Влажность земли является важнейшим агротехническим параметром в почвоведении, геологии, экологии, садоводстве, который оказывает серьезное воздействие на качественное функционирование экологической системы – биогеоценоза. На сегодняшний день существует множество способов его измерения. В статье расскажем про определение влажности почвы, сравним эффективность различных приборов для ее измерения.
Причины необходимости увлажненности земли
В период вегетации уровень воды в тканях и клетках растительных организмов составляет 70-90 %.Влажность – это один из главных факторов, влияющих на плодородность грунта. Она реализует такие задачи:
- обогащение овощных и плодовых культур водой;
- увлажненность грунта влияет на количество воздуха, уровень соли, а также наличие вредных компонентов;
- обеспечивает пластичную и плотную структуру земли;
- влияет на температуру, а также теплоемкость;
- не допускает выветривания грунтов;
- показывает способность почвы к агротехническим и сельскохозяйственным процессам.
Для полноценной жизнедеятельности растительного организма его клеткам, а также тканям следует в достаточном объеме получать воду, в частности во время активации жизненные процессов.
Оптимальные уровни увлажненности грунта
На данный момент в экспериментальной разработке находятся два вида полива – струйный и импульсный.
Совет #1. Следует учесть, что уровень оптимальной влажности во время всходов должен быть выше, нежели в процессе дозревания сельскохозяйственных культур.
Как определить увлажненность земли
На сегодняшний день существуют такие методы исчисления влажности грунта:
- термостатно-весовой;
- радиоактивный – представляет собой измерение излучения радиоактивных веществ, находящихся в земле;
- электрический – в данном случае производится определение почвенного сопротивления, проводимости, индуктивности, а также емкости;
- тензометрический – метод основывается на разнице напряжения воды между границами фаз;
- оптический – этот способ характеризуется отражаемостью световых потоков;
- экспресс-методы, в частности органолептический.
Самыми легкими и распространенными считаются термостатно-весовой, а также органолептический методы. Первый является наиболее точным, а второй, в свою очередь, требует мало времени и не нуждается в специальном оборудовании. Приспособления для определения электрического сопротивления указаны в таблице.
Определение электрического сопротивления
В данном случае применяются датчики, которые изготовлены из гипса. В этих датчиках размещено 2 электрода, подключенных непосредственно к счетчику. Электрическое сопротивление материала находится в зависимости от наличия в нем жидкости, что, соответственно, измеряет уровень увлажнения земли. В грунте проделывают отверстия до нужной глубины с последующим размещением в них датчиков. Важным является близкий контакт между чувствительным элементом, а также землей (это необходимый фактор для всех влагомеров).
Современные виды датчиков применяют грануловидный материал, окружающий специальную мембрану и перфорированные крышки, которые произведены из стали либо ПВХ. Таким образом достигается более долгий период эксплуатации датчиков, быстрейший отклик, а также точнейшие измерения. Эти датчики допустимо применять в системах полива, которые контролируются автоматически. Приборы для определения влаги, оборудованные диэлектрическими зондами, указаны в таблице.
Измерения с применением диэлектрических зондов TDR и EDR
Определение показателей увлажненности земли при помощи этого способа осуществляется посредством исчисления диэлектрической среды, зависящей от увлажненности грунта. Проверка наличия влаги в земле провоцирует смену ее диэлектрической постоянной, а это дает возможность вымерять соотношение между данными параметрами. Достоинством этого вида датчика является способность передавать измерения без участия проводов.
На сегодняшний день представлены также приспособления, зонды которых постоянно находятся в трубе на необходимой глубине. Показания в этом случае снимаются автоматически, а потом передаются наблюдателю. Соответственно, и цена данных приборов на порядок выше. Приборы для измерения при помощи почвенных тензиометров указаны в таблице.
| Название | Описание |
| Комплект тензиометров Thetaprobe | Многофункциональное приспособление, применяемое для разнообразных исследований с тензиометрами разных видов на глубине до 90 сантиметров |
| Тензиометр DCAT 11 компании DataPhysics Instruments GmbH | Измеряет поверхностное, а также межфазное натяжение жидкостей |
| Тензиометры BPA – 2S | Дает возможность определять динамическое поверхностное натяжение |
Метод тензиометра для измерения влажности
Тензиометр состоит из керамического фильтра, пластиковой трубы и вакуумного манометра, непосредственно после заполнения водой который опускают в землю для исчисления давления. Жидкость передвигается по керамическому элементу, что вызывает смену давления в трубе, а также изменения показаний счетчика. После процедуры гидратации либо осадков в земле вода не попадает в трубку, до момента смещения потенциалов между грунтом и тензиометром. Приспособления представляют собой трубки, доступные для приобретения, разной длины для исчисления показателей влаги в земле на разнообразных глубинах.
Приборы применяются, как правило, для определения начала, а также конца полива. Их предпочтительнее размещать на разные глубины, к примеру 20 или 40 сантиметров. Исходя из результатов исследования прибора, возможно измерить период начала полива (основываясь на данных устройства, размещенного близко к поверхности), а также время конца орошения (согласно показаниям приспособления, находящегося глубже).
