • 1000• Vn-1 3. Для определения процентного содержания фракций, найденных пипеточным методом, пользуются формулой, приведенной в пункте 1. Массу всей фракции в цилиндре так же умножают на 100% и делят на массу абсолютно сухой навески. 4. Процентное содержание фракции, отобранной в суточной пробе, заносится в последнюю графу таблицы 6 (илистая фракция < 0,001 мм). I. Содержание тонкопылеватой фракции (0,001-0,005 мм) находится по разнице фракций, отобранных часовой и суточной пробами. II. Содержание средней пыли (0,005-0,01 мм) находится по разнице фракций, отобранных минутной и часовой пробами. III. Содержание крупной пыли (0,01-0,05 мм) находится по разнице фракций, отобранных секундной и минутной пробами. Пoдoбнaя пpoцeдypa cлeдyeт из тoгo, чтo глyбины и вpeмя oтбopa cycпeнзии пoдoбpaнo тaк, чтo cyтoчнoй пpoбoй oтбиpaютcя тoлькo чacтицы мeнee 0,001 мм, a чacoвoй – мeнee 0,005 мм. Чтoбы нaйти фpaкцию oт 0,001 дo 0,005 мм, нeoбxoдимo из peзyльтaтoв чacoвoй пpoбы вычecть peзyльтaты cyтoчнoй. Aнaлoгичнa cитyaция c ocтaльными фpaкциями. 5. Для определения содержания мелкого песка (0,05-0,25 мм), единственной незаполненной в таблице графы, достаточно вычесть из 100% процентные содержания всех оставшихся фракций. 6. Название механического состава почвы дается после ознакомления со следующей работой. Лабораторная работа №9 Тема: Водные свойства почвы. Цель занятия: Получить представление о формах почвенной влаги, освоить методики определения полевой, гигроскопической влажности почв и их наименьшей влагоемкости. Вода является обязательным компонентом нормально функционирующей почвы. Она играет важнейшую роль жизненной основы для почвенной биоты, а также служит средой и непосредственно участвует во многих собственно почвенных процессах. Содержание воды в почве определяет ее физико-механические свойства, водновоздушный, тепловой и питательный режимы, передвижение веществ в почве, интенсивность протекания биологических, химических, физико-химических процессов и, в целом, является важнейшим фактором почвенного плодородия. Источником воды в почве могут быть атмосферные осадки и конденсация атмосферной влаги, воды орошения и грунтовые воды. Но водные свойства и водный режим почвы зависят также от ее собственных свойств: гранулометрического состава, структурного состояния, содержания органического вещества и ряда других показателей. Вода постоянно присутствует в почве в жидком и парообразном состоянии, сезонно или постоянно (мерзлотные почвы) – в твердом состоянии. Перемещение водяного пара в почве происходит из области высокого в область низкого его парциального давления. Поведение жидкой фазы воды зависит от действия гравитационных, осмотических, капиллярных и сорбционных сил. Существует две категории воды в почве: свободная и связанная. Они, в свою очередь, представлены различными формами почвенной воды. I. Свободная вода присутствует в почве в двух формах - гравитационной и капиллярной и играет основную роль в питании растений и функционировании почв. Вода этой категории может свободно перемещаться в почвенном профиле и выполняет функцию транспорта веществ. Гравитационная вода перемещается по профилю почвы под действием гравитационных сил в относительно крупных почвенных порах. Она представлена п р о с а ч и в а ю щ е й с я в о д о й атмосферных осадков и орошения и г р у н т о в о й в о д о й , скапливающейся над водоупорным слоем. Капиллярная вода перемещается по тонким порам почвы под действием разности капиллярных давлений, возникающих при смачивании водой стенок пор и формировании менисков – вогнутых поверхностей столбиков воды. Действие сил поверхностного натяжения при смачивании водой твердых частиц вызывает отрицательное давление на поверхности вогнутых менисков, которое компенсируется поднятием воды в капилляре. В зависимости от характера увлажнения различают к а п и л л я р н о п о д в е ш е н н у ю воду (при атмосферном увлажнении) и к а п и л л я р н о - п о д п е р т ую воду (при увлажнении от грунтовых вод). II. Связанная вода достаточно прочно удерживается почвенными частицами за счет сорбционного или химического взаимодействия и, в основном, недоступна растениям. Химически связанная вода входит в состав кристаллической решетки почвенных минералов (кристаллогидраты, например, гипс СаSO4·2Н2О), прочно удерживается химическими связями и поэтому непосредственного участия в процессах функционирования и образования почв не принимает. Эта форма воды удаляется из почвы при тем- пературах выше 105 оС. Гигроскопическая вода образуется в результате адсорбции паров воды на поверхности твердых частиц почвы, непосредственно примыкает к ним в виде пленки из 2-3 ориентированных слоев молекул воды. Обладает повышенной плотностью, не растворяет вещества, растворимые в свободной воде, замерзает при более низкой температуре. Эта форма почвенной воды сохраняется в почве, находящейся в воздушно-сухом состоянии. Удаляется из почвы при нагревании ее до 105 оС. При остывании почва снова адсорбирует водяные пары из воздуха. Рыхлосвязанная (пленочная) вода представляет собой внешний слой сорбированной воды со слабой ориентацией молекул. Образуется при соприкосновении твердых частиц почвы с жидкой водой. Эта вода удерживается менее прочно, чем гигроскопическая, и может перемещаться от почвенных частиц с большей пленкой к частицам с тонкой пленкой. Для растений эта форма воды доступна лишь частично. Основными водными свойствами почвы являются водоудерживающая способность, водопроницаемость и водоподъемная способность. Водоудерживающая способность – свойство почвы удерживать воду, обусловленное действием сорбционных и капиллярных сил. Наибольшее количество воды, которое способна удерживать почва теми или иными силами, называется в л а г о е м к о стью. Способность почвы сорбировать парообразную воду называется г и г р о с к о п и ч н о с т ь ю . Почва тем гигроскопичнее, чем больше степень ее дисперсности, т.е. чем тяжелее ее гранулометрический состав. Наибольшее количество влаги, которое может сорбировать почва при влажности воздуха, близкой к 100 % характеризует ее м а к с и мальную гигроскопичность. П о л н а я в л а г о е м к о с т ь – наибольшее количество воды, которое может вместить почва при полном заполнении всех пор водой. В практическом отношении особенно важной характеристикой водоудерживающей способности почвы является н а и м е н ь ш а я ( п р е д е л ь н о - п о л е в а я ) в л а г о е м к о с т ь – наибольшее количество воды, удерживаемое почвой после стекания всей гравитационной воды. Наименьшая влагоемкость зависит от гранулометрического и минералогического состава, содержания гумуса, структурного состояния, пористости и плотности почвы. Наибольшие значения этого показателя характерны для гумусированных почв тяжелого механического состава, обладающих хорошо выраженной макро- и микроструктурой. Водопроницаемость – способность почвы впитывать и пропускать воду. В п и т ы в а н и е представляет собой процесс последовательного заполнения почвенных пор водой. Передвижение воды в почве, находящейся в состоянии полного водонасыщения, под действием силы тяжести и напора называется ф и л ь т р а ц и е й . Наибольшей водопроницаемостью обладают легкие по гранулометрическому составу и хорошо оструктуренные суглинистые и глинистые почвы. Водоподъемная способность – свойство почвы вызывать восходящее передвижение содержащейся в ней влаги за счет капиллярных сил. Это свойство имеет большое значение для почв с близким уровнем залегания грунтовых вод. Чем больше водоподъемная способность почв (максимальна у суглинков), тем больше высота капиллярного поднятия (капиллярной каймы) воды и степень гидроморфизма почв. Особенно важно водоподъемную способность почв при близком залегании грунтовых вод с высокой минерализацией, когда возникает опасность засоления почв. Общее содержание воды в почве, выраженное в % массы абсолютно сухой почвы, называется в л а ж н о с т ь ю почвы. Лабораторными способами определяют полевую и гигроскопическую влажность почвы. Определение наименьшей влагоемкости почвы возможно в лаборатории для насыпного образца почвы. Лабораторная работа №10 Подготовка почвы к анализу. Определение полевой влажности Тема: почвы. Цель работы: научиться студентов подготавливать почву к анализу, определять полевую влажность почвы лабораторным способом. Образцы, доставляемые в лабораторию, должны быть немедленно доведены до воздушно-сухого состояния. Хранение сырых образцов не допускается, так как под влиянием микро-биологических процессов изменяется свойства почвы. Для просушки образцов рассыпают тонким слоем на большом листе бумаги ,удоляют корни и другие растительные остатки и прикрыв другим листом бумаги, оставляют на 2-3 дня. Определение полевой влажности почвы В поле пробы для определения влажности почвы берут буром из скважин или ножом со стенки разреза. Образцы отбирают из отдельных горизонтов почвы. Цель работы: научится определять полевую влажность почвы весовым методом. Материалы и оборудование: 1) алюминиевые бюксы, 2) эксикатор, 3) сушильный шкаф, 4) технические весы. Ход выполнения работы: Алюминиевый бюкс взвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г, наполняют 1/3 часть его почвой, закрывают крышкой и снова взвешивают. Затем ставят в сушильный шкаф при t = 100-105°С и сушат до постоянной массы. Крышку надо снять и надеть на дно стаканчика. После просушивания закрытый стаканчик охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Полевую влажность почвы рассчитывают по формуле: W=100 • a/в, где W - полевая влажность, %; а - масса испарившейся влаги, г; в - масса сухой почвы, г. Результаты записывают по форме таблицы 13. Таблица 13 Форма записи определения влажности и отдельных водных свойств почвы ГенетичесНоме Масса Масса Масса Масса Масса Содержание кий горизонт р бюкса, бюкса с бюкса с сухой испарившейс влаги, % и глубина бюкса г влажной сухой почвы, г я влаги, г образца, см почвой, г почвой, г Лабораторная работа №11 Тема: Определение полевой влажности почвы Определение полевой влажности почвы позволяет установить общее количество воды (во всех ее формах), содержащееся в почве в момент изъятия пробы. Отбор пробы производится в поле ножом из стенки разреза или почвенным буром в специальный стаканчик (алюминиевый бюкс). Пробы отбирают по горизонтам почвы, или регулярно, через каждые 5-10 см. Если надо взять одну пробу из большого по мощности горизонта (из слоя 50 см), то ее отбирают из средины его или по несколько граммов из средней, верхней и нижней частей. Порядок работы 1. На технических весах определяют массу металлического бюкса с крышкой. 2. Наполняют 1/3 часть бюкса почвой и закрывают крышкой (в таком виде образец можно сохранять не более 1-2 ч). 3. Определяют массу бюкса с почвой и помещают его в термостат при температуре 100-105оС. Крышку при этом снимают и надевают на дно бюкса. Сушить почву следует до постоянного веса (обычно процесс занимает около 6 ч). 4. Окончание сушки почвы определяют следующим образом. Через 2 ч после на- чала сушки бюкс вынимают, охлаждают в эксикаторе (5-10 мин) и взвешивают. Затем просушивают снова в течение 2 ч, охлаждают и взвешивают. Если вес стаканчика остался постоянным (или разница не превышает 5 %), просушивание заканчивают, в противном случае операцию повторяют еще раз. 5. Полевую влажность (WП) вычисляют по формуле: P −P WП = 1 2 ⋅100% P2 − P0 где Р1 – масса бюкса с почвой до высушивания; Р2 - масса бюкса с почвой после высушивания; Р0 - масса бюкса без почвы. Оборудование: металлические бюксы с крышками, термостат, эксикатор, заполненный хлоридом кальция СаCl2, технические весы. 4.2. Определение гигроскопической влажности почвы Гигроскопическую влагу определяют в почве, из которой удалены свободная и пленочная вода. Такое состояние почвы, называемое воздушно-сухим, достигается в том случае, когда почва длительное время находится в сухом помещении. Гигроскопическая влага удаляется из почвы при нагревании ее до температуры 100-105 оС. Порядок работы 1. Методом квартования из воздушно-сухой почвы, измельченной и пропущенной через сито с диаметром отверстий 1 мм, берут навеску около 5 г. Навеску переносят в предварительно взвешенный бюкс без крышки и помещают в термостат с температурой 100-105 оС. 2. После 2 ч просушивания бюкс извлекают из термостата, охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Затем снова помещают бюкс в термостат на 1-2 ч. Если после второго просушивания масса не уменьшилась, можно рассчитывать гигроскопическую влагу. 3. Влажность (WГ) вычисляют по формуле: P1 − P2 WГ = ⋅ 100% P2 − P0 где Р1 – масса бюкса с почвой до высушивания; Р2 - масса бюкса с почвой после высушивания; Р0 - масса бюкса без почвы. Гигроскопическая влажность используется для пересчета результатов различных анализов воздушно-сухой почвы на абсолютно-сухую. Для этого рассчитывается коэффициент гигроскопичности почвы (КГ), на который умножают результаты анализа воздушно-сухой почвы. 100 + W Г КГ = 100 Переводной коэффициент воздушно-сухой почвы в сухую вычисляют по формуле: 100 K= 100 + W Г Оборудование: металлические бюксы без крышек, термостат, эксикатор, заполненный хлоридом кальция СаCl2, технические весы. Лабораторная работа №12 Тема: Определение наименьшей влагоемкости почвы (из насыпного образца). Наименьшую влагоемкость можно определить в лаборатории для почвы с ненарушенным сложением (отобранной в металлический цилиндр специальным приспособлением – буром Качинского), или менее точно – для насыпного образца почвы с нарушенным сложением. Порядок работы 1. Стеклянную трубку диаметром 2–3 см, длиной 15 см с одного конца обвязывают марлевой салфеткой, под которую подкладывают бумажный фильтр, и определяют массу на технических весах. 2. Трубку заполняют слегка измельченным почвенным материалом до отметки 10–12 см. Для уплотнения материала нижним концом трубки осторожно постукивают о листовую резину. 3. Определяют массу трубки с почвой на технических весах, разность второго и первого определения составляет массу почвы 4. Трубку медленно погружают в сосуд с водой таким образом, чтобы уровень воды был на 1 см выше отметки на трубке, и оставляют ее в таком положении на 15 мин. 5. Спустя указанное время трубку с почвой извлекают из воды и в вертикальном положении закрепляют в штативе на 1 мин, чтобы дать возможность стечь избытку воды. 6. Затем трубку снимают со штатива, протирают снаружи фильтровальной бумагой для удаления оставшейся воды и определяют массу на технических весах. 7. Расчет воды, удерживаемой почвой после насыщения, производят по формуле Р − Р2 А= 3 ⋅ 100% Р 2 − Р1 где А — количество воды, удерживаемое почвой после насыщения, Р1 – масса трубки, Р2 – масса трубки с почвой, Р3 – масса трубки с почвой после ее насыщения водой, Р2 – Р1 – масса почвы, Р3 – Р2 – масса воды, удерживаемой почвой после насыщения. 8. Наименьшую влагоемкость (НВ) определяют суммированием процентного содержания гигроскопической воды (WГ) и воды, удерживаемой почвой после насыщения (А): НВ = WГ + A. Оборудование: фарфоровая ступка с пестиком, стеклянная трубка диаметром 2-3 см, длиной 20 см, марля, фильтровальная бумага, высокий химический стакан, железный штатив с зажимом, технические весы. Задание: 1. Из почвенного разреза или с помощью почвенного бура отобрать пробы почвы в алюминиевые бюксы через каждые 10 см до глубины 1 – 1,5 м для определения полевой влажности почвы. Одновременно отобрать образцы в бумажные пакетики для определения гигроскопической влажности и наименьшей влагоемкости данной почвы. 2. В лаборатории произвести определение полевой влажности термостатным методом и оставить образцы для высыхания до воздушно-сухого состояния для определения гигроскопической влажности и наименьшей влагоемкости. 3. На следующем занятии определить гигроскопическую влажность почвы и ее наименьшую влагоемкость. Результаты анализов занести в табл. 14. Таблица 14 Результаты определения водных свойств почвы ____________________________ Глубина отбора Полевая влажность, Гигроскопическая Наименьшая образцов, см % влажность, % влагоемкость, % 0-10 10-20 20-30 и т.д. 4. Построить график распределения по профилю почвы гигроскопической и полевой влажности, а также наименьшей влагоемкости, откладывая по вертикальной оси глубину, а по горизонтальной оси – значения отдельных водных свойств почвы (%), которые обозначить разными типами линий. 5. Охарактеризовать водные свойства исследованной почвы. Какие причины, по вашему мнению, привели к полученному распределению водных свойств по профилю почвы? Вопросы для контроля: 1. Назовите и охарактеризуйте основные формы почвенной влаги. 2. Назовите важнейшие водные свойства почвы. От каких факторов зависят эти свойства? 3. Опишите методику определение полевой влажности почвы. 4. Как определяют гигроскопическую влажность почвы. 5. Опишите ход определения наименьшей влагоемкости почвы. Лабораторная работа № 13. Тема: Физико-механические свойства почвы. Определение капиллярной влагоёмкости почвы. Плотность твёрдой фазы почвы (удельный вес) определяют пикнометрическим способом. Для ее вычисления надо знать объем и массу твердой фазы почвы. При пикнометрическом способе объем твёрдой фазы находят путем вытеснения воды взятой навеской почвы. Цель работы: научится определять плотность твёрдой фазы почвы в лабораторных условиях. Материалы и оборудование: 1) пикнометры или мерные колбы на 100 мл, 2) аналитические весы, 3) электрическая плитка или песчаная баня. Ход выполнения работы: в колбу наливают 250 мл дистиллированной воды, кипятят около получаса для удаления из нее растворённого воздуха и охлаждают до комнатной температуры. В пикнометр (или мерную колбу на 100 мл) наливают до метки прокипяченную и охлажденную дистиллированную воду, измеряют t0 и взвешивают. Взвешивают 9-10 грамм воздушно-сухой почвы. Из пикнометра выливают немного более 1/2 объема воды и всыпают в него навеску почвы. Почву и воду в пикнометре кипятят 30 минут, для удаления воздуха, доливая дистиллированной водой по мере выкипания до половины его объема. После кипячения пикнометр с содержимым охлаждают до комнатной t0 и доливают прокипяченую и охлажденную воду до метки, вытирают снаружи фильтровальной бумагой и взвешивают. Плотность твердой фазы вычисляют по формуле: d = A•[(B + A) - C] -1 • dH20-1 Где d - плотность твердой фазы почвы, г/см3; А - масса навески сухой почвы, г; В - масса пикнометра с водой, г; C - масса пикнометра с водой и почвой, г, а dH20 - плотность воды, принимаемая за 1 г/см3. Результаты записываются по форме табл. 15. Таблица 15 Генетический горизонт, глубина, см Результаты определения плотности твёрдой фазы почвы Масса сухой Масса Масса Плотность твёрдой фазы почвы (А), г пикнометра с пикнометра с почвы (d), г/см3 водой (В), г водой и почвой (С), г Определение капиллярной влагоёмкости почвы Капиллярная влагоемкость - максимальное количество каппилярно-подпертой воды, которое может содержаться в почве. Как и влажность, влагоёмкость определяется в % к весу сухой почвы. Цель работы: научится определять гигроскопическую влажность почвы весовым методом. Материалы и оборудование: 1) стеклянные цилиндры без дна, 2) марля, 3) ванночки, 4) фильтровальная бумага, 5) технические весы. Ход выполнения работы: стеклянный цилиндр без дна обвязывают марлей с нижней стороны. В предварительно взвешенный на технических весах цилиндр насыпают, слегка уплотняя постукиванием, почву на высоту 10 см. Определяют массу цилиндра с почвой. 