Методы почвенных исследований

1. Методы  исследования структурного состава.

Под структурой почвы понимают совокупность отдельностей, или агрегатов, различных по величине, форме, прочности и связности. Структурная  отдельность – агрегат – состоит  из первичных частиц (механических элементов), или микроагрегатов, соединенных  друг с другом в результате коагуляции коллоидов, склеивания, слипания.

Аналитически  структурность почвы определяется методом рассеивания на ситах. Для  этой цели берут большие образцы (2,5-5 кг) и небольшими порциями  осторожно  рассеиваются на наборе сит. Каждую фракцию  собирают, взвешивают и рассчитывают содержание ее в % к массе взятой почвы. Для получения сравнимых результатов образцы следует анализировать, доведя их  до воздушно-сухого состояния.

О качестве структуры  судят по ее водопрочности, механической прочности, порозности. Методы определения  водопрочности можно разделить  на 2 группы: прямые и косвенные.

Прямыми методами непосредственно определяется количество водопрочных и неводопрочных  агрегатов. К ним можно отнести: микроагрегатный анализ (по Качинскому, Астапову), макроагрегатный – методы фракционирования почвы на ситах  в воде (по Саввинову, Вершинину); макроагрегатный метод качания сит; метод размокания агрегатов в стоячей воде и др.

К косвенным  относятся такие методы, когда  о водопрочности судят по другому  показателю, например, по изменению  водопроницаемости; по количеству воды, пошедшей на размывание агрегатов (капельный  метод Виленского) и др.

О природе водопрочности  почвенных агрегатов можно судить по порозности их. Для определения порозности разработаны методы: парафинирования, керосиновый, метод шлифов (микроскопический).

Водопрочность почвенных агрегатов обусловлена  различной природой «клеящих» веществ, участвующих в структурообразовании, их связью с механическими элементами.

Для изучения роли отдельных «клеев» разрабатываются  физико-химические методы. Наиболее известный  из них – «анатомирование» агрегата.

Агрегатный анализ почв — метод Н.И. Саввинова

Сущность метода заключается в определении количества агрегатов разного размера методом "сухого" просеивания, а водопрочных агрегатов — методом "мокрого" просеивания.

Сухое просеивание. Из образца нерастертой воздушно-сухой почвы берут среднюю пробу 0,5-2,5 кг. Из пробы выбирают камни, гравий, корни и другие включения. Пробу просеивают через набор сит с диаметрами отверстий 10; 7; 5; 3; 2; 1; 0,5; 0,25 мм. Набор сит должен иметь крышку и поддон. Почву просеивают порциями (100-200 г) без резких встряхиваний. Каждую фракцию агрегатов отдельно собирают, взвешивают и рассчитывают ее процентное содержание. Фракцию размером < 0,25 мм вычисляют по разности между массой почвы, взятой для анализа, и суммой фракции > 0,25 мм. За 100% принимается взятая для анализа навеска за вычетом массы включений (камни, гравий и др.). По данным сухого просеивания определяют коэффициент структурности.

Мокрое  просеивание. Для определения водопрочных агрегатов составляют среднюю пробу в 50 г из всех фракций агрегатов, полученных при сухом просеивании, пропорционально их процентному содержанию. Для этого берут каждую фракцию в количестве, равном в граммах половине процентного содержания ее в данной почве. В среднюю пробу не включают фракцию < 0,25 мм, чтобы не забивались нижние сита при просеивании. Поэтому навеска получается меньше 50 г, но при расчете результатов анализа за 100% принимают навеску массой 50 г.

Отобранную  пробу высыпают в литровый стеклянный цилиндр и медленно, по стенкам приливают воду до 2/3 объема цилиндра для вытеснения воздуха. Чтобы ускорить вытеснение воздуха, цилиндр закрывают пробкой, дважды наклоняют до горизонтального положения и возвращают в вертикальное положение. Почву оставляют на 10 мин. в покое, после чего доливают цилиндр доверху водой, закрывают пробкой и переворачивают вверх дном, ожидая пока все частицы почвы не осядут вниз. 
Затем цилиндр возвращают в первоначальное положение и выжидают пока почва не достигнет дна. После 10 таких оборотов закрытый цилиндр опрокидывают над набором сит, стоящих в воде. Набор для мокрого просеивания включает 6 сит диаметром 20 см и высотой борта 3 см с диаметрами отверстий 5;3;2;1;0,5; 0,25 мм.

Слой воды в  сосуде должен быть на 5-6 см выше борта  верхнего сита. Под водой открывают пробку цилиндра и, не отрывая его от воды, плавными движениями распределяют почву по поверхности сита. Через минуту, когда все агрегаты упадут на сито, цилиндр закрывают пробкой под водой и вынимают. Перенесенную на сита почву просеивают под водой. Для этого набор сит медленно поднимают на 5-6 см и быстро опускают на 3-4 см. Встряхивания повторяют 10 раз с промежутком в 2-3 секунды. Затем сита с диаметром отверстий < 1 мм снимают, не вынимая всего набора сит из воды, а остальные встряхивают еще 5 раз и вынимают из воды. Оставшиеся на ситах агрегаты смывают струей воды из промывалки в фарфоровые чашки. Из больших чашек почву переносят в заранее взвешенные алюминиевые стаканчики, избыток воды сливают, а почву высушивают и взвешивают. Для каждой фракции определяют ее процентное содержание, умножая массу каждой фракции на 2. Содержание фракции < 0,25 мм рассчитывают по разности (100 — сумма всех фракций > 0,25 мм).