Как повысить увлажненность грунта
Для увеличения влажности, например в теплице, следует производить опрыскивание культур, дорожек, тепловых приборов, а также стеклянного потолка и увеличить количество орошений. Помимо шлангового полива, на сегодняшний день в хозяйствах используется: дождевание, подпочвенное орошение и капельный полив. Наиболее популярный вид – это дождевание, в данном случае одновременно поливаются растения, понижается температура листвы, а также испарения, ликвидируется перегрев культур.
Совет #2. Для уменьшения уровня увлажненности земли в тепличной конструкции следует осуществить вентиляцию, поднять температурные показатели воздуха, урезать количество и объем поливов .
Влияет ли регион на увлажненность грунта
Нормы орошений исчисляются в литрах на метр квадратный либо в кубометрах на один га.
Для Подмосковья характерны подзолистые, дерново-подзолистые почвы, серые лесные, черноземы. Для территории Урала – глинистые, песчаные и подзолистые. В Сибири распространены подзолистые почвы. В Поволжье – черноземы и подзолистые, а в Ленинградской области зачастую встречаются подзолистые грунты.
Как рассчитать оптимальный период и размер полива
Множество проведенных исследований указывают на то, что самыми оптимальными показателями потребности растительного организма в воде можно назвать физиологическое состояние данного растения, сосущая сила листвы, концентрация и осмотическое давление клеточного сока и пр.:
- зачастую практикуется для определения поливных сроков визуальный способ, то есть по внешним признакам;
- следующий ориентировочный метод – это измерение увлажненности грунта на ощупь;
- примерные нормы орошения возможно определить при помощи суммарной радиации. Последняя в данном случае измеряется в периодах между процедурами полива.
Схема полива для разной влажности грунта
В знойную и солнечную погоду рекомендуется осуществлять частые, а также обильные орошения, в прохладное время и в зимний сезон поливы уменьшаются.
Влажность земли относится к главным факторам плодородия. Рассмотрим главные требования к орошению грунта на различных этапах культивации овощных, а также плодовых культур:
- умеренный полив – нельзя допускать переувлажнения, а также полного высыхания грунта;
- опрыскивание листы во время цветения – обильный полив осуществляется в летнее время, после окончания цветения в период покоя растения проводится редко;
- опрыскивание в теплые сезоны – земле летом требуется обильный полив, уменьшаемый в холодное время.
Ответы на распространенные вопросы
Вопрос №1. Как определить, достаточно ли в земле влаги?
Нужно взять в руку немного земли и сжать ее, если влага между пальцев не проступила, раскройте ладонь. Комок почвы не распался – это означает, что уровень влажности удовлетворительный.
Норма применяемого полива находится в зависимости от сезона, растения, возраста культуры, степени освещения, а также водно-физических особенностей грунта.
Вопрос №2. Как можно повысить влажность почвы в тепличной конструкции?
В данном случае необходимо увеличить полив, немного понизить температуру, а также осуществлять опрыскивание растений, почвы и дорожек водой.
Вопрос №3. В какой период роста растений им необходимо наибольшее количество влаги?
Во время вегетации растительные организмы больше всего нуждаются в интенсивном поливе.
Вопрос №4. Какой метод измерения влажности грунта является оптимальным?
Наиболее простыми и популярными являются термостатно-весовой, а также органолептический методы.
Ошибки садоводов, приводящие к заболачиванию почвы
- Основная оплошность заключается в неотрегулированном орошении земель.
- Еще следует отметить отсутствие известкования и корректной подкормки почв, подверженных заболачиванию.
- Также садоводы зачастую забывают об организации дренажной системы. Все это в целом негативно сказывается на качестве грунта.
Как таковые понятия нехватки влаги либо переувлажнения довольно относительны. Повышенная влажность грунта в сочетании с масштабными минеральными подкормками, а также благоприятными показателями температуры активирует интенсивный фотосинтез, стремительный рост культур и увеличение общей биомассы. Соответственно, при уменьшении температуры аналогичное увеличенное увлажнение влияет уже негативно. Как видим, такой параметр, как влажность почвы очень важен в процессе выращивания любой культуры на различных типах грунтов и в различных климатических широтах.
Изобретение относится к почвоведению, мелиорации и земледелию. На поле, где запланированы наблюдения за влажностью почвы, предварительно, однократно, в начале вегетации растений определяют плотность почвы с ненарушенным сложением общеизвестным методом с помощью режущего кольца или цилиндра, после чего в течение всего вегетационного периода, по мере необходимости, буром, позволяющим отбирать почву с ненарушенным сложением, по горизонтам берут образцы определенного объема и взвешивают их на технических весах, прямо в поле и без сушки образца в термостате (сушильном шкафу) определяют влажность почвы как разность плотностей почв с ненарушенным сложением во влажном и сухом состоянии, отнесенную к плотности почвы с ненарушенным сложением и выраженную в процентах от массы сухой почвы. Достигается упрощение, ускорение и повышение оперативности определения. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к почвоведению, мелиорации и земледелию и может быть использовано для оперативного определения влажности почвы, назначения сроков проведения очередных вегетационных поливов всех сельскохозяйственных культур, как в открытом грунте, так и в теплицах.