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 и происходит капиллярное насыщение последней. Через каждые сутки цилиндр взвешивают на технических весах до тех пор, пока масса его не будет постоянной. Это укажет на то, что почва достигла полного капиллярного насыщения. Капиллярную влагоемкость рассчитывают по формуле: КВ = 100 • (В-М)/М, где КВ - капиллярная влагоемкость, %; В - масса почвы в цилиндре после насыщения, г; М - масса сухой почвы в цилиндре, г. Поскольку в цилиндр помещается воздушно-сухая навеска, а рассчёты производятся на массу абсолютно сухой почвы, массу абсолютно сухой почвы предварительно надо вычислить, используя значение коэффициента пересчёта, полученное в предыдущей работе (предполагается, что все лабораторные работы выполняются с тем же почвенным образцом) по формуле: M = m/KH2O, где М - масса абсолютно сухой почвы, m - масса воздушно-сухой почвы, а KH2O коэффициент гигроскопичности. Лабораторная работа №14 Тема: Общие физические свойства почвы Цель занятия: изучить методы определения общих физических свойств почвы (плотности твердой фазы, плотности сложения, общей пористости и пористости аэрации), произвести анализ этих свойств и сделать их агрономическую оценку в предложенных образцах. Физические свойства почвы являются важнейшим фактором почвенного плодородия. Они во многом зависят от состава и структурной организации почвы. В свою очередь, физические свойства почвы определяют водный, воздушный, пищевой и тепловой режимы почвы, влияют на развитие почвообразовательного процесса. Изучение и оценка физических свойств почв важны для определения их агрономической ценности, а также для проведения строительных и иных инженерных работ. Выделяют следующие физические свойства почвы: общие физические свойства, водные, воздушные, тепловые и физико-механические свойства. На практике проводят массовые анализы общих физических свойств почвы: плотности твердой фазы, плотности сложения и пористости почвы. Плотность твердой фазы почвы (d) – это масса, заключенная в единице объема твердой фазы почвы. Плотность твердой фазы почвы представляет собой интегрированное значение плотностей всех компонентов твердой фазы почвы: обломочных, глинистых, новообразованных минералов и органических соединений. Величина плотности твердой фазы почвы зависит, во-первых, от природы входящих в почву минералов, для которых она колеблется в пределах 2,3 – 4,0 г/см3, и, во-вторых, от количества органического вещества (1,4 – 1,8 г/см3). Плотность твердой фазы большинства почв составляет 2,4-2,8 г/см3. Знание этого показателя необходимо для вычисления общей пористости почвы. Кроме того, он дает некоторую ориентировку в петрографическом составе входящих в почву минералов и указывает на соотношение минеральной и органической частей. Плотностью сложения почвы (dV) называется масса единицы объема абсолютно сухой почвы. Его величина в целинных почвах колеблется от 1,0 до 1,8 г/см3, т.е. ниже, чем плотность твердой фазы. Это связано с тем, что в ненарушенном сложении объем почвы занимает не только твердая фаза, но и поры различного размера. Плотность сложения почвы зависит от гранулометрического состава, количества органического вещества, сложения и структуры почвы. Знание этого показателя нужно для многих агрономических расчетов: для определения пористости, абсолютного запаса в почве воды и других веществ, для расчета поливных и промывных норм, а также доз удобрений. Антропогенные воздействия на почву приводят к изменению равновесной плотности сложения, характерной для целинных почв: происходит уплотнение почвы (например, в подпахотном горизонте при формировании «плужной подошвы») или, наоборот, ее разрыхление. Для агрономической оценки плотности сложения почв можно воспользоваться табл. 16. Таблица 16 Оценка плотности сложения суглинистых и глинистых почв (по Н.А. Качинскому) Плотность Оценка Плотность Оценка сложения, сложения, г/см3 г/см3 < 1,0 Почва вспушена или богата 1,3 – 1,4 Почва сильно уплотнена органическим веществом 1,0 – 1,1 Свежевспаханная почва 1,4 – 1,6 Типичные величины для подпахотных горизонтов (кроме черноземов) 1,2 – 1,3 Почва уплотнена 1,6 – 1,8 Сильно уплотненные иллювиальные горизонты Общая пористость (Pобщ) – это суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы почвы. Выражается в процентах от общего объема почвы. Обычно общую пористость определяют расчетным путем, используя значения плотности сложения и плотности твердой фазы почвы. Пористость почвы зависит от гранулометрического состава, структурности, деятельности почвенной биоты, содержания органического вещества, в пахотных почвах от приемов обработки почвы. В пределах почвенного профиля пористость меняется по отдельным генетическим горизонтам, как правило, уменьшаясь с глубиной. Общая пористость складывается из межагрегатных пор (пор аэрации) и капиллярных пор (пустоты менее 8 мкм в диаметре). Некапиллярная пористость играет важную роль в воздухообмене почвы (аэрации), оптимально, когда она составляет 55-65 % общей пористости. Капиллярная пористость способствует удержанию влаги в почве. Оценку общей пористости можно провести, используя данные табл. 17. Таблица 17 Оценка общей пористости суглинистых и глинистых почв в вегетационный период (по Н.А. Качинскому) Общая поОценка Общая поОценка ристость, % ристость, % > 70 Почва вспушена (избыточ< 50 Неудовлетворительная для но пористая) пахотного горизонта 65 – 55 Отличная пористость 40 – 25 Характерна для уплотнен- (культурный пахотный гоных иллювиальных гориризонт) зонтов – чрезмерно низкая 55 – 50 Удовлетворительная для пахотного горизонта 5.1. Определение плотности твердой фазы почвы При пикнометрическом способе определения плотности твердой фазы почвы объем твердой фазы почвы находят путем вытеснения воды взятой навеской почвы. Пикнометр представляет собой мерную колбу (на 50, 100 см3 с расширением в верхней части и пробкой с капилляром или без него). Порядок работы 1. Методом квартования отбирают среднюю пробу образца воздушно-сухой почвы. 2. Пробу растирают в ступке и пропускают через сито с диаметром отверстий 1 мм. Берут пробу на определение гигроскопической влажности почвы (см. разд. 4.2). 3. В пикнометр объемом (или мерную колбу) наливают до метки дистиллированную воду, которую накануне прокипятили в течение получаса для удаления растворенного воздуха и закрывают пробкой. Взвешивают пикнометр с водой на технических весах. 4. Из пикнометра отливают примерно половину объема воды и помещают в него навеску почвы 5 г (для пикнометра объемом 50 см3) или 10 г (для пикнометра на 100 см3). 5. Пикнометры с водой и почвой (без пробки!) кипятят на электрической плитке 30 мин для удаления воздуха из почвенных агрегатов. При этом следят, чтобы кипение не было слишком бурным и не произошло выброса суспензии из пикнометра. 6. Пикнометр охлаждают в воде, закрыв пробкой, затем доливают дистиллированной водой до метки и взвешивают в закрытом виде на технических весах. 7. Величину плотности твердой фазы почвы (d) вычисляют по формуле: A d= , ( A + B) − C где А – масса абсолютно сухой почвы, В – масса пикнометра с водой, С – масса пикнометра с водой и почвой. А0 ⋅ 100 А= , 100 + W Г где А0 – масса навески воздушно-сухой почвы, WГ – гигроскопическая влажность почвы, % Оборудование: фарфоровая ступка с пестиком, металлическое сито с отверстиями диаметром 1 мм, технические весы, пикнометры ли мерные колбы на 50 или 100 см3, термостат, плитка электрическая, эксикатор, химические стаканы. Лабораторная работа №15 Тема: Определение плотности сложения почвы Для определения этого показателя необходимо отобрать образец почвы в ее естественном сложении, так, чтобы не нарушить объемное расположение структурных агрегатов и пор. Отбор образцов производят с помощью специального приспособления – бура Качинского в металлические цилиндры . При этом отбирают также пробу для определения полевой влажности почвы. Цилиндры закрываются крышками и транспортируются в лабораторию для взвешивания, которое необходимо произвести в этот же день. Образцы почвы в ненарушенном сложении можно отобрать также с помощью специальных режущих колец в бумажные пакеты или алюминиевых бюксов. В последнем случае образцы можно использовать одновременно для определения полевой влажности почвы. При отборе проб следует избегать уплотнения почвы и аккуратно подрезать ее вровень с краями цилиндров (колец или бюксов). Главная задача – определить массу абсолютно сухой почвы в единице объема. Внутренний объем (V, см3) цилиндров и режущих колец можно определить по формуле: π ⋅d2 V= ⋅h, 4 где d – внутренний диаметр, а h – высота цилиндра (кольца). Объем бюксов можно определить по массе налитой в них до краев дистиллированной воды. Определения объема, а также массы цилиндров с крышками, необходимо произвести до проведения полевых работ. Порядок работы 1. При отборе проб буром Качинского определяют влажность почвы по описанной выше методике . Цилиндр с почвой, закрытый крышками, взвешивают на тарелочных весах. При отборе проб режущими кольцами или бюксами, пакеты с пробами или бюксы помещают в термостат и сушат не менее 6 часов при температуре 105 о С до постоянной массы. Из бюксов почву для лучшего высыхания можно высыпать (без потерь!) в бумажные пакеты и сушить вместе с бюксами. После сушки охладить образцы в эксикаторе и определить массу абсолютно сухой почвы (вычтя массу тары – пакетов, бюксов). 2. Вычисляют плотность сложения почвы (dV) по формуле: А1 dV = , V где А1 – масса абсолютно сухой почвы, V – объем цилиндра (кольца, бюкса). Для образцов, отобранных буром Качинского в цилиндры, массу абсолютно сухой почвы определяют по формуле: 100 ⋅ ( А − А0 ) А1 = , 100 + W где А – масса цилиндра с влажной почвой, А0 – масса цилиндра без почвы, W – влажность почвы, %. Оборудование: бур Качинского (в комплекте с цилиндрами), алюминиевые бюксы, режущие кольца, весы технические (тарелочные), термостат, эксикатор. 5.3. Определение общей пористости и степени аэрации почвы расчетным методом Общую пористость почвы чаще всего определяют расчетным путем по значениям плотности твердой фазы и плотности сложения почвы, хотя есть и лабораторные способы определения этого показателя, например, методом парафинирования. Формула для расчета общей пористости имеет следующий вид: ⎛ d⎞ Робщ = ⎜1 − V ⎟ ⋅ 100% , ⎝ d⎠ где dV – плотность сложения почвы, d – плотность твердой фазы почвы. Степень (пористость) аэрации почвы характеризует объем пор, заполненных воздухом. Этот показатель имеет большое значение для почвенной биоты и зависит от степени заполненности пор почвы водой. Когда вода заполняет почвенные поры и вытесняет почвенный воздух, снижается газообмен в почве, затрудняется дыхание почвенных животных, микроорганизмов и корней растений, развиваются восстановительные процессы, угнетающе действующие на растения. В агрономическом отношении важно, чтобы почва имела пористость аэрации не менее 15 %. Степень аэрации (РА, %) определяют по формуле: Р A = Pобщ − W ⋅ d V , где Робщ – общая пористость почвы, %, W – влажность почвы, %, dV – плотность сложения почвы, г/см3. Задание: 1. Произвести отбор проб для определения плотности сложения и плотности твердой фазы почвы (или использовать образцы, отобранные на первом занятии). 2. Определить плотность твердой фазы почвы. 3. Определить плотность сложения почвы. 4. Определить расчетным путем общую пористость и пористость аэрации почвы. 5. Произвести агрономическую оценку определенных показателей почвы. Вопросы для контроля: 1. Назовите общие физические свойства почвы. Каково их значение для почвенного плодородия? 2. Опишите методику пикнометрического определения плотности твердой фазы почвы. 3. Опишите ход определения плотности сложения почвы. 4. Как расчетным путем можно определить общую пористость почвы и пористость аэрации? III. ЛАБОРАТОРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВЫ Лабораторная работа №16 Тема: Химические свойства почвы. Химические свойства почвы формируются за счет их наследования от материнской породы, а также вследствие собственно почвенных процессов функционирования. В геохимическом отношении почва является телом, в котором замыкаются циклы биологического круговорота и осуществляются многие процессы, связанные с геологическим круговоротом веществ. Химические элементы и соединения, присутствующие в почве, могут иметь биогенное или литогенное (из горных пород) происхождение и в разной степени участвовать в процессах почвообразования. Главной особенностью химического состава почвы является наличие в ней органических веществ и особенно их специфической группы – гумусовых веществ, а также большое разнообразие форм соединений отдельных элементов и непостоянство (динамичность) химического состава почв во времени. Такие органогенные элементы, как углерод и азот, содержатся в почве в количествах, в 10-20 раз превышающих их содержание в литосфере. Другие элементы (алюминий, железо, кальций, натрий, калий) в результате почвообразования выносятся из почвы. Для растений особенно важно наличие в почве подвижных форм элементов минерального питания, таких как азот, фосфор, калий, кальций и микроэлементов (бор, марганец, цинк, медь, кобальт и др.). Анализ химических свойств почв имеет основное значение в почвенных исследованиях. На его основе определяются обеспеченность почвы элементами, необходимыми для питания растений, химические особенности почвы, а также наличие или отсутствие вредных соединений, в том числе связанных с техногенным загрязнением. По данным химического анализа составляется агротехническая характеристика почвы, разрабатываются мероприятия по повышению ее плодородия. При химическом анализе почв широко применяют различные в ы т я ж к и – кислотные, щелочные, солевые и водные. Вытяжкой из почвы называют сумму соединений, растворимых в растворителе, которым воздействуют на почву. Растворителем может служить вода, а также растворы щелочей, кислот и солей. Обычно при приготовлении вытяжки почва и растворитель берутся в соотношении 1:5. По степени растворимости можно выделить следующие группы химических соединений почвы: 1) Легкорастворимые соединения. Сюда относятся хлориды натрия, магния и кальция; бикарбонаты натрия, кальция и магния; карбонаты натрия; сульфаты натрия и магния; нитраты, нитриты и некоторые другие. Соединения этой группы легко растворяются в дистиллированной воде. Кроме перечисленных минеральных солей, в воде растворяются некоторые органические соединения (водорастворимая часть гумуса). 2) Среднерастворимые соединения плохо растворяются в воде, но хорошо – в слабых растворах кислот. К этой группе относятся карбонаты кальция и магния, сульфаты кальция и частично гидроксиды железа. Эти соединения растворяются в воде в 1000 раз хуже растворимых соединений. Растворимость этих соединений немного повышается от присутствия большого количества легкорастворимых солей, однако все равно остается очень низкой. Карбонаты кальция и магния и сульфат кальция хорошо растворяются в соляной кислоте (концентрация 5-10%); большая концентрация кислоты отрицательно сказывается на растворимости сульфата кальция. 3) Некоторые химические соединения не растворяются ни в воде, ни в слабых кислотах, но хорошо растворяются в щелочах. Примеры подобных соединений – гуминовые кислоты и их соли (важные составные части почвенного гумуса), аморфная окись кремния и некоторые другие образования. Эти соединения обычно растворяются 10процентным раствором Na2CO3 (соды) или однонормальным раствором гидроксида натрия NaOH. Органическое вещество почвы Цель занятия: познакомиться с основными группами органического вещества почвы, составом и свойствами гумусовых веществ, освоить метод определения общего содержания органического вещества почвы по И.В. Тюрину. Органическое вещество почвы играет значительную роль в формировании почвы и ее важнейших свойств и признаков. От содержания органического вещества зависит плодородие почвы, которое от первичного плодородия материнских пород и от искусственного плодородия (внесение удобрений), отличается относительной устойчивостью и способностью к воспроизводству. Органическое вещество определяет сорбционные свойства почвы – выполняет депонирующую функцию по отношению к элементам минерального питания растений. Кроме того, само органическое вещество почвы служит питательным субстратом для почвенной биоты (микроорганизмов, почвенных животных и грибов). Органические вещества участвуют в создании благоприятных воднофизических свойств почвы, устойчивой почвенной структуры, миграции ряда химических элементов и соединений. Все важнейшие почвенные процессы протекают при прямом или косвенном участии органического вещества. Источником органического вещества почвы служат органические остатки отмерших растений и их частей, микроорганизмов, животных, а также их прижизненные выделения. Эти остатки в почве минерализуются с образованием воды, углекислого газа и минеральных солей или вступают в сложные превращения, итогом которых становится образование специфических почвенных органических веществ – гумуса. Соотношение процессов минерализации и гумификации различно в разных природных зонах. Наиболее интенсивное гумусонакопление происходит в районах с умеренным климатом при участии травянистой растительности и приводит к формированию наиболее богатых гумусом почв – черноземов. Органическое вещество почвы постоянно обновляется: часть его минерализуется и замещается новым органическим веществом. Поэтому нарушение баланса поступления органического вещества в почву неизбежно приводит к снижению гумусированности почв, что часто наблюдается в агроландшафтах. Выделяются следующие основные группы органического вещества почвы: 1 ) Неразложившиеся и слаборазложившиеся остатки растений и животных – почвенный д е т р и т . 2) Почвенный г у м у с – часть органического вещества почвы, полностью утратившая черты анатомического строения организмов, представленная совокупностью специфических и неспецифических органических соединений почвы. Н е с п е ц и ф и ч е с к и е о р г а н и ч е с к и е с о е д и н е н и я (сахара, аминокислоты, белки, органические основания, дубильные вещества, органические кислоты и т.п.) присутствуют в почве как результат жизнедеятельности организмов, продукты выщелачивания и промежуточные продукты разложения органических остатков. Их содержание в минеральных почвах не превышает нескольких процентов. С п е ц и ф и ч е с к и е г у м у с о в ы е в е щ е с т в а – темноокрашенные органические соединения, входящие в состав гумуса, представляют собой смесь различных по составу и свойствам высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений. Это основная часть почвенного гумуса. Среди специфических гумусовых веществ можно выделить г у м у с о в ы е к и с л о т ы – вещества, экстрагируемые из почвы щелочной вытяжкой и г у м и н – неэкстрагируемую часть гумуса. Гумусовые кислоты в настоящее время подразделяют на три фракции: Ф у л ь в о к и с л о т ы (от гр. «фульвос» – желтый) – наиболее растворимая (в щелочах, кислотах, органических растворителях) группа гумусовых соединений, отличающаяся от других фракций меньшей молекулярной массой, более светлой окраской, меньшим содержанием углерода. Обладают относительно более выраженными кислотными свойствами, способствуют выщелачиванию почвенного профиля благодаря способности к комплексо- и хелатообразованию. Сравнительно легко минерализуются и поэтому являются источником легко мобилизируемых питательных веществ. Г у м и н о в ы е к и с л о т ы – растворимая в щелочах, но нерастворимая в кислотах группа темноокрашенных гумусовых веществ, обладающих относительно более высокими молекулярными массами, менее выраженным кислотным характером и более высоким содержанием углерода. Г и м а т о м е л а н о в ы е к и с л о т ы – фракция гумусовых веществ с промежуточными свойствами между фульвокислотами и гуминовыми кислотами. Они экстрагируются полярными органическими растворителями (например, этиловым спиртом). Соотношение главных фракций гумусовых кислот – гуминовых и фульвокислот (СГК:СФК) является показателем, характеризующим тип гумуса. Так, гумус может быть гуматным (СГК:СФК>2), фульватно-гуматным (1-2), гуматно-фульватным (0,5-1), фульватным (< 0,5). При количественном определении общего содержания органического вещества в почве фактически находят общее содержание углерода, а затем, учитывая среднее содержание углерода в гумусе 58 %, вычисляют содержание в почве так называемого «общего гумуса». Этот показатель варьирует в почвах в широких пределах (от 0,5 до 12 % и более). Оценку общей гумусированности почвы можно сделать на основе данных табл. 18. Таблица 18 Показатели гумусного состояния почв (по Д.С. Орлову, Л.А. Гришиной) Признаки Уровень признака Пределы значений Очень высокое Более 10 Высокое 6 – 10 Содержание гумуса, % Среднее 4–6 Низкое 2–4 Очень низкое Менее 2 Очень высокие >200 >600 Высокие 150-200 Запасы гумуса в слое, т/га 400-600 Средние 100-150 20 см 200-400 100см Низкие 50-100 100-200 Очень низкие <50 <100 Лабораторная работа №17 Тема: Определение общего содержания гумуса в почве. Определение общего содержания гумуса в почве методом И.