 Содержание  фракций рассчитывают по формуле.

Оценка  структурного состояния  почвы.

2. Методы  определения гумуса.

Для определения гумуса применяют 2 группы методов.

1. Основана на сухом сжигании с последующим улавливании образовавшегося углекислого газа. Недостатки: громоздкое оборудование, длительность метода и неполное улавливание углекислого газа.
2. Методы, основанные на мокром сжигании углерода гумуса при  помощи сильного окислителя, разведенного в серной кислоте.

При определении  имеется несколько модификаций  по окончанию: титриметрическая – титруют  солью Мора после сжигания гумуса в присутствии фенилантрониловой  кислоты; фотоколориметрическое окончание.

Подготовка  почвы к анализу. Из воздушно-сухого образца почвы берут 40-50 г, отбирают корешки и органические остатки. Крупные комки почвы раздавливают пестиком с резиновым наконечником, затем почву растирают в фарфоровой ступке и просеивают через сито с отверстиями 1 мм. Операцию повторяют до тех пор, пока вся проба не будет пропущена через сито. Подготовленную почву используют для определения состава гумуса.

Для установления общего содержания углерода и азота  органического вещества в исходной почве из воздушно-сухого образца берут 5 г почвы, отбирают из нее корешки, растирают и просеивают через сито с отверстиями 0,25 мм.

Извлечение  гумусовых веществ  из почвы смесью пирофосфата  натрия и NaОН. Из подготовленного образца почвы берут 5 г, переносят в коническую колбу на 250 мл и заливают в конце дня 100 мл свежеприготовленной смеси пирофосфата натрия с NaОН, содержащей в 1 л раствора 44,6 г На₄Р₂О₇10Н₂О и 4 г NаОН. Концентрация пирофосфата натрия в таком растворе — 0,1 М, а NaОН — 0,1 н., рН смеси — около 13.

Колбу плотно закрывают резиновой пробкой, содержимое ее перемешивают, избегая размазывания почвы по стенкам, и оставляют на 16 ч. Затем раствор вместе с почвой перемешивают в колбе и переносят в воронку с простым бумажным фильтром диаметром 15-17 см, вставленным в конус из плотного фильтра (синяя лента) диаметром 7-9 см.

Когда начинает фильтроваться прозрачный раствор, его собирают в сухую приемную колбу. Остаток почвы на фильтре отбрасывают.

Определение содержания углерода в вытяжке. Для гумусированных почв берут пипеткой 2-5 мл, для слабогумусированных — 10-15 мл вытяжки.

Раствор помещают в коническую колбу на 100 мл и нейтрализуют, прибавляя 1 н. Н₂80₄ по каплям до появления в растворе легкой мути. Колбу ставят на кипящую водяную баню и выпаривают содержимое досуха. Затем определяют содержание органического углерода по методу И.В. Тюрина, добавляя в колбу для равномерного кипения прокаленную пемзу или почву.

Вычисляют содержание углерода в процентах от массы почвы и в процентах от общего количества углерода в исходной почве. 

3. Методы  определения гранулометрического  состава.

Для определения  механического состава почв существует несколько методов.

Определение гранулометрического  состава на ощупь  и визуально. Обычно определяют визуально и на ощупь в сухом и влажном состоянии по следующим показателям: ощущение при растирании почвы на ладони, вид под лупой или без нее, состояние влажной и сухой почвы, отношение влажной почвы к скатыванию.

Последний прием  сводится к следующему: берут 3-4 г  почвы и увлажняют до густой пасты; воды при этом из почвы не отжимается; хорошо размятую и перемешанную почву в руках раскатывают на ладони в шнур толщиной около 3 мм и затем сворачивают в кольцо диаметром около 3 см. в зависимости от механического состава почвы шнур при раскатывании принимает различный вид.

Просеивание почвы на ситах. В полевых условиях берут среднюю пробу 1-2кг. Почву доводят до воздушно-сухого состояния, измельчают в ступке пестиком с резиновым наконечником и просеивают через сито с отверстиями диаметром 1 мм. Определяют процентное содержание скелетной части и мелкозема. Скелетную часть почвы для удаления приставших частиц замачивают водой. Затем почву кипятят в течение 1 часа, промывают на сите до просветления, высушивают, взвешивают и разделяют с помощью набора сит с отверстиями диаметром в 1, 3, 5, 7 и 10 мм на фракции. Отдельные фракции взвешивают и вычисляют их процентное содержание.

Механические  элементы более 10 мм представляют собой  обломки первоначальной массивной горной породы, из которой образовалась почва. Частицы о 10 до 3 мм являются промежуточными продуктами распада горной породы. После распределения скелетной части по фракциям почву классифицируют по степени каменистости.

Мелкозем из данной пробы почвы собирают в  склянку с притертой пробкой  и анализируют прочими методами (методы отмучивания частиц струей различной скорости, разделение частиц в стоячей воде по методу Сабанина, метод пипетки и др.).