Известно несколько способов (методов) определения влажности почвы и назначения сроков проведения очередных вегетационных поливов сельскохозяйственных культур, которые можно объединить в следующие группы:
Весовой (термостатно-весовой), основанный на высушивании и взвешивании образцов почвы;
Тензометрический, основанный на измерении напряжения почвенной влаги поверхностными силами, возникающими на границе фаз;
Радиоактивный, в основу которого положено изменение интенсивности радиоактивного излучения помещенных в почву источников радиации при взаимодействии с молекулами воды или атомами водорода;
Электрический, при котором измеряются электрическое сопротивление, проводимость, емкость и индуктивность почвы, зависящие от ее влажности;
Оптический, при котором измеряется степень поглощения или отражения лучевой энергии, зависящие от влажности объекта;
Экспресс-методы: по состоянию растений, морфологическим признакам, физиологическим показателям, органолептическим признакам почвы, по которым определяют обеспеченность растений почвенной влагой и степень ее влажности (Плюснин И.И., Голованов А.И. Мелиоративное почвоведение/ Под ред. А.И.Голованова. - М.: Колос, 1983. - С.61-62; Доспехов Б.А., Васильев И.П., Туликов A.M. Практикум по земледелию/ Учебник для вузов// 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Агропроиздат, 1987. - С.58-60; Практикум по почвоведению/ Под ред. И.С.Кауричева. - 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1986. - С.97-98; Пиуновский Б.А. Практикум по мелиоративному земледелию. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1986. - С.46-54; Долгов С.И. Агрофизические методы исследования почв. - М.: Наука, 1966. - С.9-227; Вериго С.А., Разумова. Л.А. Почвенная влага. - Л.: Гидрометеоиздат, 1973. - 328 с.; Роде А.А. Основы учения о почвенной влаге. - T.1. Водные свойства почв и передвижение почвенной влаги. Т.2. Методы определения водного режима почв. - Л.: Гидрометеоиздат, 1965, 1969. - 663 с. и 287 с.; Открытия, изобретения, промышленные образцы и товарные знаки. G01N 5/02 а.с. №1196737, G01N 75/56 а.с. №898308, G01N 5/00 а.с. №1101718, G01N 22/04 а.с. №1101722, G01N 25/56 а.с. №1173283, G01N 23/24 а.с №693184, G01N 23/00 а.с №53/466, G01N 21/80 а.с. 1109610, G01J 1/04 а.с 811084, G01N 21/86 а.с №813209.
Недостатками известных способов определения влажности почвы и сроков проведения вегетационных поливов является значительная трудоемкость, энергоемкость и продолжительность процесса во времени, необходимость применения большого количества лабораторного оборудования, электрических и радиационных и других приборов, достаточно опасных для здоровья обслуживающего персонала и окружающих людей. Ряд способов определения влажности почвы характеризуется низкой точностью, недостаточной для их практического применения.
Наиболее близким техническим решением определения влажности почвы и сроков проведения вегетационных поливов являются весовой способ (термостатно-весовой), при котором пробы почвы для определения влажности почвы в поле берут специальным игольчатым буром, из которого почву перекладывают в предварительно взвешенный стаканчик и закрывают крышкой. В лаборатории влажную почву в стаканчиках взвешивают на технических весах и сушат в сушильном шкафу при температуре 105°С, в течение 12-14 часов до постоянного веса, контролируя его на весах с точностью до 0,01 г. Взвешивание стаканчиков с сухой почвой осуществляют через 6 часов и далее через 8, 10, 12, 14 часов после начала сушки, до постоянного веса. Время сушки зависит от влажности почвы и температурного режима в сушильном шкафу. Расхождения в массе стаканчика с сухой почвой при очередном взвешивании не должны превышать 0.05 г.
Влажность почвы определяют по формуле:
где β в - искомая влажность, % от массы сухой почвы;
В - масса пустого алюминиевого стаканчика, г;
В1 - масса стаканчика с влажной почвой до сушки, г;
В2 - масса стаканчика с сухой почвой после сушки, г.
(Доспехов Б.А., Васильев И.П., Туликов A.M. Практикум по земледелию/Учебник для вузов//2-е изд. перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1987. - С.57-58).
Недостатком данного способа определения влажности почвы являются значительные затраты труда, времени и электроэнергии, что связано с многократным взвешиванием образца почвы и ее продолжительной сушкой в сушильном шкафу в течение 12-14 часов до постоянного веса.
Техническим результатом, достигаемым изобретением, является упрощение способа определения влажности почвы, снижение затрат труда, времени и электроэнергии и возможность его оперативного применения в полевых условиях.