В. Тюрина в модификации В.Н. Симакова Метод определения общего содержания органического углерода основан на его «мокром сжигании» – окислении смесью раствора бихроматом калия (K2Cr2O7) и концентрированной серной кислоты (хромовой смесью). При этом окислению подвергается углерод не только гумуса, но и негумифицированных органических остатков, что ведет к некоторому завышению результатов. В этой связи особое значение имеет тщательный отбор из почвы всей видимой органики (корешков, кусочков листовых пластинок и т.п.). Окисление углерода производится сильным окислителем – хромовой кислотой (Н2Cr2O7), образующейся при взаимодействии бихромата калия с концентрированной серной кислотой. Общее уравнение реакции окисления имеет следующий вид: 2K2Cr2O7 + 8H2SO4 + 3C = 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 3 CO2↑ + 8H2O Неизрасходованная часть окислителя определяется титрованием солью Мора (аммоний железо (II) сернокислый 6-водный (NH4)2SO4·FeSO4·6H2O) в присутствии индикатора – фенилантрониловой кислоты: K2Cr2O7 + 7 H2SO4 + 6(NH4)2SO4·FeSO4 = Cr2(SO4)3 +3 Fe2(SO4)3 + + 6(NH4)2SO4 + K2SO4 + 7H2O Порядок работы 1. Из образца воздушно-сухой почвы берут среднюю пробу (около 10 г), рассыпают на листе белой бумаги и пинцетом отбирают корни и другие органические остатки. Затем почву осторожно растирают в фарфоровой ступке, разрушая почвенные агрегаты пестиком. Затем снова отбирают видимые органические остатки. Удаление органических остатков можно проводить стеклянной или эбонитовой палочкой, намагниченной куском шерстяной ткани. Для этого несколько раз проводят палочкой над рассыпанной тонким слоем почвой, на расстоянии не ниже 3 см от нее (чтобы не прилипали почвенные частицы). Прилипшие органические остатки снимают с палочки при очередном натирании. Почву пропускают через сито с диаметром отверстий 1 мм для удаления почвенного скелета. Подготовленную таким образом почву растирают в ступке и целиком пропускают через сито с диаметром отверстий 0,25 мм. 2. Из подготовленной почвы на аналитических весах берут навеску от 0,1 до 0,5 г в зависимости от содержания гумуса и окраски почвы (табл. 19). Таблица 19 Зависимость величины навески почвы от содержания гумуса и окраски почвы (по А.А. Красюку) Содержание гумуса, % Окраска почвы Навеска, г 8-15 Черная 0,1 5-8 Темно-серая 0,15-0,2 3-5 Серая, буроватая 0,3 1-3 Светло-серая, белёсая, палевая 0,4-0,5 3. Навеску переносят в колбочку емкостью 100 см3, в которую из бюретки наливают точно 10 см3 смеси 0,4 н. раствора бихромата калия с концентрированной серной кислотой (хромовой смеси). Осторожно круговыми движениями колбы перемешивают ее содержимое. Одновременно наливают в пустую колбочку 10 см3 хромовой смеси для «холостого» титрования. 4. Колбочки закрывают маленькими воронками (в качестве обратного холодильника) и кипятят на электрической плитке 5 минут в вытяжном шкафу (засекая время от момента появления первого крупного пузырька воздуха). При этом не допускают бурного кипения, приводящего к разбрызгиванию хромовой смеси. Если после 5 минут кипения содержимое колбы с почвой приобрело явную зеленую окраску, то это говорит о недостатке хромовой кислоты. В таком случае необходимо уменьшить навеску. 5. После кипячения колбам дают остыть (в вытяжном шкафу!), затем аккуратно смывают промывалкой капли хромовой смеси с воронок и стенок колб. Объем содержимого колб доводят дистиллированной водой до 30-40 см3. 6. Добавив в колбы 5-8 капель 0,2-процентного содового раствора фенилантрониловой кислоты, титруют 0,2 н. раствором соли Мора. По мере титрования окраска раствора переходит от бурой к вишневой, далее к фиолетовой и резко (от одной капли) – к грязно-зеленой (в «холостой» пробе – к изумрудно-зеленой). Как только окраска содержимого колбы становится фиолетовой, титрование проводят по каплям до точки эквивалентности – перехода к зеленой окраске. Отмечают объем раствора соли Мора, пошедшего на титрование колбы с почвой и «холостой» пробы. 7. Количество гумуса определяют по формуле: (a − b) ⋅ K ⋅ 0,0010362 ⋅ K Г ⋅100 X = 0,2 ⋅ m где Х – содержание гумуса, %, a – объем соли Мора, пошедшей на «холостое» титрование, см3, b –объем соли Мора, пошедшей на титрование избытка хромовой кислоты, см3, К – коэффициент поправки (точная концентрация рабочего раствора соли Мора), 0,0010362 – коэффициент Ищерякова, показывающий, что 1 см3 0,2 н. раствора соли Мора соответствует 0,0010362 г гумуса или 0,0006 г углерода, 0,2 – стандартная концентрация раствора соли Мора (0,2 н.) m – масса навески воздушно-сухой почвы, г, КГ – коэффициент гигроскопичности для пересчета на абсолютно сухую почву. Как видно из формулы, для точного определения содержание гумуса, необходимо знать гигроскопическую влажность почвы и точную концентрацию приготовленного раствора соли Мора. Поправку концентрации рабочего раствора соли Мора находят, проводя его титрование стандартным раствором перманганата калия (КMnO4). Для этого в колбочку объемом 100 см3 наливают 10 см3 раствора соли Мора, пипеткой добавляют 1 см3 концентрированной серной кислоты, доводят объем дистиллированной водой до 30-40 см3, и титруют 0,1 н. раствором перманганата калия до появления устойчивой розовой окраски, не исчезающей в течение 1 мин. Для расчета коэффициента поправки вычисляют среднее арифметическое значение результатов трех титрований. Поправку концентрации рабочего раствора находят по формуле: 0,1 ⋅ V1 К= , V2 где V1 – объем стандартного (0,1 н.) раствора перманганата калия, V2 – объем рабочего раствора соли Мора, взятый для титрования (10 см3), 0,1 – концентрация раствора перманганата калия (стандарт-титра). Проверку поправки концентрации соли Мора необходимо проводить через каждые 3 дня, что связано с окислением этого вещества кислородом воздуха. При проведении лабораторных занятий определение поправки концентрации рабочего раствора соли Мора проводит лаборант. Оборудование: фарфоровые ступки, пестики – фарфоровые и с резиновым наконечником, технические весы, аналитические весы, конические колбы емкостью 100 см3, маленькие воронки (диаметром 2-4 см), промывалки, мензурки или мерные цилиндры, электрическая плитка, бюретки емкостью 25 или 50 см3, штативы лабораторные, алюминиевые бюксы, термостат и эксикатор (для определения гигроскопической влажности почвы). Реактивы: смесь 0,4 н. раствора бихромата калия с концентрированной серной кислотой (хромовая смесь), 0,2 н. раствор соли Мора, 0,2%-ный раствор фенилантрониловой кислоты. Приготовление растворов: 1) Приготовление хромовой смеси. 40,0±0,1 г тонко измельченного в фарфоровой ступке K2Cr2O7 поместить в мерную колбу объемом 1 дм3, довести после растворения дистиллированной водой до метки и перелить в термостойкую колбу (или фарфоровую кружку) объемом 2 дм3. К этому раствору приливают порциями по 100 см3 с интервалом в 10-15 минут 1 дм3 концентрированной H2SO4. Смесь образуется с выделением большого количества тепла и испарением растворов, поэтому работу следует проводить в вытяжном шкафу. После охлаждения смеси ее необходимо перемешать, перелить в мерную колбу на 2 дм3, долить до метки дистиллированной водой (осторожно!) и хранить в склянке из темного стекла с притертой пробкой (хромовая смесь поглощает из воздуха пары воды). 2) Приготовление раствора соли Мора. 80±0,1 г кристаллической соли Мора растворить в небольшом количестве (примерно 300 см3) дистиллированной воды, добавить 20 см3 концентрированной H2SO4, перемешивают и фильтруют в мерную колбу объемом 1 дм3 через двойной складчатый фильтр для очищения от механических примесей. Раствор доводят до метки дистиллированной водой. Хранить раствор нужно в склянке из темного стекла с притертой пробкой. Вследствие постепенного окисления соли Мора при хранении, готовить этот реактив необходимо накануне анализа и регулярно проверять его концентрацию. Для предотвращения окисления соли Мора кислородом воздуха, к сосуду присоединяют склянку Тищенко с разбавленным раствором Na2SO4. 3) Приготовление раствора фенилантрониловой кислоты. Сначала готовят 0,2процентный содовый раствор. Для этого 0,2 г кристаллического Na2CO3 растворяют в мерной колбе на 100 см3, доводя до метки дистиллированной водой. Навеску 0,2 г порошка фенилантрониловой кислоты помещают в фарфоровую чашку, и после добавления нескольких кубических сантиметров 0,2%-ного содового раствора размешивают стеклянной палочкой до получения сметанообразной консистенции. Затем постепенно наливают остальное количество содового раствора при постоянном помешивании. Задание: 1. Определить содержание гумуса в предложенном образце из какого-либо поч- венного горизонта. 2. Зная мощность почвенного горизонта, рассчитать запас гумуса в нем, используя данные о плотности сложения данного горизонта. 3. Получив данные у других студентов, построить график распределения содержания гумуса по профилю анализируемой почвы. 4. Рассчитать общий запас гумуса в профиле почвы и в слое 0-100 см. 5. Произвести оценку содержания и запасов гумуса в анализируемой почве по табл. Лабораторная работа № 18 Тема: Определение содержания гумуса (по Тюрину) Метод И. В. Тюрина основан на окислении углерода гумусовых веществ до СО 2 0,4 N раствором двухромовокислого калия (К2Cr2O7). По количеству хромовой смеси, пошедшей на окисление органического углерода, судят о его количестве. Цель работы: научится определять содержание органического углерода почвы методом мокрого озоления по И. С. Тюрину. Материалы и оборудование: 1) конические колбы на 100 мл, 2) воронки, 3) 0,4 N раствор К2Cr2О7 в разбавленной Н2SО4 (1:1), 4) 0,1 N или 0,2 N раствор соли Мора, 5) 0,2% раствор фенилантраниловой кислоты, 6) бюретка для титрования, 7) электрическая плитка или газовая горелка. Ход выполнения работы: на аналитических весах берут навеску почвы 0,2-0,3 г. Навеску почвы осторожно переносят в коническую колбу на 100 мл. В колбу из бюретки приливают 10 мл хромовой смеси и содержимое осторожно перемешивают круговым движением. В колбу вставляют маленькую воронку, которая служит обратным холодильником, ставят колбу на асбестовую сетку или этернитовую плитку, затем содержимое колбы доводят до кипения и кипятят ровно 5 минут с момента появления крупных пузырьков СО2. Бурного кипения не допускают, так это приводит к искажению результатов из-за возможного разложения хромовой смеси. При массовых анализах рекомендуется кипячение заменить нагреванием в сушильном шкафу при 150°С в течение 30 минут. Колбу остужают, воронку и стенки колбы обмывают из промывалки дистиллированной водой, доводя объем до 30-40 мл. Добавляют 4-5 капель 0,2%-ного раствора фенилантраниловой кислоты и титруют 0,1 N или 0,2 N раствором соли Мора. Конец титрования определяют переходом вишнево-фиолетовой окраски в зелёную. Проводят холостое определение, вместо навески почвы используя прокаленную почву или пемзу (0,2-0,3г). Содержание органического углерода вычисляют по формуле: С = (100•(а - в) • КМ • 0,0003 • КН2О) • Р-1, где С - содержание органического углерода, %; а - количество соли Мора, пошедшее на холостое титрование; в - количество соли Мора, пошедшее на титрование остатка хромовокислого калия; КМ - поправка к титру соли Мора; 0,0003 - количество органического углерода, соответствующее 1 мл 0,1 N раствора соли Мора, г (применяя 0,2 N раствор соли Мора, количество органического углерода, соответствующее 1 мл соли Мора, равно 0,0006 г); КН2О - коэффициент гигроскопичности для перерасчета на абсолютно сухую навеску почвы; Р - навеска воздушно-сухой почвы, г. Вычисляют содержание гумуса из расчета, что в его составе содержится в среднем 58% органического углерода (1 г углерода соответствует 1,724г гумуса): Гумус (%) = С(%)•1,724. Результаты сравнивают с данными таблицы 20. Таблица 20 Группировка почв лесных питомников таёжной зоны по обеспеченности гумусом (шкала Ленинградского НИИ лесного хозяйства) Гумус, % по Тюрину Степень обеспеченности Крайне бедные 1 1,01 - 2,0 Бедные 2,01 - 3,0 Недостаточно обеспеченные 3,01 - 4,0 Средне обеспеченные 4,0 Хорошо обеспеченные Лабораторная работа №19 Тема: Изучение свойств гумусовых веществ почвы В работе необходимо приготовить водную и щелочную вытяжки органического вещества почвы. Для этого рекомендуется использовать образцы, отобранные из гор. А1 чернозема и серой лесной почвы, имеющих примерно равное содержание органического вещества. В основу метода, применяемого для выделения гумусовых веществ из почвы и разделения их на группы, положены различные по растворимости в воде, щелочах и кислотах свойства гуминовых и фульвокислот, а также их солей. Изучение растворимости гумусовых кислот и их солей в воде. Порядок работы 1. В коническую колбу объемом 250 см3 помещают навеску в 30 г измельченной и пропущенной через сито с диаметром отверстий 1 мм почвы и приливают 150 см3 дистиллированной воды. 2. Взбалтывают суспензию 5 мин и фильтруют через бумажный фильтр. По окраске фильтрата судят об относительном содержании водорастворимой фракции органического вещества почвы. Изучение растворимости гумусовых веществ в щелочах. Порядок работы 1. Готовят щелочную вытяжку гумусовых веществ. Для этого в коническую колбу объемом 250 см3 помещают навеску 30 г измельченной и пропущенной через сито с диаметром отверстий 1 мм почвы и приливают 150 см3 0,1 н раствора NaOH. 2. Взбалтывают суспензию 5 мин и фильтруют через бумажный фильтр. Сравнивают цвет фильтрата щелочной и водной вытяжки. Разделение гумусовых кислот. Порядок работы 1. Отбирают мерным цилиндром 30 см3 фильтрата щелочной вытяжки в колбу на 100 см3 и добавляют из пипетки по каплям 1 н раствор H2SO4 до появления мути. Для лучшего осаждения гуминовых кислот колбу нагревают на водяной бане 10-15 мин. 2. Осадок гуминовых кислот фильтруют через плотный бумажный фильтр. Определяют цвет фильтрата, содержащий раствор фульвокислот. Растворение гуминовых кислот. Порядок работы 1. Воронку с фильтром и осадком гуминовых кислот вставляют в колбу объемом 100 см3 и растворяют осадок горячим 0,1 н раствором NaOH. 2. Сравнивают окраску полученного раствора гуминовых кислот с окраской раствора фульвокислот, полученного в предыдущем опыте. Оборудование: технические весы, конические колбы на 250 и 100 см3, воронки, фильтровальная бумага, пипетки, мерные цилиндры, водяные бани. Реактивы: 0,1 н раствор NaOH, 1 н раствор H2SO4. Приготовление растворов: 1) Приготовление 0,1 н раствора NaOH. 4 г кристаллического гидроксида натрия растворяют в 1 дм3 дистиллированной воды. 2) Приготовление 1 н раствора H2SO4. 28 см3 концентрированной серной кислоты (плотность 1,96) растворяют в 1 дм3 дистиллированной воды. Задание: 1. Взять для сравнения образцы гумусовых горизонтов чернозема и серой лесной почвы. 2. Изучить растворимость гумусовых веществ сравниваемых почв в воде и в щелочах. 3. Произвести разделение гумусовых кислот. 4. Сделать вывод о свойствах и составе гумусовых веществ в изученных почвах. Вопросы для контроля: 1. Каково почвенно-генетическое, экологическое и хозяйственное значение органического вещества почвы? 2. Назовите источники поступления органического вещества в почву. 3. Назовите основные группы и фракции органического вещества почвы. 4. Каковы различия в свойствах гумусовых веществ? 5. Какие характеристики органического вещества почвы используется при ее агроэкологической оценке? 6. На чем основан метод определения общего содержания органического вещества почвы по И.В. Тюрину в модификации В.Н. Симакова? Лабораторная работа №20 Тема: Поглотительная способность почвы. Цель занятия: Изучить виды и факторы формирования поглотительной способности почвы, получить представление о почвенном поглощающем комплексе, освоить методику количественного определения суммы поглощенных оснований почвы. Поглотительной способностью почвы называют способность почвы поглощать из водной или воздушной среды вещества в ионном, молекулярном, коллоидном виде или в виде суспензий, а также живые микроорганизмы. Эта способность почвы обусловлена протекающими в ней разнообразными процессами сорбционной и несорбционной природы. Совокупность минеральных, органических и органо-минеральных частиц твердой фазы почвы, обладающих поглотительной способностью, носит название почвенного поглощающего комплекса (ППК). Основную часть ППК составляют почвенные коллоиды. По К.К. Гедройцу, выделяют 5 видов поглотительной способности почвы: механическую, физическую, физико-химическую, химическую и биологическую. М е х а н и ч е с к а я п о г л о т и т е л ь н а я с п о с о б н о с т ь – это свойство почвы, как всякого пористого тела, задерживать в своей толще твердые частицы крупнее, чем система пор. Это могут быть взвешенные в поверхностных водах частицы глины и песка, детрит и т. п. Механическая поглотительная способность зависит от гранулометрического состава почвы, ее пористости, сложения. Благодаря механической поглотительной способности почвы и грунтов обеспечивается чистота грунтовых вод, происходит заиление каналов. Физическая (молекулярно-сорбционная) поглотительная способн о с т ь представляет изменение концентрации молекул растворенного вещества на поверхности твердых частиц почвы. Это свойство почвы обусловливается притяжением отдельных молекул к поверхности твердых почвенных частиц в результате проявления так называемой поверхностной энергии. Интенсивность проявления поверхностной энергии зависит от величины поверхности почвенных частиц и, следовательно, обязана присутствию в почве тонкодисперсных частиц. Эти частицы могут притягивать молекулы газов (водяной пар>NH3>CO2>O2>N2), молекулы жидких веществ. В частности, наличие пленочной влаги вокруг почвенных частиц обусловлено поверхностными силами. Наконец, в результате поверхностной энергии почвенными частицами поглощаются недиссоциированные на ионы молекулы веществ, находящихся в виде молекулярного раствора. Физико-химическая (ионно-сорбционная) поглотительная спос о б н о с т ь заключается в способности почвы сорбировать ионы в результате обменных и необменных процессов. Наиболее важную роль в ионном почвенном обмене играют катионы. Общая схема катионного обмена в почве выглядит следующим образом: Са 2 + → (ППК) Mg 2 + + 5KCl (ППК)5К + CaCl2 + MgCl2 + HCl + ← H Физико-химическое поглощение имеет ряд закономерностей. 1) Обменно поглощаются преимущественно катионы, так как поглощающий комплекс заряжен в основном отрицательно. 2) Обмен катионов происходит в строго эквивалентном количестве. 3) Энергия обменного поглощения различных катионов зависит от валентности, а при одной и той же валентности - от атомной массы. 4) Интенсивность поглощения зависит от концентрации раствора, а при одинаковой концентрации - от количества раствора. 