Результат достигается тем, что на поле, где запланированы наблюдения за влажностью почвы, предварительно в начале вегетации растений определяют плотность сухой почвы с ненарушенным сложением общеизвестным методом, отбором влажных образцов с помощью режущего кольца или цилиндра, их взвешиванием и сушкой в термостате, после чего в течение всего вегетационного периода, по мере необходимости, буром, позволяющим отбирать почву с ненарушенным сложением по горизонтам, берут образцы влажной почвы определенного объема и взвешивают их на технических весах, прямо в поле и без сушки образца в термостате (сушильном шкафу) определяют влажность почвы, как разность плотностей почвы с ненарушенным сложением во влажном и сухом состоянии, отнесенную к плотности сухой почвы с ненарушенным сложением и выраженную в процентах от массы сухой почвы.
Способ определения влажности почвы заключается в том, что на поле, где запланированы наблюдения за влажностью почвы предварительно в начале вегетационного периода, определяют плотность сухой почвы с ненарушенным сложением общеизвестным методом, отбором влажных образцов с помощью режущего кольца или цилиндра с последующим взвешиванием и сушкой в термостате. После этого в течение всего вегетационного периода по мере необходимости ежедневно, подекадно, до и после выпадения осадков и проведения поливов по горизонтам отбирают образцы влажной почвы определенного объема. Отбор проб на влажность производят буром Неговелова, буром-цилиндром ТСХА или любым другим буром, позволяющим отбирать образцы почвы с ненарушенным сложением. Эти устройства позволяют отбирать пробы влажной почвы с ненарушенным сложением определенного объема. Отобранные образцы влажной почвы прямо в поле взвешивают на технических весах с точностью до 10 мг и без сушки в термостате (сушильном шкафу) определяют влажность почвы. Она находится как разность плотностей почвы с ненарушенным сложением во влажном и сухом состояниях отнесенная к плотности сухой почвы с ненарушенным сложением, выраженная в процентах к массе сухой почвы по формуле:
где βв - влажность почвы, % массы сухой почвы
p - масса образца влажной почвы, г;
v - объем образца влажной почвы, соответствующий объему бура, см 3 ;
dv - плотность сухой почвы с ненарушенным сложением, г/см 3 .
Исследования, проведенные в лаборатории кафедры «Мелиорация почв» «НГМА», показали достаточную степень сходимости результатов определения влажности почвы, эталонным термостатно-весовым и новым способами (таблица 1). Исследования проводились в четырехкратной повторности с двумя горизонтами 0-20 и 20-40 см, которые имели плотность сухой почвы с ненарушенным сложением соответственно 1.15 и 1.30 г/см 3 . При доверительной вероятности 95% точность опыта оказалась достаточно высокой и составила 0.69%, а наименьшая существенная разность между вариантами оказалась равной 0.58% м.с.п. В соответствии с этим погрешность опыта оказалась несущественной и между вариантами составила 0.26-0.27% м.с.п. Следовательно, точность определения влажности почвы новым способом достигает 99%, относительная ошибка составляет не более 1%. Это позволяет использовать новый способ определения влажности почвы для практических целей в области мелиорации, орошаемого земледелия и растениеводства для наблюдения за динамикой влажности почвы, в водобалансовых исследованиях и при назначении сроков проведения вегетационных поливов.
| Таблица 1 | |||
| Влияние различных способов на точность определения влажности почвы | |||
| Варианты опыта | Влажность, βв % м.с.п. | Погрешность, % м.с.п. | Относительная ошибка, % |
| Плотность почвы с ненарушенным сложением 1.15 г/см 3 . Термостатно-весовой способ | 27.50 | - | - |
| Плотность почвы с ненарушенным сложением 1.15 г/см 3 . Новый способ | 27.23 | 0.27 | 1.00 |
| Плотность почвы с ненарушенным сложением 1.30 г/см 3 . Термостатно-весовой способ | 27.81 | - | - |
| Плотность почвы с ненарушенным сложением 1.30 г/см 3 . Новый способ | 27.55 | 0.26 | 0.99 |
| Точность опыта, m % | 0.69 | - | - |
| Наименьшая существенная разность, НСР 095, % м.с.п. | - | 0.58 | - |
Новый ускоренный способ определения влажности почвы значительно уменьшает затраты времени, труда и электроэнергии при его применении в сравнении с эталоном. При определении влажности этим способом отсутствует сушка влажного образца в термостате, на что уходит не менее 12-14 часов и расходуется значительное количество электроэнергии, примерно 15-20 кв.час. Отсутствует необходимость многократного взвешивания образца высушенной почвы. Главным достоинством нового способа определения влажности почвы является возможность оперативного определения влажности почвы непосредственно на поле, без использования громоздкого лабораторного оборудования.
1. Способ определения влажности почвы, включающий отбор проб для анализа, их взвешивание, отличающийся тем, что на поле, где запланированы наблюдения за влажностью почвы, предварительно однократно в начале вегетации растений определяют плотность сухой почвы с ненарушенным сложением общеизвестным методом, отбором влажных образцов с помощью режущего кольца или цилиндра с последующим взвешиванием и сушкой в термостате, после чего в течение всего вегетационного периода, по мере необходимости, буром, позволяющим отбирать почву с ненарушенным сложением, по горизонтам отбирают образцы влажной почвы определенного объема и взвешивают на технических весах, прямо в поле и без сушки образца в термостате (сушильном шкафу) определяют влажность почвы как разность плотностей почвы с ненарушенным сложением во влажном и сухом состоянии, отнесенную к плотности сухой почвы с ненарушенным сложением и выраженную в процентах от массы сухой почвы.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что образцы влажной почвы с ненарушенным сложением для определения влажности почвы можно отбирать буром Неговелова или буром-цилиндром ТСХА.
1.2; 2.1.2; 2.2; 3.1.2; 3.2
1.2; 2.2; 3.2; приложение 1
1.2; 2.2; 3.2
6. Ограничение срока действия снято по протоколу N 4-93 Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 4-94)
7. ПЕРЕИЗДАНИЕ. Декабрь 2005 г.
Настоящий стандарт распространяется на некаменистые почвы, т.е. почвы, в которых массовая доля частиц крупнее 3 мм не превышает 0,5%, и устанавливает методы определения влажности, максимальной гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений.
1. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ПОЧВЫ
Сущность метода заключается в определении потери влаги при высушивании почвы.
влажности | |||||||
1.1. Метод отбора проб
1.1.1. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение почвенных проб - по ГОСТ 17.4.3.01 , ГОСТ 17.4.4.02 , ГОСТ 12071 , для агрохимических исследований - по ГОСТ 28168 .
1.1.2. Пробу, поступившую на анализ, тщательно перемешивают. Методом квартования из нее отбирают две аналитические пробы массой 15-50 г каждая (чем ниже влажность, тем больше масса пробы).
1.2. Аппаратура, материалы и реактивы
Весы лабораторные 4-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 100 г по ГОСТ 24104 *.
________________
ГОСТ 24104-2001 (здесь и далее).
Гири аналитические 2-го класса точности по ГОСТ 7328 *.
________________
* С 1 июля 2002 г. введен в действие ГОСТ 7328-2001 .
Стаканчики весовые алюминиевые с крышками ВС-1.
Щипцы тигельные.
Эксикатор исполнения 2 по ГОСТ 25336 со вставкой исполнения 1 по ГОСТ 9147 .
Шпатель по ГОСТ 9147 .
Часовое стекло.
Карандаш восковой.
Вазелин технический.
1.3. Подготовка к анализу
1.3.1. Подготовку весов, сушильного шкафа, весовых стаканчиков и эксикатора выполняют согласно приложению 1.
1.3.2. Чистые пронумерованные стаканчики ВС-1 сушат в шкафу при температуре (105±2)°С в течение 1 ч, вынимают из шкафа, охлаждают в эксикаторе с хлористым кальцием и взвешивают с погрешностью не более 0,1 г.
1.4. Проведение анализа
1.4.1. Аналитические почвенные пробы помещают в пронумерованные, высушенные и взвешенные стаканчики и закрывают их крышками.
1.4.2. Стаканчики и почву в стаканчиках взвешивают с погрешностью не более 0,1 г.
1.4.3. Стаканчики открывают и вместе с крышками помещают в нагретый сушильный шкаф.
Почву высушивают до постоянной массы при температуре:
(105±2)°С - все почвы, за исключением загипсованных;
(80±2)°С - загипсованные почвы.
Время высушивания до первого взвешивания:
незагипсованных почв: песчаных - 3 ч, других - 5 ч;
загипсованных почв - 8 ч.
Время последующего высушивания:
песчаных почв - 1 ч;
других почв, в том числе загипсованных - 2 ч.
1.4.4. После каждого высушивания стаканчики с почвой закрывают крышками, охлаждают в эксикаторе с хлористым кальцием и взвешивают с погрешностью не более 0,1 г. Если взвешивание производят не позднее 30 мин после высушивания, можно охлаждать закрытые стаканчики на открытом воздухе без эксикатора. Высушивания и взвешивания прекращают, если разность между повторными взвешиваниями не превышает 0,2 г. Почвы с высоким содержанием органического вещества могут при повторных взвешиваниях иметь большую массу, чем при предыдущих, из-за окисления органического вещества при высушивании. В таких случаях для расчетов следует брать наименьшую массу.
1.5. Обработка результатов
1.5.1. Массовое отношение влаги в почве () в процентах вычисляют по формуле
где - масса влажной почвы со стаканчиком и крышкой, г;
- масса высушенной почвы со стаканчиком и крышкой, г;
- масса пустого стаканчика с крышкой, г.
За результат анализа принимают среднее арифметическое значение результатов двух параллельных определений. Вычисления проводят до второго десятичного знака с последующим округлением результата до первого десятичного знака.
1.5.2. Допускаемые относительные отклонения результатов параллельных определений от их среднего арифметического при доверительной вероятности =0,95 составляют, % от измеряемой величины:
влажности | |||||||
2. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ГИГРОСКОПИЧЕСКОЙ ВЛАЖНОСТИ ПОЧВЫ
Сущность метода заключается в насыщении почвы парообразной влагой с последующим определением влажности почвы.
Предельное значение суммарной относительной погрешности метода при доверительной вероятности =0,95 составляет, % от измеряемой величины:
максимальной | гигроскопической | влажности | |||||||
2.1. Метод отбора проб
2.1.1. Отбор проб - по п.1.1.1.