5) Поглощение и закрепление катионов зависит не только от характера ионов, но и от свойств самой почвы. Разные типы почв отличаются величиной емкости поглощения и имеют определенный состав поглощенных катионов. Величина емкости поглощения почв определяется минеральным составом высокодисперсной части пород, на которых сформированы эти почвы, и содержанием в них гумуса. Как правило, глинистые тяжелые почвы имеют большую емкость поглощения, чем песчаные. Состав поглощенных катионов влияет на ряд важных свойств почвы. Скорость всасывания воды, прочность структуры почв и некоторые другие показатели последовательно уменьшаются при преобладании кальция, магния, калия и натрия. Оценочной характеристикой содержания в ППК катионов служит показатель суммы поглощенных оснований (S), который выражается в ммоль/100 г почвы. Группировка почв по этому показателю приведена в табл. 21. Таблица 21 Группировка почв по содержанию суммы поглощенных оснований Класс Уровень признака Сумма поглощенных оснований, ммоль/100 г почвы I Очень низкий 0 – 5,0 II Низкий 5,1 – 10,0 III Средний 10,1 – 15,0 IV Повышенный 15,1 – 20,0 V Высокий 20,1 – 30,0 VI Очень высокий более 30 Почвы обладают обменной поглотительной способностью не только в отношении катионов, но и в отношении анионов, среди которых наиболее активно поглощаются анионы фосфорной кислоты (Н2РО4+, НРО42+, РО43+). Х и м и ч е с к а я п о г л о т и т е л ь н а я с п о с о б н о с т ь - образование труднорастворимых химических соединений при взаимодействии отдельных компонентов почвенного раствора. Например, при взаимодействии фосфат-ионов с кальцием образуется слаборастворимый фосфат кальция. Возникновение новообразований гипса в почве проте- кает следующим образом: СаСl2 + Na2SO4 = 2NaCl + CaSO4↓ Кроме того, химическая поглотительная способность почв связана с комплексообразовательной сорбцией, адгезионным взаимодействием (склеиванием), в которых активно участвуют гумусовые соединения. В результате образуются устойчивые органоминеральные соединения. Так в почве могут накапливаться устойчивые соединения тяжелых металлов. Б и о л о г и ч е с к а я п о г л о т и т е л ь н а я с п о с о б н о с т ь почвы обусловлена присутствием в ней животных и растительных организмов. В процессе своего жизненного цикла растения и животные накапливают некоторые химические элементы, необходимые для нормальной жизнедеятельности организмов. После отмирания последних накопленные элементы частично задерживаются в почве. Таким образом, почва постепенно обогащается определенными элементами, например углеродом, азотом, фосфором и пр., а также некоторыми микроэлементами. Играя важнейшую роль в формировании почвы и почвенного плодородия, поглотительная способность почв имеет большое экологическое значение. Она определяет важнейшее свойство – б у ф е р н о с т ь п о ч в ы – устойчивость к неблагоприятным воздействиям, в том числе химическому, биологическому загрязнению. Благодаря поглотительной способности почвы регулируют реакцию среды (при кислотных или щелочных воздействиях), снижают токсическое действие тяжелых металлов, предотвращают загрязнение грунтовых вод. Эта способность почв широко используется в биологической очистке сточных вод (сооружение полей орошения и фильтрации), для рекультивации отвалов токсичных горных пород и отходов и т.п. Лабораторная работа №21 Тема: Качественное определение основных видов поглотительной способности почвы Определение механической поглотительной способности Порядок работы 1. На железных штативах укрепляют две стеклянные воронки диаметром около 8 см. 2. В фарфоровой ступке растирают суглинистую почву, от которой на технических весах берут навеску в 30 г. Ее помещают в воронку. 3. Во вторую воронку кладут такую же навеску сильно песчаной почвы или песка. Во избежание высыпания материала в обе воронки предварительно помещают гравелинки, закрывающие большую часть выходного отверстия воронки. 4. Через суглинистую и песчаную массу фильтруют заранее приготовленную глинистую суспензию. Фильтрат, полученный после прохождения через первую и вторую воронки, будет обладать различной прозрачностью в зависимости от того, какая почва лучше задерживает («поглощает») частицы глинистой суспензии. 5. Результаты опыта следует записать и сделать выводы. Определение молекулярно-сорбционной (физической) поглотительной способности Порядок работы 1. В стеклянные воронки, укрепленные в железных штативах, помещают навески в 25 г песка и суглинка. 2. Через приготовленные образцы фильтруют какой-либо молекулярный раствор с хорошо окрашенным веществом. Наиболее удобен для опыта жидкий раствор анилиновых фиолетовых чернил. 3. В зависимости от величины так называемой поверхностной энергии, обусловленной в основном степенью дисперсности каждого образца, происходит поглощение молекул. Интенсивность поглощения проявляется в обесцвечивании фильтрата. 4. Цвет фильтрата из-под каждого образца записывают и делают вывод, в каком образце энергичнее проявляется сорбция (поглощение) молекул. Определение ионно-сорбционной (обменной) поглотительной способности Порядок работы 1. Заранее заготавливают фракцию агрегатов крупнее 3 мм гумусового горизонта чернозема или серой лесной почвы. На технических весах берут навеску в 10 г и помещают в стеклянную воронку. Во вторую воронку насыпают 20 г песка. Воронки укрепляют в железных штативах. 2. Исходные растворы – дистиллированная вода и 5-процентный раствор хлорида калия – проверяют на содержание кальция. С этой целью дистиллированную воду и хлорид калия в количестве 5-6 см3 наливают в пробирки и туда добавляют около 1 см3 4%-ного раствора оксалата (щавелевокислого) аммония (NH4)2C2O4. Появление белой мути (оксалата кальция) указывает на примесь кальция. В дистиллированной воде кальций отсутствует. В растворе хлористого калия иногда обнаруживают очень слабое помутнение, свидетельствующее о содержании кальция в количестве, меньшем 0,01%. Реакция идет по схеме: Ca2+ + C2O42- → CaC2O4↓ 3. Через образцы в воронках фильтруют дистиллированную воду в конические колбы емкостью около 100 см3. Жидкость, прошедшая через образцы, обычно содержит большее или меньшее количество механической примеси. Поэтому фильтрат из-под каждого образца вновь фильтруют через воронку с бумажным фильтром в пробирку в количестве 5-6 см3. 4. В обоих фильтратах определяют содержание кальция реакцией с оксалатом аммония. Как правило, констатируется отсутствие кальция или обнаруживается слабое помутнение, указывающее на присутствие водорастворимых форм кальция в количестве 0,01-0,001%. 5. Эти же образцы промывают 5%-ным раствором хлорида калия. Фильтрат от каждого образца фильтруют через воронку с бумажным фильтром в пробирку, где определяют содержания кальция. 6. Полученные результаты записывают. Объясняют появление обильного белого осадка оксалата кальция в фильтрате из-под почвы. Записывают схему процесса. Оборудование: железные штативы с зажимами, стеклянные воронки диаметром 8 см и 5 см, фарфоровая ступка с пестиком, технические весы, конические колбы емкостью 100 см3, пробирки в штативе. Реактивы: глинистая суспензия, химические чернила, 5%-ный раствор хлористого калия, 4%-ный раствор щавелевокислого аммония. Лабораторная работа №22 Тема: Определение суммы поглощенных оснований. Определение суммы поглощенных оснований по методу Каппена-Гильковица Метод основан на вытеснении катионов из почвенного поглощающего комплекса 0,1 н. раствором соляной кислоты и последующим титровании гидроксидом натрия остатка кислоты, не вступившей в реакцию. Если в почве содержатся карбонаты, этот метод использовать нельзя, т.к. кислота будет израсходована на разрушение карбонатов. Порядок работы 1. Из средней пробы почвы, растертой пестиком в фарфоровой ступке и просеянной через сито с отверстиями 1 мм, на технических весах берут навеску в 10 г (для черноземов можно 5 г). 2. Навеску переносят в колбу емкостью около 100 см3, куда наливают 50 см3 0,1 н. раствора соляной кислоты. 3. Колбу с почвой взбалтывают в течение 30 мин и оставляют на 24 ч. 4. Затем содержимое колбы взбалтывают и фильтруют через воронку с бумажным фильтром. Определение суммы поглощенных оснований возможно и в отстое. В этом случае отстой аккуратно сливают, не взмучивая почву. Для определения пипеткой берут 25 см3 фильтрата или отстоя в коническую колбу на 100 см3. 5. В раствор добавляют 2-3 капли фенолфталеина и титруют 0,1 н. раствором гидроксида натрия при помощи бюретки на 25 или 50 см3 появления ярко-розовой окраски, не исчезающей в течение 1 мин. В случае выпадения осадка полуторных оксидов окраску следует наблюдать в прозрачном слое над осадком. Аналогично проводят титрование 25 см3 раствора соляной кислоты (контроль). 6. Результаты вычисляют по формуле: (V − V ) ⋅ c ⋅ 100 ⋅ К Г S= 0 , где m где S - сумма поглощенных оснований в ммоль на 100 г почвы, V0 – объем раствора гидроксида натрия, израсходованный на титрование соляной кислоты в контрольной колбе, см3; V – объем раствора гидроксида натрия, израсходованный на титрование испытуемого раствора, см3; с – концентрация раствора гидроксида натрия, ммоль/дм3; 100 – коэффициент пересчета на 100 г почвы; КГ – коэффициент гигроскопичности почвы; m – масса навески почвы, соответствующая взятому для титрования объему вытяжки, г. Оборудование: фарфоровая ступка с пестиком, сито с отверстиями 1 мм, технические весы, конические колбы емкостью 100 см3, стеклянная воронка, бюретки на 25 или 50 см3, железный штатив с зажимами, фильтровальная бумага, капельница для фенолфталеина. Реактивы: 0,1 н. раствор соляной кислоты, фенолфталеин, 0,1 н. раствор гидроксида натрия. Приготовление растворов: 1) Приготовление 0,1 н. раствора соляной кислоты. Раствор указанной концентрации приготовляют из 8,2 см3 соляной кислоты с удельным весом 1,19, которую разбавляют до 1 л дистиллированной водой. 2) Приготовление 0,1 н. раствора гидроксида натрия. Указанный раствор гидроксида натрия готовят из 4 г кристаллического гидроксида натрия, который растворяют в дистиллированной воде, освобожденной от углекислого газа кипячением, и в мерной посуде объем доводят до 1 л. 3) Приготовление раствора фенолфталеина. Навеску в 0,1 г фенолфталеина растворяют в 100 см3 96-98-процентного этилового спирта. Задание: 1. Исследовать различные виды поглотительной способности почвы и сделать выводы по полученным результатам. 2. Произвести определение суммы поглощенных оснований по методу КаппенаГильковица для разных горизонтов (бескарбонатных!) почвы или для разных почв. Объяснить полученные различия показателей. 3. Произвести оценку содержания обменных оснований в почве по табл. 12. 4. Написать схему вытеснения обменных оснований из почвенного поглощающего комплекса соляной кислотой. Вопросы для контроля: 1. Что называется поглотительной способностью почвы? 2. Что такое почвенный поглощающий комплекс? 3. Назовите и охарактеризуйте виды поглотительной способности почвы. 4. Каково значение поглотительной способности почвы для формирования почвенного плодородия? 5. Каково экологическое значение поглотительной способности почвы? 6. Опишите метод определения суммы поглощенных оснований почвы по Каппену-Гильковицу. Что представляют собой поглощенные основания почвы? Лабораторная работа №23 Тема: Кислотно-основные свойства почвы. Цель занятия: Установить факторы, определяющие реакцию почвенного раствора, изучить виды кислотности и щелочности почв, познакомиться с оценкой кислотноосновных свойств почв, освоить методы потенциометрического определения реакции почвенных вытяжек, метод определения гидролитической кислотности почв. Научиться вычислять степень насыщенности почв основаниями и определять потребность почв в известковании. Кислотно-основные свойства (реакция среды) почвы имеют важное генетическое и агротехническое значение. Они определяют интенсивность внутрипочвенного выветривания, подвижность химических элементов и соединений, биологическую активность почвы, трансформацию органического вещества. Для выращивания сельскохозяйственных растений важно соответствие реакции среды почвенного раствора диапазону оптимальных значений рН, который различен для разных видов. Важен учет кислотноосновных свойств почв для эффективного использования удобрений, которые сами могут быть факторами изменений рН почвенного раствора. Кислотность почв - это способность почвы подкислять почвенный раствор имеющимися в почве кислотами и обменно-поглощенными катионами водорода, а также алюминия, способного при вытеснении из ППК образовывать гидролитически кислые соли. Внешним источником подкисления почв могут быть атмосферные осадки, содержащие растворы кислот (угольной, серной, азотной), особенно в промышленных районах. При разложении растительных остатков, поступающих на почву, образуются органические кислоты, особенно это характерно для лесного (в большей степени хвойного) опада. В почвах имеются также внутренние источники кислотности: корни и микоорганизмы образуют при дыхании СО2, который растворяется в почвенном растворе с образованием угольной кислоты; Н+ выделяется в процессе разложения органического вещества почвы в результате минерализации, нитрификации и выщелачивания; органические кислоты, которые выделяются из растительности, органического вещества почвы и корней растений; корни выделяют Н+ и ОН–, чтобы их поверхность оставалась электронейтральной в ходе поглощения ионов питательных веществ. Таким образом, корни могут быть источниками кислот и оснований; педогенные минералы являются кислыми, выделяя Н+ в ходе их растворения почвенной водой; уничтожение естественной растительности вызывает ускоренное разложение органического вещества, вымывание нитратов и развитие кислотности; в процессе нитрификации аммонийных удобрений образуются ионы Н+. Различают актуальную (активную, реальную) и потенциальную (пассивную, резервную). А к т у а л ь н а я к и с л о т н о с т ь обусловлена наличием свободных ионов водорода в почвенном растворе. Она определяется в водной вытяжке (при соотношении почва : вода 1 : 5 или 1: 2,5). Актуальную кислотность определяют как для кислых, так и для щелочных почв. Обозначают символом рН (Н2О). П о т е н ц и а л ь н а я к и с л о т н о с т ь обусловлена ионами водорода и алюминия, находящимися в обменно-поглощенном состоянии в ППК. По способу определения ее подразделяют на обменную и гидролитическую. О б м е н н а я к и с л о т н о с т ь - это та часть потенциальной кислотности, которая определяется при взаимодействии с почвой 1 н. раствора гидролитически нейтральной соли KCI (рН 5,6). При этом взаимодействии ионы Н+ и Al3+ в ППК замещаются ионом К+: Al 3+ → (ППК) + + 4KCl (ППК)4К + AlCl3 + HCl H ← → AlCl3 + H2O Al(OH)3 + 3HCl ← Обменная кислотность характеризуется величиной pH (KCI) и обычно ниже значения рН (Н2О). Значения обменной кислотности могут быть использованы при определении необходимости в известковании почвы, но для этих целей чаще используют другой показатель – гидролитическую кислотность почвы. По значениям обменной кислотности производят оценку кислотности почв (табл. 22). Таблица 22 Группировка почв по степени кислотности Класс Степень кислотности Величина рН (КCl) I Очень сильнокислые менее 4,0 II Сильнокислые 4,1 – 4,5 III Среднекислые 4,6 – 5,0 IV Слабокислые 5,1 – 5,5 V Близкие к нейтральной 5,6 –6,0 VI Нейтральные более 6,0 Г и д р о л и т и ч е с к а я к и с л о т н о с т ь (Нг) – дает более полное представление о потенциальной кислотности почв, т. к. замещение Н+ и Al3+ в ППК производится при воздействии на почву 1 н. раствором гидролитически щелочной соли ацетата натрия CH3COONa с рН 8,2. Выражается в ммоль/100 г почвы. Al 3+ (ППК) + + 4CH3COONa + 3H2O → (ППК)4Na + Al(OH)3↓ + 4CH3COOH H Кроме расчета доз извести, гидролитическую кислотность используют также при вычислении показателя, получившего название степени насыщенности почвы основаниями. Оценку потенциальной кислотности почв производят по величине гидролитической кислотности (табл. 23) Таблица 23 Степень кислотности почвы по величине НГ Класс I II III IV V Степень кислотности Величина Нг, ммоль/100 г почвы Очень сильнокислые более 6,0 Сильнокислые 5,1 – 6,0 Среднекислые 4,1 – 5,0 Слабокислые 3,1 – 4,0 Близкие к нейтральной 2,1 – 3,0 VI Нейтральные менее 2,0 Устранение вредной кислотности почв осуществляется известкованием – внесением в почву извести Са(ОН)2, карбоната кальция СаСО3 и некоторых других известковых материалов. Al 3+ Сa 2+ (ППК) + 2СаСО3 + 3H2O → (ППК) 2+ + Al(OH)3 + H2CO3 (CO2 + H2O) H+ Ca Щелочность почв связана с избытком ионов ОН–. Эти ионы образуются при выветривании алюмосиликатов почвообразующей породы, но в большей степени – при наличии в почве гидролитически щелочных солей (Na2CO3, NaHCO3, Ca(HCO3)2) и ионов Na+ в ППК. Подщелачивание почв возможно также вследствие выпадения щелочной пыли из атмосферы, загрязняемой предприятиями стройиндустрии. Различают актуальную и потенциальную щелочность. А к т у а л ь н а я щ е л о ч н о с т ь определяется содержанием в почвенном растворе гидролитически щелочных солей, преимущественно карбонатов и гидрокарбонатов щелочных и щелочноземельных металлов. Актуальная щелочность может определяться значением рН водной вытяжки. П о т е н ц и а л ь н а я щ е л о ч н о с т ь почв определяется содержанием обменного Na+, переходя в почвенный раствор, он подщелачивает его. Оценку щелочности почв производят по значениям рН водной вытяжки (табл. 24) Таблица 24 Группировка почв по степени щелочности Класс Степень щелочности Величина рН (Н2О) I Слабощелочные 7,2 – 7,5 II Щелочные 7,6 – 8,5 III Сильнощелочные 8,5 – 10,0 IV Резкощелочные 10,1 – 12,0 Для борьбы с повышенной щелочностью почв применяют их гипсование, т.е. внесение гипса СаSO4·2H2O. Na + (ППК) + + СаSО4 → (ППК)Са2+ + Na2SO4 Na С процессами ионного обмена связано и такое свойство почв, как к и с л о т н о о с н о в н а я б у ф е р н о с т ь , то есть сопротивляемость почвы изменению рН при действии кислоты или основания. Почва является «буферной» средой, поскольку противостоит резким изменениям рН. Буферная способность почвы зависит от емкости поглощающего комплекса, который выполняет важную функцию регулятора концентрации почвенного раствора. Лабораторная работа №24 Тема: Определение рН водной вытяжки (актуальной кислотности) Метод основан на определении концентрации ионов Н+ в водной вытяжке из почвы по разности потенциалов, возникающей между рН-электродом и электродом сравнения специального прибора – рН-метра-иономера . Порядок работы 1. Среднюю пробу почвы растирают в фарфоровой ступке и просеивают через сито с величиной отверстий в 1 мм. 2. Для приготовления водной вытяжки берут навеску почвы в 10 г и помещают в коническую колбу на 100 см3. В колбу наливают 50 мл дистиллированной воды (соотношение почвы и воды 1 : 5), лишенной СО2 (30 мин. кипячением). Активную кислотность можно определять в почвенной суспензии. Для ее приготовления навеску почвы в 20 г помещают в коническую колбу на 100 см3 и добавляют 50 мл дистиллированной воды (соотношение почвы и воды 1 : 2,5), лишенной СО2 (рН 7). 3. Колбу взбалтывают или размешивают содержимое с помощью лабораторной мешалки 5 мин. Затем водную вытяжку отстаивают 5 мин и фильтруют через беззольный бумажный фильтр в коническую колбу или небольшой химический стакан. Почвенную суспензию можно анализировать непосредственно: ее переливают в небольшой химический стакан. 4. Определяют рН вытяжки или суспензии с помощью рН-метра-иономера по инструкции к прибору. Прибор должен быть перед проведением анализа откалиброван по стандартным буферным растворам согласно инструкции. Оборудование: фарфоровая ступка с пестиком, сито с диаметром отверстий 1 мм, технические весы, конические колбы на 100 см3, химические стаканы на 50 см3, стеклянные воронки диаметром 6 см, фильтровальная бумага беззольная, рН-метриономер. Реактивы: буферные растворы для калибровки рН-метра или иономера, дистиллированная вода, лишенная СО2 30-минутным кипячением (рН 7). Определение рН солевой вытяжки (обменной кислотности) потенциометрическим методом Метод основан на определении концентрации ионов Н+, вытесненных из почвенного поглощающего комплекса ионами К+ 1 н раствора хлорида калия, по разности потенциалов, возникающей между рН-электродом и электродом сравнения специального прибора (рН-метра-иономера). Порядок работы 1. Среднюю пробу почвы растирают в фарфоровой ступке и просеивают через сито с величиной отверстий в 1 мм. 2. Навеску почвы в 20 г помещают в коническую колбу на 100 см3, приливают 50 3 см 1 н. раствора хлорида калия. 