2.1.2. Из пробы, поступившей на анализ, пинцетом удаляют крупные растительные остатки (стебли, дернина, крупные корни и т.д.). Почву высушивают на открытом воздухе до воздушно-сухого состояния, измельчают вручную в ступке по ГОСТ 9147 пестиком с резиновым наконечником. Минеральную почву допускается измельчать на специальных мельницах.
2.1.3. Измельченную почву просеивают через сито по НТД:
минеральную через сито с отверстиями диаметром 1 мм, торфяную - 2 мм.
2.1.4. Из измельченной и просеянной почвы методом квартования отбирают две аналитические пробы массой 5-15 г каждая.
2.2. Аппаратура, материалы и реактивы
Шкаф сушильный с регулятором температуры от 80 до 105°С с погрешностью регулирования до 2°С.
ГОСТ 24104 .
Эксикатор исполнения 2 по ГОСТ 25336 со вставкой исполнения 1 по ГОСТ 9147 .
Стаканчики стеклянные для взвешивания с крышками типа СН по ГОСТ 25336 .
Калька или пергаментная бумага, полиэтиленовая пленка.
Вазелин технический.
Калий сернокислый по ГОСТ 4145 , ч.д.а.
Вода дистиллированная по ГОСТ 6709 .
Кальций хлористый технический.
2.3. Подготовка к анализу
2.3.1. Подготовка эксикатора с насыщенным раствором сернокислого калия
В эксикатор заливают дистиллированную воду, подогретую до (40±5)°С, слоем, равным высоты от дна эксикатора до фарфоровой вставки. Насыпают и растворяют при перемешивании сернокислый калий, пока на дне эксикатора не появятся нерастворяющиеся кристаллы сернокислого калия.
2.3.2. Подготовка стеклянных стаканчиков с крышками
Чистые пронумерованные стаканчики сушат в шкафу, охлаждают в эксикаторе с хлористым кальцием и взвешивают с погрешностью до 0,001 г.
2.4. Проведение анализа
2.4.1. Аналитические пробы, отобранные по пп.2.1.1-2.1.4, помещают в предварительно пронумерованные, высушенные и взвешенные стаканчики, подбирая диаметр стаканчиков таким образом, чтобы слой почвы в них не превышал 4 мм.
2.4.2. Стаканчики с почвой без крышек помещают в эксикатор с насыщенным раствором сернокислого калия для насыщения почвы парами воды. Крышку эксикатора закрывают герметично, добиваясь зеркального блеска поверхности шлифов, как указано в п.3 приложения 1. Для предотвращения конденсации паров воды при резких колебаниях температуры в помещении эксикатор помещают в теплоинерционную защиту (одеяло, пенопластовая оболочка и др.). Допускается насыщение почвы в вакуумных эксикаторах или в вакуумных шкафах.
2.4.3. Первое взвешивание стаканчиков с почвой производят через 15 суток после начала насыщения. Для этого открывают эксикатор, закрывают стаканчики с почвой крышками и взвешивают их с погрешностью не более 0,001 г. Затем крышки снимают и стаканчики с почвой снова помещают в эксикатор с раствором сернокислого калия для дополнительного насыщения, выполняя требования п.2.4.2.
2.4.4. Повторные взвешивания производят через каждые 5 дней. Насыщение почвы влагой считают законченным, если разность масс при повторных взвешиваниях составляет не более 0,005 г.
2.4.5. После окончания насыщения определяют влажность почвы по п.1.4, но при этом взвешивание производят с погрешностью не более 0,001 г.
2.5. Обработка результатов
2.5.1. Максимальную гигроскопическую влажность в процентах вычисляют по п.1.5.1.
За результат анализа принимают среднее арифметическое значение результатов двух параллельных определений. Вычисление проводят до третьего десятичного знака с последующим округлением результата до второго десятичного знака.
2.5.2. Допускаемые относительные отклонения результатов параллельных определений от их среднего арифметического при доверительной вероятности =0,95 составляют, % от измеряемой величины:
максимальной | гигроскопической | влажности | |||||||
3. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ УСТОЙЧИВОГО ЗАВЯДАНИЯ РАСТЕНИЙ
Сущность метода заключается в выращивании растений методом вегетационных миниатюр, снижении запасов влаги в почве до устойчивой потери листьями растений тургора и определении влажности почвы.
Предельное значение суммарной относительной погрешности метода при доверительной вероятности =0,95 составляет, % от измеряемой величины:
влажности | устойчивого | завядания | ||||||
3.1. Метод отбора проб
3.1.1. Отбор проб - по п.1.1.1. Подготовка пробы - по п.2.1.2.
3.1.2. Почву измельчают вручную в ступке по ГОСТ 9147 пестиком с резиновым наконечником и просеивают через сито по ГОСТ 214 с отверстиями диаметром 3 мм.
3.1.3. В просеянной почве определяют влажность в процентах по пп.1.1.2-1.5.2.
3.1.4. Методом квартования отбирают две пробы почвы. Массу пробы влажной почвы () в граммах вычисляют по формуле
где - влажность почвы, %.