3. Содержимое колбы взбалтывают 5 мин, закрыв колбу пробкой, и оставляют отстаиваться на 24 ч. 4. После отстаивания осторожно сливают отстоявшийся раствор (или отбирают с помощью пипетки) в химический стакан на 50 см3 и определяют значение рН с помощью рН-метра-иономера. Оборудование: фарфоровая ступка с пестиком, сито с диаметром отверстий 1 мм, технические весы, конические колбы на 100 см3, резиновые пробки, химические стаканы на 50 см3, рН-метр-иономер. Реактивы: буферные растворы для калибровки рН-метра или иономера, 1 н. раствор КCl. Приготовление 1 н. раствора КCl: 74,5 г кристаллического хлорида калия растворить в 1 л дистиллированной воды. Лабораторная работа № 25 Тема: Определение актуальной кислотности Теория: потенциометрическое определение рН почвы основано на измерении электродвижущей силы в цепи, состоящей из двух полуэлементов: электрода измерения, погруженного в испытуемый раствор, и вспомогательного электрода с постоянным значением потенциала. Прибор для измерения рН называется потенциометром или рНметром. Цель работы: научится определять актуальную кислотность потециометрическим методом. Материалы и оборудование: 1) химические стаканчики на 100-150 мл, 2) 1 N раствор КСl, 3) потенциометр (рН-метр), 4) технические весы. Ход выполнения работы: на технических весах отвешивают 20 грамм воздушносухой почвы. Навеску помещают в химический стакан на 100-150 мл и приливают 50 мл дистиллированной воды. Содержимое перемешивают 1-2 мин и оставляют стоять 5 мин. Перед определением суспензию еще раз перемешивают и погружают в нее электрод измерения и электрод сравнения так, чтобы электроды были полностью погружены в почвенную суспензию. Через 0,5-1 мин отсчитывают по шкале значение рН, соответствующее измеряемой почвенной суспензии. При определении рН солевой суспензии к навеске почвы 20 г приливают 50 мл 1 N КСl. Дальнейший ход анализа тот же, что и при определении рН водной вытяжки. В лесном хозяйстве приняты следующие градации почв лесных питомников по значениям рН солевой вытяжки (таб.25): Таблица 25 <4,0 Оченьсильнокислые 4,1 - 4,5 Сильнокислые 4,6 - 5,0 Среднекислые 5,1 - 5,5 Слабокислые 5,6 - 6,0 Близкие к нейтральным 6,1 - 7,0 Нейтральные Определение гидролитической кислотности Теория: определение гидролитической (необменной) кислотности по методу Каппена основано на том, что при взаимодействии раствора гидролитически щелочной соли СН3СООNа с почвой вытесняется поглощенный водород и алюминий, которые оттитровываются щёлочью. По количеству щёлочи, пошедшей на титрование, судят о величине гидролитической кислотности (ГК). Показатель ГК используют при вычислении нормы и дозы извести при известковании и для прогноза действия фосфоритной муки. Степень насыщенности основаниями рассчитывается как процентное содержание обменных оснований в почвенном поглощающем комплексе (ППК). Общая ёмкость поглощения ППК считается равной сумме обменных оснований и гидролитической кислотности. Цель работы: научится определять гидролитическую кислотность и степень насыщенности основаниями почвы. Материалы и оборудование: 1) конические колбы на 100 и 200 мл, 2) 1 N раствор уксуснокислого натрия, 3) 0,1 N раствор NaOH, 4) фенолфталеин, 5) фильтровальная бумага, 6) титровальная бюретка, 7) технические весы, 8) ротатор. Ход выполнения работы: 20 г воздушно-сухой почвы помещают в колбу на 200 мл. К почве приливают 50 мл 1,0 N раствора СН3СООNа, взбалтывают на ротаторе в течении 1 часа. Суспензию отфильтровывают через сухой складчатый фильтр. Если фильтрат окажется мутным, его снова профильтровывают через тот же фильтр. Отбирают пипеткой 25 мл прозрачного фильтрата и переносят в коническую колбу на 100 мл. Прибавляют 1-2 капли фенолфталеина и оттитровывают 0,1 N раствором NаОН до слабой розовой окраски, не исчезающей в течении 2 мин. Гидролитическую кислотность (мг/100г) вычисляют по формуле: ГК = а • Т • 100 • 0,1 • 1,75 • m-1, где а - количество 0,1 N NаОН, пошедшее на титрование, мл; Т - поправка к титру NаОН; 100 - коэффициент пересчёта на 100 г почвы; 1,75 - поправка на неполноту вытеснения; m - навеска почвы, соответствующая объему взятого для титрования фильтрата, г. Насыщенность основаниями (%) рассчитывается по формуле: BS = S • (S+ГК)-1 • 100%, где S - сумма обменных оснований (рассчитанная в лаб. работе № 11), мг-экв/100 г; ГК гидролитическая кислотность, мг-экв/100 г. Лабораторная работа №26 Тема: Определение гидролитической кислотности Метод основан на вытеснении из ППК почвы ионов Н+ и Al3+ щелочью NaOH, образующейся при гидролизе щелочной соли ацетата (уксуснокислого) натрия СH3COONa, и титровании образующейся уксусной кислоты гидроксидом натрия. Порядок работы 1. Взвешивают 20 г воздушно-сухой почвы, измельченной и пропущенной через сито с диаметром отверстий в 1 мм, и помещают в колбочку емкостью 100 см3. 2. Приливают 50 см3 1,0 н. раствора ацетата натрия (СНзСОONa), закрывают колбу пробкой и взбалтывают содержимое колбы в течение 5 мин. Оставляют колбу на 24 ч отстаивания. 3. После отстаивания раствор взбалтывают и профильтровывают через складчатый фильтр, перенося по возможности на него почву. Если первые порции фильтрата окажутся мутными, необходимо снова пропустить их через тот же фильтр 4. Отбирают пипеткой 25 мл фильтрата, добавляют 2 капли фенолфталеина и титруют 0,1 н. раствором гидроксида натрия до появления розового окрашивания, не исчезающего 1 мин. 5. Величину гидролитической кислотности НГ вычисляют в ммоль/100 г абсолютно сухой почвы по формуле: HГ = V ⋅ c ⋅ 100 ⋅ 1,75 ⋅ K Г m где V - объем раствора гидроксида натрия, израсходованный на титрование уксусной кислоты, образовавшейся в колбе, см3; с – концентрация раствора гидроксида натрия, ммоль/дм3; 100 – коэффициент пересчета на 100 г почвы; 1,75 – поправка не неполное вытеснение ионов водорода при однократной обработке почвы раствором ацетата натрия. КГ – коэффициент гигроскопичности почвы. m – масса навески почвы, соответствующая взятому для титрования объему вытяжки, г. Оборудование: фарфоровая ступка с пестиком, сито с диаметром отверстий 1 мм, весы технические, конические колбы на 100 см3, резиновые пробки, воронки диаметром 5-6 см, фильтровальная бумага, пипетки на 25 см3, бюретки на 25 или на 50 см3, лабораторные штативы. Реактивы: 1,0 н. раствор ацетата натрия, 0,1 н. раствор NaOH, фенолфталеин. Приготовление растворов: 1) Приготовление 1,0 н. раствора ацетата натрия. 136 г кристаллического CH3COONa·3H2O растворяют в мерной колбе в 1 л. дистиллированной воды, лишенной СО2 кипячением в течение 30 мин. 2) Приготовление 0,1 н. раствора гидроксида натрия. Указанный раствор гидроксида натрия готовят из 4 г кристаллического гидроксида натрия, который растворяют в дистиллированной воде, освобожденной от углекислого газа кипячением, и в мерной посуде объем доводят до 1 л. 8.4. Вычисление степени насыщенности почвы основаниями Степенью насыщенности почв основаниями называется отношение суммы обменных оснований к емкости катионного обмена, выраженное в %: S V= ⋅ 100 , S + HГ где V – степень насыщенности почв основаниями, %; S – сумма обменных (поглощенных) оснований, ммоль/100 г почвы; HГ – гидролитическая кислотность, ммоль/100 г почвы; S+НГ – емкость катионного обмена, ммоль/100 г почвы; 100 - коэффициент пересчета на проценты. По степени насыщенности почв основаниями определяется нуждаемость почв в известковании: если V = 50 % и менее – нуждаемость в известковании сильная; V = 50 - 70 % – нуждаемость в известковании средняя; V = 70 - 80 % – нуждаемость в известковании слабая; V = 80 % и более – нуждаемость в известковании отсутствует. 8.5. Вычисление потребности почвы в извести по величине гидролитической кислотности Полная норма извести в т/га рассчитывается по величине гидролитической кислотности: - при слабой и средней нуждаемости почвы норма извести (в т/га) равна величине гидролитической кислотности (НГ х 1); - при сильной нуждаемости величину гидролитической кислотности увеличивают в 1,5 раза (НГ х 1,5). При расчете норм извести можно пользоваться также следующей формулой: Х= ГН ⋅ 0,05 ⋅ 10000 ⋅ 2400 1000000 где НГ - полная гидролитическая кислотность, ммоль/100 г почвы; 0,05 – количество г СаСО3, требуемого для полной нейтрализации гидролитической кислотности 1 ммоль/100 г почвы; 10000 – коэффициент для перевода 100 г почвы в 1 т; 2400 – масса одного гектара пахотного слоя мощностью 20 см и плотностью сложения 1,2 г/см3, определена по формуле m=dV·h·10000, где dV – плотность сложения, г/см3=т/м3; h – мощность пахотного слоя, м; 10000 – коэффициент перевода на 1 га. 1000000 – коэффициент перевода г СаСО3 в тонны. Задание: 1. В тех же образцах, в которых на предыдущем занятии определяли сумму поглощенных оснований, произвести определение актуальной, обменной и гидролитической кислотности почвы. 2. Произвести оценку полученных показателей по таблицам 13, 14 и 15. 3. Произвести расчет емкости катионного обмена почвы и степени насыщенности почвы основаниями. Сделать вывод о необходимости в известковании анализируе- мой почвы. 4. Произвести расчет необходимого количества карбоната кальция для нейтрализации гидролитической кислотности почвы. Вопросы для контроля: 1. 2. 3. 4. От каких факторов зависят кислотно-основные свойства почв? Что называют кислотностью почвы? Какие выделяют виды кислотности почвы? Как определяются различные виды кислотности почвы? На каких принципах основаны эти методы определения? 5. Какие меры принимаются для устранения неблагоприятной кислотности почв? На чем они основаны? 6. Что такое щелочность почвы? Назовите виды щелочности почвы? 7. Как устраняется неблагоприятная щелочность почвы? 8. Что называют кислотно-основной буферностью почвы? 9. Как вычисляется степень насыщенности почв основаниями? 10. Как определяется необходимость почв в известковании? 11. Как рассчитывается необходимое для известкования количество карбоната кальция? Лабораторная работа №27 Тема: Засоленность почв Цель занятия: познакомиться с источниками засоления почв и влиянием засоления на агротехнические характеристики почв, с оценкой степени засоленности почв, освоить метод определения общей суммы водорастворимых веществ почвы, ацидиметрический метод определения содержания карбонатов почве. Накопление солей в почвах происходит вследствие действия причин природного (первичное засоление) и антропогенного характера (вторичное засоление). К природным факторам засоления относятся: почвообразование на засоленных материнских породах (в первую очередь, морских отложений, вышедших на дневную поверхность); близкое залегание минерализованных грунтовых вод в условиях выпотного водного режима почв (испарение превышает количество осадков); аккумуляция солей растительностью; эоловый перенос солей (импульверизация) с поверхности морей, соленых озер и при дефляции (ветровой эрозии) засоленных почв. Антропогенное засоление почв происходит, главным образом, при ведении орошаемого земледелия. Соли в почву могут поступать как из минерализованных оросительных вод, так и из минерализованных грунтовых вод, при достижении их капиллярной каймы поливными водами в условиях засушливого климата. Вторичное засоление почв может быть связано с загрязнением почв сточными водами, отходами (промышленными, сельскохозяйственными, бытовыми), а также выпадением из атмосферы пыли, выбрасываемой предприятиями. Городские почвы засоляются при использовании хлорида натрия и хлорида кальция для борьбы с гололедом. В ряде случаев антропогенное поступление солей в почву оказывает благоприятное воздействие на свойства почвы, например, при известковании и гипсовании почв, внесении минеральных удобрений. По степени растворимости в воде соли делятся на мало-, средне- и легкорастворимые. Малорастворимые соли в почвах представлены карбонатами кальция и магния (CaСО3 и MgCO3). Среднерастворимая соль – гипс CaSO4·H2O, остальные соли относятся к легкорастворимым. Наибольшее значение имеет накопление в почве легкорастворимых солей, которые формируют ионный состав почвенного раствора, его кислотно-основные свойства и при высокой концентрации (более 0,25 %) токсичны для расте- ний. Соли натрия, кроме того, вытесняют из ППК ионы кальция и магния, способствуют разрушению структуры (пептизации) почвы. Степень засоленности почвы или их горизонтов устанавливают по величине сухого остатка (в %), образовавшегося после выпаривания водной вытяжки из почвы (табл. 26). Этот показатель дает довольно общее представление о содержании минеральных солей, т. к. представляет собой сумму водорастворимых веществ (органических и минеральных). Таблица 26 Оценка степени засоленности почв по величине сухого остатка Группы почв по степени засоленности Сухой остаток, % Незасоленные 0,25 – 0,30 Слабозасоленные 0,30 – 0,50 Среднезасоленные 0,50 – 1,0 Сильнозасоленные 1,0 – 2,0 Солончаки 2,0 – 4,0 Типы засоления почв определяют по составу анионов: с о д о в о е – среди солей преобладает сода (карбонаты СО32- и гидрокарбонаты НСО3); х л о р и д н о е – среди солей резко преобладают хлориды (Cl-); с у л ь ф а т н о е – среди солей резко преобладают сульфаты (SO42-); с у л ь ф а т н о - с о д о в о е – среди солей преобладают сульфаты и карбонаты, но карбонатов больше, чем сульфатов; с у л ь ф а т н о - х л о р и д н о е – среди солей преобладают сульфаты и хлориды, но хлоридов больше, чем сульфатов; х л о р и д н о - с у л ь ф а т н о е – также преобладают сульфаты и хлориды, но сульфатов больше, чем хлоридов. Определить тип засоления можно в лабораторных условиях с помощью качественного анализа водной выдержки. Степень и тип засоления являются важными диагностическими (классификационными) признаками засоленных почв (солончаков, солончаковых почв и солонцов). В профиле незасоленных почв соли распределяются в соответствии с их растворимостью. Легкорастворимые соли выносятся за пределы почвенного профиля, среднерастворимая соль, гипс, появляется на значительной глубине (150-200 см), и несколько выше по профилю залегают малорастворимые соли – карбонаты кальция и магния. Глубина залегания карбонатов кальция и магния и характер их распределения по профилю позволяет установить степень развития процессов выщелачивания в почве. Лабораторная работа № 28. Тема: Определение аммонийного азота. Наиболее распространенный метод определения аммонийного азота в почве колориметрический метод с реактивом Несслера. Цель работы: научится определять содержание аммонийного азота в почве. Материалы и оборудование: 1) конические колбы на 250-300 мл, 2) мерные колбы на 200 мл, 3) мерные колбы на 50 мл, 4) 1 N раствора КСl, 5) сегнетова соль (виннокислый калий-натрий), 6) реактив Несслера (раствор HgJ2 и КJ в 20% NaOH); 7) фильтровальная бумага, 6) аналитичесие и технические весы, 7) фотоэлектроколориметр, 8) ротатор. Внимание! Реактив Несслера токсичен. Избегать попадания в рот. Ход выполнения работы: Взвешивают 20 г почвы и переносят в колбу на 250-300 мл. Навеску почвы заливают 100 мл 1 N раствора КСl. Взбалтывают на ротаторе 30 мин., а затем фильтруют суспензию в мерную колбу на 200 мл. Когда вся суспензия будет отфильтрована в колбу с почвой добавляют 20 мл 1 N раствора КСl и сливают его порциями на фильтр, стараясь смыть все частицы почвы, оставшиеся на стенках колбы. Эту операцию повторяют 4-5 раз. Каждую новую порцию 1 N раствора КСl приливают лишь тогда, когда предыдущая порция полностью профильтровалась. В заключение тем же раствором КСl доводят содержимое колбы до метки и, закрыв пробкой, взбалтывают для перемешивания. Переносят 10-25 мл полученного фильтрата в мерную колбу на 50 мл, туда же добавляют дистиллированной воды примерно до половины объема, затем приливают 2 мл сегнетовой соли и 2 мл реактива Несслера, доводят водой до метки и колориметрируют на фотоэлектроколориметре. Фотоэлектроколориметры в настоящее время широко распространены в лабораторной практике. Это приборы с фотоэлементами, в которых концентрация исследуемого вещества определяется по силе фототока, измеряемого гальванометром. Содержание аммония в колбе на 50 мл определяют по калибровочному графику. Количество аммонийного азота в 100 г почвы определяют по формуле: А = а •в-1 , + где А - содержание NН4 , мг/100г почвы; а - показания по калибровочному графику, мг/50мл; в - навеска почвы, соответствующая объему взятого для колориметрирования фильтрата. Приготовление шкалы образцовых растворов: 0,7405 г химически чистого NН4Сl растворяют в дистиллированной воде и доводят ею объем раствора до 1 литра, 20 мл этого раствора в мерной колбе доводят дистиллированной водой снова до 1 литра, рабочий образцовый раствор в 1 мл содержит 0,005 мл NН4+, или 0,0047 мг NН3, или 0,0039 мг N. В мерные колбы на 50 мл согласно схеме в табл. 11 отмеряют рабочий образцовый раствор. Дальнейшая подготовка этих растворов к колориметрированию аналогична подготовке исследуемого раствора. Колориметрирование проводят с синим светофильтром (420 нм). Таблица 27 Приготовление шкалы образцовых растворов NН4Сl Порядковый Количество исходного раствора, Содержание NН4+ в 50 мл номер колбы добавленное в колбу, мл раствора, мг 0 0 0 1 2 0,01 2 4 0,02 3 6 0,03 4 8 0,04 5 10 0,05 6 12 0,06 7 14 0,07 8 16 0,08 9 18 0,09 10 20 0,10 Определение нитратного азота Теория: содержание нитратов характеризует обеспеченность почвы минеральным азотом и степень выраженности процесса нитрификации. По количеству нитратов можно судить об окультуренности почвы, т.к. для этого процесса наиболее благоприятны условия, характерные для структурных хорошо азотируемых почв. Обеспеченность почвы подвижным нитратным азотом (в мг /100 г почвы) оценивают по шкале: 0,8 - 1,5 Низкая 1,5 - 3,0 Средняя 3,0 - 6,0 Хорошая 6,0 Высокая Нитраты обладают большой подвижностью, которая служит причиной их исчезновения из пахотного горизонта в условиях обильного увлажнения. Нитраты извлекают из почвы водой. В водной вытяжке NО3- ион определяют колориметрически с дисульфофеноловой кислотой по желтой окраске, образующейся в щелочной среде. Цель работы: научится определять содержание подвижного нитратного азота в почве. Материалы и оборудование: 1) конические колбы на 250 мл, 2) фарфоровые чашки на 50 мл, 3) мерные колбы на 50 мл, 4) дисульфофеноловая кислота, 5) 10 % раствор NaOH, 6) нитрат калия(ч.д.а.), 7) фильтровальная бумага, 8) фотоколориметр, 9) лакмусовая бумажка, 10) аналитические и технические весы, 11) водяная баня, 12) ротатор. Ход выполнения работы: Навеску 20 г почвы помещают в колбу на 250 мл, туда же наливают 100 мл дистиллированной воды, взбалтывают 3 минуты и фильтруют через складчатый фильтр. Первые минуты порции фильтрата снова сливают на фильтр. Пипеткой берут 25 - 50 мл фильтрата в фарфоровую чашку и выпаривают досуха на водяной бане. В охлажденную чашку по каплям из пипетки добавляют 1 мл дисульфофеноловой кислоты, смачивая остаток на чашке. Остаток тщательно растирают стеклянной палочкой. Оставляют на 10 мин. Затем пипеткой добавляют 15 мл дистиллированной воды, перемешивают и доводят до щелочной реакции, добавляя NaOH. Жидкость при этом окрашивается в жёлтый цвет. Щёлочь перестают добавлять, когда жидкость приобретает устойчивую окраску или лакмусовая бумажка посинеет. Окрашенный раствор переносят в мерную колбу на 50 мл. Чашку и палочку ополаскивают водой и вливают в мерную колбу. Объем жидкости водой доводят до метки. Колбу взбалтывают. Определяют оптическую плотность на фотоколориметре с синим светофильтром (420 нм). Построение калибровочного графика: для приготовления образцового раствора нитрата используют ч.д.а. КNО3. На аналитических весах отвешивают 0,722 г КNО3, переносят в мерную колбу на 1 литр, растворяют в дистиллированной воде, доводят до метки (1 мл раствора содержит 0,01 мг NО3-). Затем 20 мл раствора помещают в колбу на 1 литр, т. е. разбавляют в 50 раз. Рабочий раствор содержит 0,002 мг NО3- в 1 мл. Выпаривают в фарфоровых чашках отмеренное количество образцового раствора (табл. 12). Чашки снимают с бани, когда в них остается еще несколько капель жидкости. После охлаждения проводят такую же обработку, как описано выше. Окрашенные растворы в мерных колбах колориметрируют. Таблица 28 Приготовление шкалы образцовых растворов КNО3 N чашки Объем образцового раствора нитрата в Количество азота в образцовом чашке, мл растворе, мг 1 2 0,004 2 5 0,010 3 10 0,020 4 20 0,040 5 30 0,060 Содержание нитратного азота рассчитывается по формуле: Х = а • в-1 , где Х - содержание NО3 , мг/100г почвы; а - отсчет по графику, мг/в колбе; в - навеска почвы, соответствующая количеству фильтрата, взятого для колориметрирования. Определение подвижного фосфора Теория: для определения подвижного фосфора в кислых подзолистых почвах широко применяют метод Кирсанова. Метод основан на извлечении фосфора из почвы 0,2 N раствором соляной кислоты при отношении почвы к раствору 1:5 с последующим определением фосфора на фотоэлектроколориметре. Обеспеченность подвижным фосфором (в мг/100 г почвы) почв лесных питомников таёжной зоны европейской части России оценивается по шкале, разработанной Ленинградским НИИ лесного хозяйства: Очень низкая 3,0 3,1 - 8,0 Низкая 8,1 - 15,0 Средняя 15,1 - 20,0 Повышенная 20,1 - 30,0 Высокая Цель работы: научится определять содержание подвижного фосфора в почве. Материалы и оборудование: 1) колбы на 100 мл, 2) мерные цилиндры на 100 мл, 3) мерные колбы на 100 мл, 4) соляная кислота 0,2 N, 5) сульфатмолибденовая жидкость, 6) двухлористое олово, 7) фосфорнокислый калий двухзамещенный, 8) фильтровальная бумага, 9) фотоколориметр, 10) аналитические и технические весы, 11) ротатор. Ход выполнения работы: 10 г почвы, взвешивают на технических весах и пересыпают в колбу на 100 мл. Туда же приливают 50 мл 0,2 N НСl. Взбалтывают 1 мин. Дают отстояться 15 мин. и фильтруют через складчатый фильтр. Берут пипеткой 5-10 мл фильтрата в мерную колбу на 100 мл, доливают до половины водой, затем добавляют 4 мл сульфатмолибденовой жидкости, 6 капель раствора хлористого олова и доводят до метки водой. Перемешивают, оставляют стоять 5 мин и колориметрируют на фотоэлектроколориметре через красный световой фильтр (605 нм). В оставшемся фильтрате определяют К2О на пламенном фотометре. Построение калибровочного графика: навеску 0,1917 г КН2РО4 растворяют в 1 литре дистиллированной воды. Полученный раствор содержит 0,1 мг Р2О5 в 1 мл. Из этого раствора готовят рабочий раствор: берут 25 мл образцового раствора, добавляют до 1 литра дистиллированной водой. Полученный раствор фосфата содержит 0,0025 мг Р 2О5 в 1 мл. Из этого раствора в мерных колбах на 100 мл готовят шкалу образцовых растворов (табл. 29). График строят аналогично тому, как это делается при определении азота. Таблица 29 Приготовление шкалы образцовых растворов КН2РО4 N колбы Количество образцового раствора в Содержание Р2О5 в колбе на 100 колбе на 100 мл мл, мг 1 5,0 0,0125 2 10,0 0,0250 3 20,0 0,050 4 30,0 0,075 5 40,0 0,100 6 50,0 0,125 7 60,0 0,150 8 70,0 0,175 9 80,0 0,200 Содержание фосфора рассчитывается по формуле: Х = а • в-1•100 , где Х - содержание Р2О5 в мг на 100 г воздушно-сухой почвы; а - отсчет по графику; в навеска почвы, соответствующая количеству фильтрата, взятого на анализ; 100 коэффициент для пересчета на 100 г почвы. Определение подвижного калия Теория: подвижный калий (по Кирсанову) определяют на пламенном фотометре в вытяжке 0,2 N НСl, полученной для определения фосфора. Обеспеченность подвижным калием (в мг/100 г почвы) почв лесных питомников таёжной зоны европейской части оценивается по шкале, разработанной Ленинградским НИИ лесного хозяйства: Очень низкая 4,0 4,1 - 8,0 Низкая 8,1 - 15,0 Средняя 15,1 - 20,0 Повышенная 20,1 - 30,0 Высокая Принцип работы пламенного фотометра основан на том, что введенный в пламя элемент дает типичный для него спектр, интенсивность которого зависит от концентрации элемента. Наиболее характерная часть спектра пропускается через светофильтр на фотоэлемент, в котором лучистая энергия превращается в электрическую. По силе тока судят о концентрации определяемого элемента. Цель работы: научится определять содержание подвижного калия в почве. Материалы и оборудование: 1) мерные колбы на 250 мл, 2) хлористый калий, 3) вытяжки, полученные в Лаб. работе № 20, 4) аналитические весы. Ход выполнения работы: в аликвотах из вытяжки, полученной при выполнении Лаб. работы № 20, определяется содержание калия на пламенном фотометре. Построение калибровочного графика: навеску 0,7915 КСl растворяют в 1 литре дистиллированной воды. Полученный стандартный раствор содержит 0,5 мг К 2О в 1 мл. Из этого раствора готовят шкалу образцовых растворов. Для этого в мерные колбы на 250 мл вносят следующие количества стандартного раствора в мл: 1, 2, 4, 5, 10, 20, 40, и 50. Содержимое колб доводят до метки водой. Соответственно концентрация К 2О в данных колбах, выраженная в мг/л, равняется 2, 4, 8, 10, 20, 40, 80, 100. По этим данным строят калибровочный график. Содержание подвижного калия в почве рассчитывается по формуле: Х = (А •10-3) • (Р • 102 • m-1) , где Х - содержание К2О в мг на 100 г почвы; А - концентрация К2О, найденная по калибровочному графику (мг/мл); Р - объем раствора вытеснителя (50 мл); m - навеска почвы в г (10 г); 1000 - коэффициент для перерасчета концентрации К2О на 1 мл; 100 коэффициент для пересчета на 100 г почвы. Лабораторная работа №29 Тема: Определение общей суммы водорастворимых веществ (сухой остаток) Сухой остаток представляет собой продукт выпаривания водной вытяжки из почвы. Фактически он является суммой всех водорастворимых соединений почвы, как неорганических, так и органических. Водную вытяжку готовят в объеме, достаточном для последующего качественного анализа (определения типа засоления). Порядок работы 1. Из почвы, измельченной и пропущенной через сито с диаметром отверстий в 1 мм, берут навеску в 50 г и помещают в колбу объемом 500 см3. В колбу приливают 250 см3 дистиллированной воды, лишенной СО2 (кипячение 30 мин). 2. Содержимое колбы взбалтывают или перемешивают с помощью лабораторной мешалки 5 мин, закрывают пробкой и оставляют отстаиваться на 24 ч. 3. После отстаивания содержимое взбалтывают и переносят в воронку с обеззоленным бумажным фильтром. Фильтрат собирают в коническую колбу объемом 250 см3. 4. После окончания фильтрования отбирают пипеткой 25-50 см3 фильтрата (в зависимости от предполагаемой степени засоления) и переносят в фарфоровую чашку емкостью 50 – 100 см3, предварительно высушенную в сушильном шкафу при температуре 105 оС в течение трех часов и взвешенную на аналитических весах. Оставшуюся вытяжку используют для качественного анализа. 5. Содержимое чашки выпаривают на водяной или песчаной бане, следя, чтобы жидкость не кипела, и не подгорал образовавшийся сухой остаток. 6. После выпаривания чашку с остатком тщательно вытирают снаружи полотенцем и просушивают в сушильном шкафу в течение трех-четырех часов при температуре 105 оС. Затем чашку охлаждают в эксикаторе и взвешивают на аналитических весах. 7. Сухой остаток вычисляют по формуле: (b − c) ⋅ 100 ⋅ К Г , m где А – сухой остаток, %; b – масса чашки с сухим остатком, г; с – масса пустой чашки, г; 100 – перевод в проценты; КГ – коэффициент гигроскопичности почвы; m – навеска почвы, соответствующая объему взятой для выпаривания вытяжки, г. Оборудование: фарфоровая ступка с пестиком, сито с диаметром отверстий в 1 мм, фарфоровая чашка объемом 50-100 см3, конические колбы объемом 100 и 250 см3, воронки, фильтровальная бумага (обеззоленная), аналитические весы, водяная или песчаная баня, термостат, эксикатор. A= Качественный анализ водной вытяжки Качественный анализ водной вытяжки выполняется для определения качественного состава солей, содержащихся в почве. Так как в водной вытяжке содержатся преимущественно хлориды, сульфаты и карбонаты, то определяют сначала наличие анионов, а затем некоторые катионы. Порядок работы 1. Определение аниона СО32–. Растворимые карбонаты представлены в почве главным образом Na2CO3 (cодой). Присутствие Na2CO3 обуславливает щелочную реакцию почвы. Поэтому определение иона СО32– производят при помощи фенолфталеина: в щелочной среде он дает розовую окраску. Для определения присутствия СО32– в водной вытяжке берут пробирку, наливают в нее немного водной вытяжки и прибавляют 2 капли фенолфталеина. Если вытяжка окрасится в розовый цвет, то анион СО32– присутствует в почве. Если вытяжка остается бесцветной, то аниона СО32– в почве нет. 2. Определение аниона Cl–. Для определения аниона Cl– берут чистую пробирку, наливают немного водной вытяжки, добавляют 2-3 капли азотной кислоты (для разрушения бикарбонатов, которые с нитратом серебра тоже образуют осадок) и затем добавляют несколько капель раствора нитрата серебра. Если в почве есть хлориды, например, хлорид натрия, то реакция идет по уравнению: NaCl + AgNO3 = AgCl↓ + NaNO3 Хлорид серебра выпадает в виде белого творожистого осадка. 3. Определение аниона SO42–. В чистую пробирку наливают немного водной вытяжки, подкисляют двумя каплями 10%-ного раствора НCl и прибавляют 2-3 капли 5%ного раствора BaCl2 (хлорида бария). Реакция идет по уравнению: Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4↓ + 2NaCl Образуется белый осадок сульфата бария. Подкисление необходимо для разрушения карбонатов и бикарбонатов бария, так как барий с анионами СО32– и НСО3– тоже образует труднорастворимые соли, но только в щелочной и нейтральной среде. В кислой среде эти соли растворяются 4. Определение катиона Са2+. Для определения присутствия катиона Са2+ в водной вытяжке, в пробирку с водной вытяжкой добавляют 1-2 капли 10%-ной уксусной кислоты и 2-3 капли 4%-ного раствора оксалата аммония (NH4)2C2O4 и перемешивают. Реакция идет по уравнению: СаCl2 + (NH4)2C2O4 = СаС2O4↓ + 2NH4Cl Образуется белый мелкокристаллический осадок оксалата кальция. 5. Определение катиона Mg2+. Для определения присутствия в водной вытяжке магния, в пробирку с водной вытяжкой добавляют несколько капель NH4OH (до запаха аммиака) и 2-3 капли раствора NH4Cl, а затем 2-3 капли раствора Na2НРО4 (гидрофосфата натрия). Гидрофосфат натрия в присутствии NH4OH и NH4Cl осаждает из pacтворов солей магния белый кристаллический осадок фосфата магния-аммония: MgCl2 + Na2HPO4 + NH4OH = MgNH4PO4↓ + 2NaCl + H2O. 6. В засоленных почвах обычно велико содержание катиона Na+. При количественных анализах содержание катиона Na+ часто определяют по разности между суммой анионов и катионов или на пламенном фотометре, т.к. ион натрия окрашивает пламя газовой горелки в желтый цвет. Качественное определение натрия в водной вытяжке тоже можно произвести по окрашиванию пламени газовой горелки или спиртовки. Запись в тетради при изучении качественного, состава водной вытяжки ведут по форме табл. 30: Таблица 30 Результаты качественного анализа водной вытяжки №№ Глубина отАнионы Катионы разреза бора образца в см CO32– Cl– SO42– Ca2+ Mg2– Na+ Оборудование: стеклянные пробирки, капельницы, газовые горелки или спиртовки. Реактивы: фенолфталеин, азотная кислота (конц.), 0,1 н. раствор нитрата серебра, 10%-ный раствор соляной кислоты, 5%-ный раствор хлорида бария, 10%-ный раствор уксусной кислоты, 4%-ный раствор оксалата аммония, 25%-ный раствор аммиака, раствор гидрофосфата натрия. Приготовление растворов: Приготовление 0,1 н. раствора нитрата серебра. 1,7 г AgNO3 растворить дистиллированной водой, доведя раствор до метки в колбе на 100 см3. Лабораторная работа №30 Тема: Определение содержания карбонатов ацидиметрическим методом Ацидиметрический метод определения содержания карбонатов в почве основан на их разрушении раствором соляной кислоты с последующим титрованием его остатка раствором гидроксида натрия. Порядок работы 1. Навеску почвы (измельченной и пропущенной через сито с диаметром отверстий 1 мм) массой 0,5 г помещают в коническую колбу емкостью 100 см3 и заливают из бюретки 25 см3 0,5 н. раствора НCl. 2. В другую колбу наливают также 25 см3 0,5 н. раствора НCl, но без почвы, для «холостого» определения. 3. Закрыв колбы воронками, на электрической плитке быстро доводят содержимое до кипения и умеренно кипятят в течение 5 минут. 4. Охлаждают (можно в емкости с водой), проводят предварительное титрование НCl «холостой» пробы 0,5 н. раствором гидроксида натрия, затем оттитровывают избыток НCl в колбе с почвой. В качестве индикатора используют фенолфталеин. 5. Содержание карбонатов (в пересчете на СО2) определяют по формуле: (V0 − V1 ) ⋅ 0,5 ⋅ 0,022 ⋅ 100 ⋅ К Г СО 2 ,% = , m где V0 – объем 0,5 н. раствора гидроксида натрия, пошедший на титрование «холостой» пробы, см3; V1 - объем 0,5 н. раствора гидроксида натрия, пошедший на титрование остатка соляной кислоты, см3; 0,5 – концентрация раствора (нормальность) раствора гидроксида натрия; 0,022 – коэффициент перевода на количество СО2, эквивалентное 1 мл 0,5 н раствора HCl, г; 100 – коэффициент перевода в проценты; КГ – коэффициент гигроскопичности почвы; m – навеска почвы, г. Если требуется определение общего содержания карбонатов, то расчет ведут по формуле: MeCO3,% = CO2,% ·2,274 Оборудование: фарфоровая ступка с пестиком, сито с диаметром отверстий 1 мм, технические весы, конические колбы объемом 100 см3, маленькие воронки диаметром 2-3 см, электрическая плитка, бюретка объемом 50 см3, штатив лабораторный. Реактивы: 0,5 н. раствор соляной кислоты, 0,5 н. раствор гидроксида натрия, фенолфталеин. Приготовление растворов: 1) Приготовление 0,5 н. раствора соляной кислоты: 41 см3 раствора концентрированной HCl (плотностью 1,19) довести до 1 дм3 дистиллированной водой; 2) Приготовление 0,5 н. раствора гидроксида натрия: 20,0 г реактива растворить в мерной колбе на 1 дм3 дистиллированной водой, освобожденной от СО2 (кипячение 30 мин). Задание: 1. В предложенном образце из какого-либо горизонта засоленной почвы определить содержание сухого остатка и степень засоления. 2. Провести качественный анализ водной вытяжки и определить тип засоления. 3. Получив данные у других студентов, построить диаграмму профильного распределения содержания сухого остатка в анализируемой почве. Проанализировать профильное распределение солей. 4. Определить содержание СО2 карбонатов в почве ацидиметрическим методом. 5. Сопоставив содержание карбонатов в горизонтах почвы с материнской породой, сделать вывод степени выщелачивания профиля почвы от карбонатов. Вопросы для контроля: 1. Назовите природные факторы засоления почв. 2. Назовите антропогенные факторы засоления почв. 3. Какое влияние оказывает засоление почв на благоприятность их агрономических свойств? 4. Как оценивается степень засоленности почв? 5. Назовите основные типы засоления почв. 6. Опишите метод определения общего содержания водорастворимых веществ почвы (сухого остатка). 7. На чем основан ацидиметрический метод определения содержания карбонатов в почве? Опишите ход выполнения анализа почвы с использованием этого метода. IV. ГЕОГРАФИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЧВ Лабораторная работа №31 Тема: Почвенно-географическое районирование. Отечественная школа генетического почвоведения начала свое развитие с исследований распространения почв, связи их строения с географическими особенностями природных условий – факторов почвообразования. Эти исследования были проведены В.В. Докучаевым, который доказал, что почвы распространены на поверхности суши закономерно и в соответствии с географической изменчивостью почвообразовательных факторов образуют широтные (на равнинах) и вертикальные (в горах) почвенные зоны. Закономерности зональности почв стали основой почвенно-географического районирования территории Казахстана. Почвенно-географическое районирование направлено на выделение почвенногеографических регионов, однородных по структуре почвенного покрова, сочетанию факторов почвообразования и характеру возможного сельскохозяйственного использования. С т р у к т у р а п оч в е н н о го п о к р о в а подразумевает состав, количественное соотношение входящих в него почв, характер образуемых ими сочетаний и комплексов, степень его пестроты и контрастности. Разные уровни организации структуры почвенного покрова образуют соподчиненные т а кс о н о м и ч е с к и е е д и н и ц ы п оч в е н н ог е о г р а ф и ч е с ко го р а й о н и р о в а н и я : почвенно-биоклиматический пояс, почвеннобиоклиматическую область, почвенную зону, почвенную провинцию, почвенный округ и почвенный район. П о ч в е н н о - б и о к л и м а т и ч е с к и й п о я с представляет собой совокупность почвенных зон и вертикальных почвенных структур (горных почвенных провинций), объединенных сходством радиационных и термических условий и сходным характером влияния этих условий на почвообразование, выветривание и развитие растительности. П о ч в е н н о - б и о к л и м а т и ч е с к а я о б л а с т ь понимается как совокупность почвенных зон и вертикальных почвенных структур, объединенных в пределах пояса сходством не только радиационных и термических условий, но и условий увлажнения и континентальности и вызванных ими особенностей почвообразования, выветривания и развития растительности. П о ч в е н н а я з о н а – ареал распространения зонального почвенного типа и сопутствующих ему интразональных почв. П о ч в е н н а я п р о в и н ц и я – это часть почвенной зоны, отличающаяся специфическими особенностями почв, условий почвообразования, связанными либо с различиями в увлажнении континентальности (в широтных отрезках почвенных зон), либо с температурными различиями (в меридиональных отрезках почвенных зон). Выявление провинциальных различий в пределах почвенных зон имеет большое агрономическое значение. П о ч в е н н ы е о к р у г а выделяются в пределах почвенных провинций по тем особенностям почвенного покрова, которые обусловливаются характером рельефа и почвообразующих пород. П о ч в е н н ы й р а й о н понимается как часть почвенного округа, характеризующаяся однотипной структурой почвенного покрова, т.е. закономерным чередованием в пределах района одних и тех же сочетаний и комплексов почв. Для горных территорий почвенно-географическое районирование учитывает особенности положения горной страны в системе климатических поясов и областей, а также особенности ее орографии. Классификация почв направлена на объединение почв в таксономические (клас- сификационные) группы по строению, составу, свойствам, происхождению и плодородию. Отечественная классификация является генетической, т.к. учитывает не только признаки и свойства почв, но и особенности их генезиса (происхождения). Современная классификация почв включает систему таксономических единиц и диагностические показатели. Под т а к с о н о м и ч е с к о й е д и н и ц е й ( т а к с о н о м ) понимают почвенную единицу, определяющую последовательность учета генетических характеристик и точность установления места почвы в классификационной системе. В современной классификации почв основная классификационная единица – тип почвы. Т и п п о ч в ы . Это группа почв, которые характеризуются однотипностью поступления и трансформации органического вещества, минеральной массы, процессов миграции и аккумуляции вещества, сходством строения почвенного профиля и характером мероприятий по воспроизводству почвенного плодородия. К почвенным типам относятся подзол, чернозем, солонец и т.д. В пределах типа выделяют подтипы почв. П о д т и п п о ч в ы – это группа почв, которые представляют собой переходные почвенные образования между типами почв. Р о д п о ч в ы . В пределах подтипа выделяют роды почв, которые уточняют генетическую характеристику почв, учитывая влияние различных местных условий (состав почвообразующих пород, состав и глубину залегания грунтовых вод, наличие реликтовых и антропогенных характеристик). В и д ы п о ч в ы . В пределах рода выделяют виды почв, которые устанавливают количественные различия в проявлении основного почвообразовательного процесса. Почвы разделяют на виды также по мощности гумусового или подзолистого горизонтов, уровню гумусированности. Р а з н о в и д н о с т ь п о ч в ы . В пределах вида выделяют разновидности почв, которые отражают различия почв по гранулометрическому составу верхних почвенных горизонтов. Р а з р я д п о ч в ы разделяет почвы по характеру почвообразующих пород. Номенклатура почв. В основу научной номенклатуры почв В.В.Докучаев и Н.М. Сибирцев положили русские, в основном цветовые народные названия (черноземы, подзолы и др.) или экологические и ландшафтные (тундровые, луговые). При выделении фациальных подтипов были использованы термины, характеризующие различия в тепловом режиме (теплые, холодные); названия родов характеризуют определенные свойства почв (солонцеватые, карбонатные и др.); названия видов — степень проявления определенных свойств (малогумусированные, среднемощные и др.). Разновидности называют в соответствии с классификацией почв по гранулометрическому составу (песчаные, суглинистые и т.