3.2. Aппаратура, материалы и реактивы
Стаканы стеклянные вместимостью 200 см, типа В, исполнения 1 или 2 по ГОСТ 25336 .
Установка дневного света, обеспечивающая освещенность площадки 5000 лк.
Психрометр аспирационный.
Кювета с крупнозернистым песком.
Цилиндры мерные вместимостью 100 и 250 см по ГОСТ 1770 .
Эксикатор исполнения 2 по ГОСТ 25336 со вставкой исполнения 1 по ГОСТ 9147 .
Весы лабораторные 2-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 200 г по ГОСТ 24104 .
Калька или полиэтиленовая пленка.
Аммоний фосфорнокислый однозамещенный по ГОСТ 3771 , ч.д.а.
Аммоний азотнокислый по ГОСТ 22867 , ч.д.а.
Калий азотнокислый по ГОСТ 4217 , ч.д.а.
Вода дистиллированная по ГОСТ 6709 .
3.3. Подготовка к анализу
3.3.1. Готовят раствор питательной смеси из расчета 50 см на один стакан. Приготовление питательной смеси осуществляется растворением в 5 дм воды следующих солей:
аммония фосфорнокислого однозамещенного - 2,03 г;
аммония азотнокислого - 3,88 г;
калия азотнокислого - 2,68 г.
3.3.2. Из кальки вырезают кружки по размеру стакана для предохранения от испарения с поверхности почвы.
3.3.3. Отбирают для посева семена ячменя, овса или хлопчатника с всхожестью не менее 95% (семена 1-го класса по ГОСТ 10469 *, ГОСТ 10470 *, ГОСТ 5895). В районах хлопкосеяния для выращивания используют семена хлопчатника, во всех остальных - ячменя или овса.
________________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 52325-2005 .
3.3.4. Для проращивания семян берут кювету, заполненную обильно увлажненным песком. Увлажнение песка производят до такой степени, чтобы при наклоне кюветы на поверхности выступала вода. Семена укладывают равномерно, накрывая листом бумаги, и ставят в помещение с температурой (20±2)°С. Допускаются способы проращивания семян, установленные ГОСТ 12038 . Ход прорастания семян контролируют ежедневно.
3.4. Проведение анализа
3.4.1. Почву, отобранную для анализа по п.3.1.4, засыпают в стеклянные стаканы вместимостью 200 см. Легким постукиванием дна стакана о поверхность стола или шпателя о стенки стакана добиваются уплотнения почвы до объема 150 см. Если уровень почвы при засыпании ее в стакан ниже черты, анализ проводят без уплотнения.
3.4.2. Выращивание растений производят при увлажнении, близком к оптимальному, что соответствует следующим значениям влажности почвы:
песок, супесь - 10-15%;
легкий, средний суглинок - 15-25%;
тяжелый суглинок, глина - 25-35%.
Механический состав почвы определяют по данным лабораторного анализа; допускается визуальное определение по методике, приведенной в приложении 2.
Массу воды () в граммах, необходимую для достижения этого уровня увлажнения, вычисляют по формуле
где - оптимальная влажность почвы, соответствующая указанным интервалам и механическому составу почвы, %;
- влажность почвы, определенная по п.3.1.3, %.
Полив почвы до заданного уровня осуществляют сначала питательной смесью по 50 см на стакан, а затем чистой водой и контролируют по массе стакана с почвой. Взвешивание производят с погрешностью до 0,1 г.
3.4.3. Наклюнувшиеся семена с проросшим корешком длиной не более половины зерна выбирают пинцетом и высаживают в увлажненную почву по 5 шт. на один стакан. Семена высаживают в предварительно сделанные пинцетом лунки на глубину около 0,5 см, закрывая почвой. После посадки семян стаканы закрывают листом плотной бумаги для предотвращения быстрого высыхания поверхности почвы.
3.4.4. При появлении всходов бумагу снимают и помещают растения в стаканах под установку искусственного освещения с интенсивностью освещения (5000±500) лк. В центре установки на уровне травостоя помещают аспирационный психрометр. Растения выращивают при комнатной температуре и продолжительности освещения 16 ч в сутки.
3.4.5. Ежедневно производят контрольные взвешивания стаканов с погрешностью до 0,1 г. Когда влагозапасы в почве снизятся до нижнего предела оптимального увлажнения, соответствующего (75±5)% от оптимальной влажности, производят полив водой до оптимальной влажности, контролируя его взвешиванием с погрешностью до 0,1 г.
3.4.6. После появления первого (у хлопчатника первого настоящего) листа два растения из пяти удаляют, оставляя три наиболее развитых.
3.4.7. Ежедневно утром и в полуденные часы производят наблюдения за состоянием растений. Когда третий лист ячменя или овса разовьется до уровня второго, а у хлопчатника наступит фаза развертывания третьего настоящего листа, в заготовленных по размеру стакана кружках из кальки прорезают отверстия, в которые вставляют растения, а кружки из кальки укладывают на поверхность почвы так, чтобы края кальки не касались ростков. После этого на кружки насыпают песок ровным слоем толщиной не менее 2 см.