д.); разряды — по свойствам и генезису почвообразующей породы (моренный суглинок, лессовидный суглинок и др.). Полное название почв производится с учетом их таксономических уровней, начиная с типа. При этом если таксоны более низкого уровня характеризуются свойствами вышестоящего, то их названия опускаются. Пример: тип чернозем подтип типичный род обычный (из названия опускается) вид среднегумусный р а з н о в и д н о с т ь среднесуглинистый разряд на тяжелом лессовидном суглинке Диагностика почв. В качестве диагностических показателей используются морфологические признаки, гранулометрический, химический и минералогический составы почв, содержание и состав органического вещества, физико-химические свойства, содержание и состав водорастворимых солей, степень эродированности, показатели гидротермического режима. Лабораторная работа №32 Тема: Географическое распространение, классификация и диагностика основных почв. Цель занятия: изучить географическое распространение, классификацию и диагностику основных почв. Почвы лесной зоны Почвы лесной зоны относятся к Восточно - Казахстанской области. Они объединяются в основные типы: подзолистый, дерновый, болотный, дерново-подзолистый, болотноподзолистый. Подзолистые почвы Подзолистый тип почв в связи с подзональными и фациальными особенностями подразделяется на ряд подтипов (табл. 31). Таблица 31 Подтипы подзолистых почв Фации теплая умеренная холодная длительно мерзлотная ГлеевоГлеевоГлеево-подзолистые Глеево-подзолистые глуподзолистые подзолистые холодные боко промерзающие и карликовые длительномерзлотные Подзолистые карликовые Подзолистые Подзолистые холодные Подзолистые глубоко промерзающие и длительно мерзлотные Типичный профиль подзолистых целинных почв имеет следующую формулу строения: А0 3 − А0 А10 − А112 − А1А212 − А218 − А2 В45 − В115 − ВС125 − С ↓ 0 4 4 18 35 35 45 115 125 Типичный профиль глеево-подзолистых почв имеет следующее строение: 0 5 А0 7 − А2 g 5 − А2 В g 35 − В110 − ВС125 − С ↓ 0 35 110 125 Дерновые почвы Таблица 32 Классификация дерновых почв Тип Подтип Род Дерново-карбонатные Дерново-карбонатные тиИзвестковые (рендзины) пичные Силикатно-известковые Дерново-карбонатные выНедоразвитые на шунтах щелоченные Дерново-карбонатные оподзоленные Дерново-литогенные Дерновые насыщенные На основных изверженных Дерновые кислые породах Дерновые оподзоленные На сланцах На пестроцветных глинах На железистых породах Дерново-глеевые Дерново-поверхностноглеевые Дерново-грунтово-глеевые Перегнойные поверхностно-глеевые Перегнойные грунтовоглеевые Карбонатные Насыщенные Оподзоленные Профиль дерново-карбонатной типичной почвы имеет следующее строение: 0 10 А0 3 − А1ca 10 − Вса 25 − С ↓ 0 25 Типичный профиль дерново-глеевой почвы имеет следующую формулу строения: 0 25 70 А015 − А1 g 25 − В g 70 − С g ↓ 0 Дерново-подзолистые почвы Эти почвы развиты преимущественно в подзоне южной тайги под травянистыми или мохово-травянистыми лесами. Признаки и свойства этих почв отражают результат воздействия подзолистого и дернового процессов. Таблица 33 Подтипы дерново-подзолистых почв Фации теплая умеренная холодная длительномерзлотная Дерново-палевоДерновоДерновоподзолистые глее- подзолистые глее- подзолистые глее– ватые ватые ватые (холодные) Дерново-палевоДерновоподзолистые подзолистые Дерновоподзолистые (холодные) Дерновоподзолистые глубоко промерзающие и длительномерзлотные Выделяют следующие роды: обычные, остаточно-карбонатные, остаточнодерновые, со вторым гумусовым горизонтом, языковатые, пестроцветные, псевдофибровые, контактно-глубокоглееватые. На виды делятся согласно мощности гумусового горизонта, по глубине подзолистого горизонта. Профиль дерново-подзолистых освоенных почв имеет следующую формулу строения: 0 Апах 20 А2 20 − В85 − ВС120 − С ↓ 45 45 85 120 Болотные почвы Эти почвы формируются в разных почвенно-климатических зонах в условиях избыточного увлажнения. Они более распространены в таежно-лесной и тундровой зонах. Таблица 34 Классификация болотных почв таежно-лесной зоны Тип Подтип Род Болотные верховые Болотные торфяноОбычные глееватые (Ат 20-50 см) Переходные остаточноБолотные верховые торфянизинные засфагненные ные (Ат > 50см) Гумусово-железистые Болотные низинные Низинные обедненные торОбычные фяно-глеевые (Ат 20-50 см) Нормальнозольные Низинные обедненные торКарбонатные фяные (Ат > 50 см) Солончаковые Низинные (типичные) торСульфатнокислые фяно-глеевые (Ат 20-50 см) Низинные (типичные) торфяные (Ат > 50 см) Имеются и разделения болотных почв на виды. Профиль болотной почвы имеет формулу строения: О10 − Т 30 ( 50 ) − G↓ ( 50 ) 0 10 30 Задание: 1. На контурной карте в пределах Восточно-Казахстанской области нанести границы лесной области и выделить зоны с распространением собственно подзолистых и дерновоподзолистых почв. 2. Изучить классификации почв лесной области. 3. По атласу, плакатам и имеющимся образцам почв изобразить профиль наиболее распространенных почв и провести их морфологическое описание. А Г Б Д В Е Рис. 7. Профили почв: А – подзолистой; Б – дерново-подзолистой; В – серой лесной; Г – чернозема типичного; Д – чернозема обыкновенного; Е – каштановой почвы. Почвы лесостепной и степной зон Лесостепная и степная почвенно-биоклиматическая область включает лесостепь с серыми лесными почвами и черноземами оподзоленными, выщелоченными и типичными, собственно степь с черноземами обыкновенными и южными и сухую степь с темно-каштановыми и каштановыми почвами. Светло-каштановые почвы в настоящее время относятся к полупустынной и пустынной почвеннобиоклиматической области. Серые лесные почвы лесостепи Таблица 35 Классификация серых лесных почв Подтип Род Светло-серые лесные Обычные оподзоленные Вид Среднеоподзоленные, сильно- Со вторым гумусовым горизонтом Глеевые Глеевые оподзоленные Обычные Серые лесные Со вторым гумусовым горизонтом Глеевые Глеевые осолоделые Остаточно-карбонатные Темно-серые лесные Обычные Со вторым гумусовым горизонтом Глеевые Осолоделые Остаточно-карбонатные Среднеоподзоленные, сильнооподзоленные Глееватые, глеевые, средне- и сильнооподзоленные Глееватые, глеевые Среднеоподзоленные, сильнооподзоленные Слабооподзоленные, среднеоподзоленные Глееватые, глеевые средне- и сильнооподзоленные Глееватые, глеевые Слабооподзоленные, неоподзоленные Слабооподзоленные, среднеоподзоленные Слабооподзоленные, среднеоподзоленные Глееватые, глеевые слабо- и среднеоподзоленные Глееватые, глеевые слабо- и среднеоподзоленные Темно-серые остаточнокарбонатные неоподзоленные Профили серых лесных почв имеют следующее строение: 135 Светло-серая лесная: А110 → А1А210 − А2 25 − В85 = ВС135 − С са ↓ ; 0 25 40 40 85 140 Серная лесная: А117 − А1А217 − А2 В60 = В110 = ВС140 − С са ↓ ; 0 30 30 60 110 125 Темно-серая лесная: А10 − А132 − А1В60 − В100 = ВС125 − С са ↓ . 4 4 32 60 100 Черноземные почвы Лесостепи и Степи Таблица 36 Подтип Классификация черноземов Род Оподзоленные Обычные Слитые Выщелоченные Типичные Обыкновенные Обычные Выщелоченные на легких породах Слитые Обычные Карбонатные С пониженным вскипанием Осолоделые Обычные Карбонатные Солонцеватые Вид Слабооподзоленные, среднеоподзоленные Слабо-среднесильновыщелоченные Слабо-среднеосолоделые Слабо-средне- Южные Солонцеватосолончаковатые Осолоделые Обычные Карбонатные Солонцеватые Солонцеватосолончаковатые Осолоделые сильносолонцеватые Слабо-среднеосолоделые Слабо-среднесильносолонцеватые Слабо-среднеосолоделые Профили черноземов имеют следующее строение: 120 Оподзоленные: А40 = АВ70 = В120 ~ С са ↓ ; 0 40 70 126 Выщелоченные: А40 = АВ85 ~ В126 ~ С са ↓ ; 0 40 85 60 110 140 160 Типичные: А60 = АВса 110 = Вса 140 = ВС са 160 ~ С са ↓ ; 0 45 90 120 140 Обыкновенные: А45 = АВ1са 90 = Вса 120 = ВС са 140 ~ С са ↓ ; 0 0 30 50 80 120 Южные: Аса 30 = АВса 50 = Вса 80 = ВС са 120 ~ С са ↓ . Каштановые почвы сухих степей Таблица 37 Классификация каштановых почв Фации Теплая (южная) Умеренная Подтипы Темно-каштановые теплые мицелярноТемно-каштановые карбонатные Каштановые теплые мицелярнокарбонатные Светло-каштановые теплые Каштановые Светло-каштановые Типичный профиль темно-каштановых почв имеет такое строение: 45 85 110 А30 = В 45 = Вса 85 = ВС са 110 ~ С са ↓ ; 0 30 Темно-каштановые, каштановые и светло-каштановые почвы тяжелого гранулометрического состава разделяют по степени их гумусированности: темно-каштановые почвы содержат гумуса в слое 0-15 см 3,2-4,0 %; каштановые – 2,2-3,2 %; светло-каштановые – 1,5-2,2 %. Задание: 1. На контурной карте в пределах Казахстана выделить лесостепную и степную область и зоны серых лесных почв, черноземов и каштановых почв. 2. Изучить классификации почв данных зон. 3. По атласу почв, плакатам и образцам почв изобразить профили почв и провести их морфологическое описание. Вопросы для контроля: 1. Какие задачи решает почвенно-географическое районирование? 2. Назовите таксономические единицы почвенно-географического районирования, дайте им определения. 3. Какие задачи решает классификация почв? В чем особенности генетической классификации почв? 4. Назовите таксономические единицы классификации почв. 5. На каких принципах основана номенклатура почв? 6. Приведите собственный пример полного названия почвы. 7. Назовите критерии диагностики почв. 8. Назовите типы и подтипы почв лесостепной и степной области. Лабораторная работа №33 Тема: Почвенные карты и картограммы Цель занятия: ознакомиться с техникой составления почвенных карт и материалами почвенных обследований. Почвенные карты и другие материалы почвенных обследований являются первичными документами для учета почвенных ресурсов землепользователей, внутрихозяйственного землеустройства территории, разработки дифференцированной агротехники, а также для Государственного учета и оценки земель и составления сводных почвенных карт районов, областей и т.п. Материалы почвенных обследований включают крупномасштабные почвенные карты и сопровождающие их картограммы. Почвенная карта представляет собой изображение почвенного покрова территории. Она дает наглядное представление о качестве и расположении почв. Уменьшение, в котором показаны на карте площади распространения различных почв, называется масштабом. Для территории сельскохозяйственных коллективов, арендных и фермерских хозяйств составляют крупномасштабные карты (масштаб 1:50 000 – 1:10 000). Для административных районов составляют среднемасштабные (масштаб 1:300 000 – 1:100 000), а для областей, республик и всей страны – мелкомасштабные (масштаб мельче 1:300 000). Для территории фермерских хозяйств, опытных станций составляют детальные карты (масштаб 1:5 000 – 1:2 000). Картограмма – схематическая сельскохозяйственная карта. Агрономические картограммы в зависимости от содержания могут рассматриваться как расшифровывающие или как рекомендующие. Расшифровывающие картограммы отображают отдельные важнейшие свойства почвенного покрова. К их числу относят картограммы мощности гумусового горизонта, гумусированности почв, гранулометрического состава, солонцеватости, эродированности земель и др. Рекомендующие картограммы содержат прямые рекомендации по использованию почв. К их числу относят: картограммы агропроизводственной группировки типов зе- мель, картограмма кислотности почв и нуждаемости их в известковании и др. Картограммы существенно дополняют и детализируют почвенные карты, делая материалы почвенных исследований более наглядными для практического использования. Почвенные карты и агрономические картограммы дополняют пояснительными почвенными очерками, содержащими подробную агрономическую характеристику почв и рекомендации по их наиболее рациональному использованию. Крупномасштабные почвенные обследования для составления почвенных карт делят на три рабочих периода: подготовительный, полевой и камеральный. Подготовительный период В этот период устанавливают общие задачи и объекты исследования, объемы и планы работ, масштаб съемки. В начале необходимо подобрать картографическую основу, на которой будет составляться почвенная карта. Такой основой могут служить материалы аэрофотосъемки, листы топографической карты, а также откорректированный контурный план землепользования. Наиболее совершенным видом картографической основы являются материалы аэрофотосъемки с наложением на них материалов топографических обследований и землеустроительных планов хозяйства. Таким образом аэрофотоснимки становятся более «читаемы», т.к. прошли дешифрирование, имеют рельефное изображение местности с нанесением ситуации полей, дорог, населенных пунктов, угодий и т.п. Морфология рельефа, включающая формы, элементы, абсолютные и относительные высоты, протяжение, крутизну и форму склонов облегчает проведение почвенной съемки. Составление почвенной карты на контурном плане землеустройства допускается в исключительных случаях. После изучения ранее проводимых обследований и картографической основы необходимо составить план рабочих маршрутов для почвенной съемки. При крупномасштабной почвенной съемке применяют комбинированное расположение почвенных маршрутов, когда часть территории исследуют по способу параллельных пересечений, а другую – по способу петель. Полевой период В полевой период проводят полевое изучение почв и факторов почвообразования, отбирают образцы для анализа, картографируют почвенный покров и определяют физические свойства почв. Для изучения почв в природных условиях в наиболее типичных местах закладывают почвенные разрезы. Среди них различают: основные разрезы, поверочные (полуямы) и прикопки (см. разд. 1). Принято, что при средней сложности рельефа местности при масштабе съемки 1:10 000 закладывают один почвенный разрез на 10 га. Соотношение между основными разрезами, полуразрезами и прикопками принято как 1:4:5. После определения места закладки разреза делают его привязку по местности, используя два противоположных направления и постоянные ориентиры (перекрестки полевых дорог, строения, многолетние насаждения и др.). Выкапывают разрезы по специальным правилам и технике. Дальнейшая цель исследования – установление названия почвы, отражающего генетические и агропроизводственные особенности. Описание почвенного профиля и характеристику факторов почвообразования ведут в полевом журнале или на специальных бланках. После описания профиля почвы дают по возможности полное название почвы (тип, подтип, род, вид, разновидность). Из выделенных генетических горизонтов берут образцы для выполнения лабораторных анализов. Их отбирают из всех основных и некоторых поверочных разрезов. В полевой период устанавливают в натуре границы распространения почв, а затем переносят почвенные контуры на карту. При составлении полевой почвенной карты по топографической основе границы контуров почв устанавливают непосредственно в поле. При этом нужно руководствоваться также изображением рельефа, растительности, гидрографической сети и других элементов ситуации. Наиболее удобно наносить границы почв на топографическую основу, пользуясь горизонталями местности. Камеральный период Камеральная обработка материалов обследования начинается в полевых условиях, когда предварительно оформляют почвенную карту, составляют ведомости морфологического описания почв, заполняют дневник полевых исследований и высушивают почвенные образцы. В камеральный период выполняют лабораторные анализы, оформительские работы и пишут почвенный очерк (пояснительное описание почв). Лабораторные анализы необходимы для уточнения классификационных характеристик почв и их производственной характеристики. Оформительские работы включают составление окончательного оригинала почвенной карты. Окончательная почвенная карта должна содержать ситуацию картографической основы, почвенные контуры со значками и индексами внутри них, которые отражают разнообразие почвенного покрова, гранулометрический состав почв, почвообразующие породы, а также зарамочное оформление. Зарамочное оформление карты включает наименование карты, хозяйства, района, области, масштаб, а также экспликацию (легенду). Фрагмент легенды см. в табл. 38. Таблица 38 Легенда к почвенной карте (фрагмент) Название почв ГранулометриПочвообраПлощадь ческий состав зующая порода га % Серая лесная ЛегкоглиниЛессовидные 110 1,1 стый отложения Л3гл Темно-серая лесная ЛегкоглиниЛессовидные 1705 16,8 стый отложения Л3гл↓ Темно-серая лесная слабоЛегкоглиниЛессовидные 1084 10,7 смытая стый отложения Ч2оп''тл↓ Чернозем оподзоленный ТяжелосуглиЛессовидные 367 3,6 маломощный слабогумунистый отложения сированный слабосмытый Ч3в'''тл Чернозем выщелоченный ТяжелосуглиЛессовидные 218 2,1 среднемощный малогумусный нистый отложения Ч3т''тл↓ Чернозем типичный малоТяжелосуглиЛессовидные 522 5,1 мощный малогумусный нистый отложения слабосмытый Ч3тк''тл↓ Чернозем типичный карбоТяжелосуглиЛессовидные 281 2,8 натный маломощный малонистый отложения гумусный слабосмытый Индексы почв Л2гл Индексирование почв и раскрашивание почвенной карты проводят согласно существующей классификации и цветовой шкалы. В камеральный период составляют и другие сопровождающие карты, принятые в данной зоне. К а р т а а г р о п р о и з в о д с т в е н н о й г р у п п и р о в к и п о ч в и рекомендации по их использованию. Ее составляют на картографической основе, представляющей копию окончательной почвенной карты без зарамочного оформления. В условных обозначениях содержится перечень объединенных в группы почв и мероприятий по улучшению их плодородия. В хозяйствах всего выделяют 10-15 агропроизводственных групп. К а р т а э р о д и р о в а н н о с т и п о ч в . Она отражает распределение почв на территории с учетом степени эродированности. На основе метеорологических условий, рельефа, качества почв, растительного покрова и сельскохозяйственного использования земель устанавливают три степени эрозионной опасности: слабая, средняя и сильная. Слабоэродированные (слабосмытые) почвы расположены на склонах 1-3о, гумусовые горизонты составляют 30% несмытых аналогов. Обозначаются на карте по направлению склона значком - . Среднеэродированные (среднесмытые) почвы расположены на склонах 4-7о, гумусовые горизонты составляют менее половины несмытых почв. Обозначаются на карте двумя значками по направлению склона. Сильноэродированные (сильносмытые) почвы располагаются на склонах 8-10о, гумусовые горизонты у них отсутствуют. Обозначаются на карте тремя значками по направлению склона. К почвенной карте и другим картографическим материалам прилагается «Почвенный очерк». Он состоит из введения и четырех разделов: характеристика хозяйства, природные условия, почвы хозяйства и рекомендации по их использованию. Во введении даются сведения о площади и масштабе исследований, картографической основе, количестве заложенных разрезов и выполненных анализов. Раздел «Характеристика хозяйства» включает данные о местоположении хозяйства, экспликации земель, структуры посевных площадей, урожайности культур за ряд лет, применении удобрений, мелиорантов и др. В разделе «Природные условия» описываются факторы почвообразования – климат, рельеф, почвообразующие и подстилающие породы, гидрология, гидрография и растительность. Раздел «Почвы хозяйства» содержит подробный перечень всех типов почв, выделенных на почвенной карте с указанием площадей. Дается характеристика каждой разновидности почв с указанием условий залегания по рельефу, характеристики материнских пород, растительности, степени развития эрозии, морфология и физикохимические свойства почв. В разделе «Рекомендации по использованию почв» приводят агропроизводственную группировку почв хозяйства, описывают каждую группу почв (площадь, основные агропроизводственные показатели) и рекомендуют приемы, способствующие сохранению и повышению плодородия почв. Материалы почвенных исследований готовит областной проектный институт по земельным ресурсам и землеустройству (Гипрозем). Корректировка материалов проводится один раз в 20 лет. Материалы крупномасштабных почвенных обследований используют в следующих целях: учета площадей сельскохозяйственных угодий; внутрихозяйственном землеустройстве территории; составлении районной и областной почвенной карт; разработки дифференцированной технологии возделывания культур; разработки приемов сохранения и повышения плодородия почв; выявления почв, нуждающихся в мелиоративных мероприятиях; проведения качественной оценки почв. Вопросы для контроля: 1. Что относится к материалам почвенных обследований? 2. Назвать картографическую основу для составления почвенных карт. 3. Рассказать очередность работ при проведении почвенных обследований. 4. В чем заключается содержание легенды к почвенной карте? 5. Дать характеристику картограмме агропроизводственных групп почв. 6. Охарактеризовать картограмму эродированных земель. 7. Проанализировать содержание почвенного очерка. 8. Для каких целей используют материалы почвенных обследований? V. БОНИТИРОВКА И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОЧВ Лабораторная работа №34 Тема: Бонитировка почв. Качественная оценка плодородия почв хозяйства. Б о н и т и р о в к а п о ч в – сравнительная оценка качества почв, их потенциального плодородия и производительной способности. Это установление относительной доброкачественности и ценности почв при использовании их в сельскохозяйственном производстве. Б о н и т е т п о ч в – показатель их качества, выраженный в баллах, по отношению к почве с наиболее высоким потенциальным плодородием, балл которой принимается, обычно, равным 100 %. Материалы бонитировки используются в земельном кадастре, составлении бизнес-планов производства сельскохозяйственной продукции, при экономической оценке земель (для определения ставок земельного налога и нормативной цены земли), при агропроизводственной группировке почв и др. Бонитировку почв проводят по свойствам, коррелирующим с урожайностью сельскохозяйственных культур. При этом качественная оценка плодородия почв производится именно с учетом урожайности разных культур (так называемой «нормальной» урожайности). Кроме того, существует методика бонитировки почв на основе почвенно-экологических индексов, характеризующих почвенно-экологические условия угодий и сельскохозяйственную продуктивность климата. Учитываются такие климатические показатели, как сумма температур за вегетационный период, коэффициент увлажнения по Высоцкому-Иванову и коэффициент континентальности климата. С климатическими показателями тесно связаны водный, воздушный и тепловой режимы почв. Они также оказывают большое непосредственное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур. Ниже приводятся методики качественной оценки плодородия почв, бонитировки на основе почвенно-экологических индексов, а также определения цены почвы на основе почвенно-экологических индексов. Качественная оценка плодородия почв хозяйства Цель занятия: Ознакомиться с методикой качественной оценки почв хозяйства и провести оценку по конкретным данным. Качественная оценка почв выполняется по всем видам сельскохозяйственных угодий: пашни, сенокосов, пастбищ, выгонов и многолетних насаждений. Система качественной оценки почв выполняется в двух аспектах: частная – по эффективности возделывания отдельных сельскохозяйственных культур и общая – по совокупной эффективности видов сельскохозяйственных угодий. Предметом оценки является плодородие почв по отношению к сельскохозяйственным культурам, угодьям и их местоположению. Качественная оценка почв выполняется в такой последовательности: сбор исходной информации и ее первичная обработка; корреляционно-регрессионный анализ исходной информации с целью получения моделей урожайности; расчет сопоставимой нормальной урожайности и пересчет ее в баллы бонитета. Урожайность культур при оценке земель рассматривается как функция почвенной и экономической информации. Почвенная информация представлена средневзвешен- ными показателями, медленно изменяющимися свойствами почв, каждой почвенной разновидности и оценочной группы почв. Свойства почв выражены как в натуральных величинах, так и в баллах. При этом за 100 баллов приняты следующие показатели: мощность гумусового слоя равна 85 см и более для зерновых культур, многолетних и однолетних трав и 95 см и более для сахарной свеклы и кукурузы; запасы гумуса в гумусовом слое в 600 т/га и более; сумма поглощенных оснований в пахотном слое 37 и более ммоль на 100 г почвы; содержание физической глины 65-70 % для зерновых культур, однолетних и многолетних трав, 60 % для сахарной свеклы и кукурузы. Экономическая информация включает следующие данные: применение удобрений (ц д. в. на 1 га пашни); обеспеченность активными основными фондами (стоимость силовых и рабочих машин на 1 га культивируемой площади (пашня, сенокосы, многолетние насаждения)); трудообеспеченность в растениеводстве (количество работников растениеводства на 100 га культивируемой площади). Основным показателем качественной оценки почв является с о п о с т а в и м а я « н о р м а л ь н а я » у р о ж а й н о с т ь сельскохозяйственных культур. Это такая расчетная урожайность, которая была бы получена за оцениваемый период при среднем уровне интенсивности земледелия. Ее величина зависит от качества почв. Сопоставимая «нормальная» урожайность рассчитывается по моделям урожайности, найденных методом множественного корреляционно-регрессионного анализа почвенных и производственно-экономических факторов. Если в модель подставить не среднеобластные величины производственноэкономических факторов, а конкретного хозяйства, то будет найдена индивидуальная «нормальная» урожайность. Сопоставимая «нормальная» урожайность относится к оцениваемому периоду, поэтому она устарела на момент ее расчета, но соотношение между ней по хозяйствам, районам сохраняется. Поэтому она пересчитывается в относительный показатель качественной оценки почв – балл бонитета. В настоящее время получены модели урожайности сельскохозяйственных культур по оценке земель, по которым рассчитывают сопоставимую «нормальную» урожайность. 1. Для зерновых и зернобобовых культур: У = 3,85Х9 + 0,0828Х62 + 0,0125Х7 +0,362Х6 + 0,214Х32 + 1,78 2. Для сахарной свеклы: У = 17,27Х3 + 0,257Х7 + 0,89Х62 + 2,89Х32 + 6,2Х6 – 79,29 3. Для кукурузы на силос и зеленый корм: У = 56,9Х9 + 1,03Х62 + 4,017Х6 + 3,48Х32 + 0,0334Х7 + 9,52 4. Для однолетних трав: У = 6,18Х9 + 0,151Х62 + 0,551Х32 + 0,39Х6 + 4,74 5. Для многолетних трав: У = 3,92Х9 + 0,167Х62 + 0,437Х6 + 0,259Х32 + 0,003Х7 + 3,71 Х9 – внесение удобрений на 1 га пашни, ц д.в. Х3 – внесение удобрений на 1 га посева сахарной свеклы, ц д.в. Х62 – совокупный почвенный показатель по свойствам почв. Х32 – содержание подвижных форм фосфора в пахотном слое, мг на 100 г почвы. Х6 – количество работников в растениеводстве на100 га культивируемой площади. Х7 – стоимость силовых и рабочих машин на 1 га культивируемой площади, руб. Далее сопоставимая «нормальная» урожайность пересчитывается в баллы бонитета. Расчет баллов бонитета производится по шкале, в которой за 100 баллов принята урожайность в 50 ц кормовых единиц (к.е.). У ⋅К Б= н , где 0,5 Б – балл качественной оценки; Ун – сопоставимая «нормальная» урожайность; К – коэффициент перевода продукции в кормовые единицы; 0,5 – общероссийская цена баллов в центнерах кормовых единиц. В ЦЧО приняты следующие коэффициенты перевода продукции в кормовые единицы: зерновые и зернобобовые культуры в среднем – 1,00; сахарная свекла – 0,26; кукуруза на силос и зеленый корм – 0,16; однолетние травы на сено – 0,45; многолетние травы на сено – 0,49. Среднеобластной уровень экономических факторов принят следующий: количество вносимых минеральных и органических удобрений на 1 га пашни (Х9) = 1,54 ц д.в.; стоимость силовых и рабочих машин на 1 га культивируемой площади (Х7) = 197,8 руб.; количество работников растениеводства на 100 га культивируемой площади (Х6) = 3,8 чел. При расчетах вносимых удобрений (Х9) органические удобрения в тоннах переводятся в центнеры действующего вещества (ц д.в.) через коэффициент 0,12, а минеральные – через процентное содержание питательных веществ. Задание: Используя форму сделать следующие расчеты: 1. Баллы почв по конкретным свойствам. 2. Сопоставимую «нормальную» урожайность по уравнениям регрессии. 3. Баллы по сопоставимой «нормальной» урожайности. 4. Средневзвешенный балл по хозяйству. Вопросы для контроля: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Дать понятие качественной оценки почв. Назвать виды качественной оценки почв. Рассказать о последовательности проведения качественной оценки почв. Какие виды информации включает качественная оценка почв? Какие из свойств почв используются при оценке земель? Что такое сопоставимая «нормальная» урожайность? Лабораторная работа №35 Тема: Бонитировка почв на основе почвенно-экологических индексов. Бонитировка и определение цены почв на основе почвенно-экологических индексов Цель занятия: изучить методики бонитировки и определения цены почв на основе почвенно-экологических индексов. Бонитировка почв на основе почвенно-экологических индексов, по И.И. Карманову Почвенно-экологические индексы позволяют оценить совокупность почвенноэкологических условий любых угодий. Они рассчитываются по формуле: ПЭ И = 12,5 ⋅ (2 − р ) ⋅ n ⋅ ∑ t > 10 o ⋅ ( КУ − 0,05) , КК + 100 где ПЭИ – почвенно-экологический индекс; р – средневзвешенная плотность метрового слоя почвы; n – полезный (безбалластный) объем почвы; ∑ t > 10 o – среднемесячная сумма активных температур, КУ – коэффициент увлажнения, КК – коэффициент континентальности климата. Величина КК рассчитывается по формуле: 360 ⋅ (t max − t min ) КК = ϕ + 10 где tomax и tomin – среднемесячные температуры самого теплого и самого холодного месяца, φ – широта местности. При расчете по этой формуле за 100 принят почвенно-экологический индекс для черноземов типичных Краснодарского края (р = 1,2; n = 1,00; ∑ t > 10 o = 3500; КУ = 0,8; КК = 162). Дополнительно вводятся поправки на содержание гумуса, подвижных форм питательных веществ, степень кислотности почв. Учитываются также крутизна и экспозиция склона. Для орошаемых почв КУ принимается равным 1,1. Совокупность климатических показателей в формуле характеризует сельскохозяйственную продуктивность климата (БКЛ) в баллах: Б КЛ = ∑ t > 10 ⋅ ( КУ − 0,05) . КК + 100 За 100 баллов принята сельскохозяйственная продуктивность климата центральной части Краснодарского края. В табл. 39 приведены данные, используемые в расчете почвенно-экологического индекса для различных почв России и Казахстана. Таблица 39 Материалы для бонитировки почв по методу И.И. Карманова Средневзвешенная №, почва, уклон (о) Область Σt>10о· КУ КК Гумус, % плотность в слое 0-100, г/см3 1. Дерново-подзолистая среднесугли- Московская 2000 1,1 157 2,0 нистая, среднесмытая (3-5°) 2. Дерново-подзолистая легкосуглини- Новгородская 1775 1,1 140 1,5 стая, сильносмытая (5,5°) 1,3 1,3 3. Дерново-подзолистая тяжелосугли- Смоленская 2100 1,1 135 2,8 1,4 нистая, глееватая (< 1°) 4. Серая лесная среднесуглинистая, Тульская 2150 1,1 155 2,8 1,3 среднесмытая (3-5°) 5. Серая лесная тяжелосуглинистая Орловская 2200 1,0 160 2,8 1,2 (<1) 6. Чернозем оподзоленный среднеКурская 2350 0,9 160 3,8 1,2 суглинистый, слабосмытый (1-3° 7. Чернозем выщелоченный тяжелоКуйбышевская 2400 0,8 188 4,5 1,2 суглинистый, среднесмытый (3-5°) 8. Чернозем типичный среднесуглини- Белгородская 2500 0,8 185 5,4 1,2 стый, слабосмытый (1-3°) 9. Чернозем типичный тяжелосуглиКраснодарский 3500 0,8 162 7,0 1,2 нистый (<1°) край 10. Чернозем обыкновенный тяжелоВоронежская 2700 0,7 175 5,3 1,2 суглинистый, слабосолонцеватый (< 1°) 11. Чернозем южный среднесуглиниЮжно-Казахстанская 2800 0,6 190 3,5 1,2 стый, слабосолонцеватый (< 1°) 12. Каштановая среднесуглинистая, 1,3 слабосолонцеватая (<1°) Восточно-Казахстанская 3000 0,45 200 3,0 Определение цены почвы на основе почвенно-экологических индексов по методу Почвенного института им. В.В. Докучаева Введение цен на почву должно служить сохранению, повышению и восстановлению плодородия почв, ограничению отводов ценных земель для несельскохозяйственных целей, проведению эффективной налоговой политики. Цена почвы определяется потенциальным плодородием, которое характеризуется путем расчета почвенно-экологических индексов. Кроме того, цена почвы зависит от совокупности местных условий, прежде всего рельефа, а также от местоположения участка. В табл. 40 и 41 приведены поправочные коэффициенты на особенности территории и местоположение участка. Чтобы перейти от почвенно-экологических индексов и поправочных коэффициентов к цене почв в денежном выражении, определяется цена единицы почвенно-экологического индекса. Таблица 40 Поправочные коэффициенты на особенности территории Почвенные зоны (подзоны) Плоские, вол- Расчлененные терри- Уклон поПоправка на нистые, ували- тории на равнинах, верхности, уклон постые равнины горные территории град. верхности Подзона обыкновенных черноземов и все более аридные почвенные зоны и подзоны Подзона типичных черноземов 1,25 1,05 До 1 1-3 1,20 3-5 1,00 1,02 1,00 0,97 5-7 0,93 Подзона выщелоченных и оподзоленных черноземов Подзона темно-серых лесных почв 1,15 0,97 7-10 1,08 0,94 10-15 0,88 0,80 Подзона серых и светло-серых лесных почв Зона дерново-подзолистых почв и более северные почвенные зоны, зона бурых лесных почв, влажные субтропики 1,00 0,90 0,88 0,80 15-25 25-45 0,70 0,60 Таблица 41 Ориентировочные коэффициенты на местоположение 1,0 отдаленные, очень слабозаселенные территории, труднодоступные горные местности; почвы используются под пастбища (или не используются в сельском хозяйстве) 1,5 отдаленные, слабозаселенные территории с разобщенными участками пашни, отдельные участки пашни в горах 2,0 территории сухой степи и лесной зоны с примерно средней (для условий этих зон в пределах страны) степенью их распаханности и заселенности; территории восточных регионов лесостепной и степной зон 2,5 территории центральных регионов лесостепной и степной зон; наиболее интенсивно освоенных западных регионов лесной зоны 3,0 территории интенсивно освоенных западных и предкавказских регионов лесостепи; наиболее интенсивно освоенных западных регионов степной зоны 4,0-4,5 интенсивно освоенные орошаемые территории южных областей страны 6,0 высокоинтенсивно освоенные территории влажных субтропиков Задание: 1. На основе данных табл. 39 рассчитать сельскохозяйственную продуктивность климата и почвенно-экологические индексы для почв Восточно-Казахстанской области. 2. Сопоставить полученные оценки и объяснить их различия. 3. Провести определение цены одного гектара пашни в однотипных условиях разных областей, принимая стоимость единицы почвенно-экологического индекса 8000 тенге. Вопросы для контроля: 1. Какие почвенные и климатические показатели используются в расчете почвенно-экологических индексов? 2. Как производится определение цены почвы на основе почвенно-экологических индексов? 3. Обоснуйте необходимость введения поправочных коэффициентов на особенности территории, занимаемой почвами и их местоположение. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. / Е.В. Аринушкина. – М.: Изд-во МГУ, 1970. - с. 2. Ганжара Н.Ф. Практикум по почвоведению. / Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Байбеков Р.Ф. – Под ред. Н.Ф. Ганжары. – М.: Агроконсалт, 2002. – 280 с. 3. Добровольский В.В. Практикум по географии почв с основами почвоведения. / В.В. Добровольский. – М.: Просвещение, 1982. – 127 с. 4. Добровольский Г.В. Почвы. Энциклопедия природы России. / Добровольский Г.В., Шеремет Б.В., Афанасьева Т.В., Палечек Л.А. – М.: ABF, 1998. – 368 с. 5. Лабораторный практикум по почвоведению / Н.И. Лактионов, И.А. Шеларь, В.Д Муха. – Под ред. А.М. Гринченко. – Харьков: Изд-во ХСХИ, 1976. – 95 с. 6. Муха В.Д. Полевое исследование почв. / В.Д. Муха, А.Ф. Сулима, М.В. Сергеев. – Курск: Изд-во КГСХА, 2002. – 32 с. 7. Муха В.Д. Почвенные анализы (практикум по почвоведению). / В.Д. Муха, А.Ф. Сулима. – Курск: Изд-во КГСХА, 2001. – 108 с. 8. Почвоведение. / И.С. Кауричев, Н.П. Панов, Н.Н. Розов, М.В. Стратонович, А.Д. Фокин. – Под ред. И.С. Кауричева. – М.: Агропромиздат, 1989. – 719 с. 9. Почвоведение с основами геологии. Методика изучения почв в полевых условиях. / Гнатенко А.Ф. – Под ред. Т.И. Кудиновой. – Киев: Изд-во УСХА, 1988. – 24 с. 10. Почвы СССР. / Т.В. Афанасьева, В.И. Василенко, Т.В. Терешина, Б.В. Шеремет. – Под ред. Г.В. Добровольского – М.: Мысль, 1979. – 380 с. 11. Тазабеков Т.Т. Описание и анализ почвы. / Т.Т. Тазабеков, Л.П. Гнездилова. – Алма-Ата: Кайнар, 1972. – 192 с. Приложение Бланк описания почвы 1. Разрез № ____________________________ 2. Область ___________________________ район __________________________ 3. Хозяйство _____________________________________ 4. Пункт: ______________________________________________________________ 5. Общий рельеф _______________________________________________________ _____________________________________________________________________ 6. Микрорельеф _______________________________________________________ _____________________________________________________________________ 7. Положение разреза относительно рельефа и экспозиции ____________________ _____________________________________________________________________ 8. Растительность _______________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 9. Угодье и его культурное состояние ______________________________________ _____________________________________________________________________ 10. Признаки заболоченности, засоленности и другие характерные особенности _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 11. Глубина и характер вскипания от HCl ____________________________________ 12. Уровень почвенно-грунтовых вод _______________________________________ 13. Материнская и подстилающая порода_____________________________________ 14. Название почвы ______________________________________________________ 15. Рисунок почвенного профиля и его описание Схема. Описание профиля: гранулометрический состав почвенного профиля. Горизонтность, окраска, структура, влажность, плотность, сложение, новообразования , включения, характер вскипания, характер взятых переходных горизонтов, признаки оглеения, засоленности, солонцеватости и др. особенности образцов. Глубина взятых образцов, см. Сведения об авторе Жанадилов Амангельды Юртаевич родился 9 сентября 1957 года, станция Аул Бородулихинского района Семипалатинской области. В 1978 году поступил на учебу в Семипалатинский зоотехническо-ветеринарный институт на зооинженерный факультет, который окончил с отличием в 1983 году, получив квалификацию зооинженера. После окончания ВУЗа работал зоотехником в колхозе им. Ленина Новошульбинского района Семипалатинской области. В 1987 году с отличием закончил педагогический факультет Московской ветеринарной Академии имени К.И. Скрябина. После окончания академии работал преподавателем в Темирском сельскохозяйственном техникуме Актюбинской области. С сентября 1988 по декабрь 1990 года работал в Семипалатинском зоотехническо-ветеринарном институте в должности заведующего подготовительным отделением. Жанадилов А.Ю. в 1991 году поступил в очную аспирантуру при Сибирском научноисследовательском проектно-технологическом институте животноводства, а в 1993 году досрочно защитил кандидатскую диссертацию на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук. С февраля 1994 года Жанадилов А.Ю. работает на кафедре овцеводства и мелкого животноводства ассистентом, в 1995 году избирается на должность доцента этой кафедры. С 1996 года переводится в Государственный университет имени Шакарима, где и работает по настоящее время в должности профессора кафедры «Экологии и защиты окружающей среды». С 2002 по 2004 годы обучается в докторантуре. В 2006 году успешно защитил докторскую диссертацию на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук. Работал заведующим кафедрой «Экологии и защиты окружающей среды», в 2007 году работал деканом факультета «Строительства и защиты окружающей среды». Главные направления научной деятельности Жанадилова А.Ю. экология, безопасность жизнедеятельности, геоэкологические и почвенные исследования, сельскохозяйственная экология. Он проводит работу по совершенствованию существующих пород животных, разработка теории и методов межпородного скрещивания, создание новых высокопродуктивных селекционных стад для условий Казахстана и Сибири. Им опубликовано более 150 статей, 3 монографии, 14 учебнометодических пособий, 23 методических указаний и рекомендаций. С 1995 года является научным руководитлем 55 дипломных работ очного и заочного обучения и 7 магистерских диссертаций. Разработаны пять государственных стандартов Республики Казахстан, утвержденные Комитетом технического регулирования и метрологии Министерства индустрии и новых технологий РК. Созданы племенные хозяйства в Павлодарской и Восточно-Казахстанской области. Принимал участие в работе многих Международных конференций, семинаров, круглых столов в Москве, Лас-Вегасе (США), Алматы, Новосибирске, Барнауле, Орле, Тамбове, Иркутске, Караганде, Кокчетаве, Семее, Усть-Каменогорске, Павлодаре и др. Учебное пособие Практикум по почвоведению Жанадилов Амангельды Юртаевич доктор сельскохозяйственных наук, профессор Рекомендовано к печати Ученым Советом государственным университетом имени Шакарима города Семей Подписано к печати 10.02.14г. Формат 60х84 1/16 Объем 5,4 п.л. Тираж 200 экз. Заказ №567 Отпечатано Издательский дом «Интеллект» 071400, г. Семей, ул, Шугаева,4 тел: 631217