3.4.8. После засыпания кружков песком прекращают контрольные взвешивания и полив. Как только во время наблюдения будут замечены растения, у которых на всех листьях снижен тургор, их переставляют в эксикатор, где влажность воздуха близка к насыщению. Эксикатор помещают на ночь в теплоинерционную защиту из вспомогательных средств (одеяло, пенопластовая оболочка и др.) для предотвращения резких колебаний температуры и конденсации паров воды внутри эксикатора. Если к утру растение восстановило тургор хотя бы на одном листе, стакан возвращают под установку искусственного освещения. Если к утру тургор не восстановился ни на одном листе, то почва в этом стакане достигла влажности устойчивого завядания и стакан в тот же день разбирают.
3.4.9. Растения срезают. Удаляют песок, кальку и верхние 2 см почвы. Оставшуюся почву освобождают от корней и определяют влажность почвы по разд.1, которая является влажностью устойчивого завядания растений.
3.5. Обработка результатов
3.5.1. Влажность устойчивого завядания растений () в процентах вычисляют по формуле п.1.5.1.
За результат анализа принимают среднее арифметическое результатов четырех параллельных определений. Результат вычисляют в процентах до второго десятичного знака с последующим округлением до первого десятичного знака.
3.5.2. Допускаемые относительные отклонения результатов параллельных определений от их среднего арифметического при доверительной вероятности =0,95 составляют, % от измеряемой величины:
влажности | устойчивого | завядания | ||||||
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (справочное). ПОДГОТОВКА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ПОЧВЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Справочное
1. Установка и регулировка весов
Лабораторные весы 4-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 100 г по ГОСТ 24104 устанавливают по уровню, затем устанавливают начало шкалы, соответствующее 0,0 г. Правильность установки весов и их регулирования проверяют гирями 2-го класса точности. Начало шкалы, середина шкалы, соответствующая 50,0 г, и конец шкалы, соответствующий 100,0 г, должны совпадать с указанными делениями шкалы с погрешностью не более 0,1 г. При несовпадении, превышающем 0,1 г, регулировочными винтами добиваются необходимого совпадения. Весы позволяют работать в интервалах 0-100, 100-200, 200-300, 300-400 и 400-500 г. Указанные требования должны выполняться в каждом из этих интервалов.
2. Установка и регулировка сушильного шкафа
Сушильный шкаф включают в электросеть, регулировочным устройством задают нужную температуру в соответствии с п.1.4.3 настоящего стандарта и выдерживают в рабочем состоянии 1 ч. Правильно отрегулированный шкаф поддерживает заданную температуру с погрешностью не более 2°С во всех точках рабочей камеры.
3. Подготовка эксикатора
Чистый сухой эксикатор заполняют прокаленным хлористым кальцием. Прокаливание производят в сковороде или другой аналогичной посуде на газовой горелке или электрической плитке до прекращения выделения влаги. Выделение влаги контролируется визуально по запотеванию часового стекла, которое в течение 3-5 с держат тигельными щипцами над прокаливаемым хлористым кальцием.
Прокаленным хлористым кальцием заполняют 2/3 объема нижней части эксикатора под фарфоровой вставкой. Шлифы эксикатора смазывают техническим вазелином до зеркального блеска. На боковой стенке эксикатора снаружи восковым карандашом ставят дату прокаливания.
Периодически, по мере насыщения хлористого кальция влагой, прокаливание повторяют вновь. Насыщение реактива влагой определяют визуально по характерному заплыванию граней, а также по увеличению массы стаканчика с почвой, стоявшего в закрытом эксикаторе.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (справочное). ВИЗУАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Справочное
Берут 3-4 г почвы и увлажняют до состояния густой пасты. Вода при этом из почвы не отжимается. Хорошо размятую и перемешанную в руках почву раскатывают на ладони в шнур толщиной около 3 мм, затем сворачивают его в кольцо диаметром примерно 3 см.
В зависимости от механического состава почвы шнур при скатывании принимает различный вид:
шнур не образуется | Песок; | |||
зачатки шнура | Супесь; | |||
шнур, дробящийся при скатывании | Легкий суглинок; | |||
шнур сплошной, кольцо, распадающееся при свертывании | Средний суглинок; | |||
шнур сплошной, кольцо с трещинами | Тяжелый суглинок; | |||
шнур сплошной, кольцо стойкое | ||||
Электронный текст документа
подготовлен АО "Кодекс" и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2006
Страница 2 из 6
Тема 2. Методы определения влажности почвы
Задание. Знать методы определения влажности почвы, уметь пользоваться оборудованием и приборами при определении влажности.
Вода участвует во всех почвенных процессах, она является незаменимым фактором жизни растения. Рост и развитие растения находится в тесной связи с влажностью почвы. Влажность почвы характеризуется содержанием влаги в ней, ее выражают в процентах к массе сухой почвы, в процентах к обьему почвы, в процентах к полевой влагоемкости. В зависимости от целей и задач влажность почвы определяют по отдельным частям пахотного слоя, на глубину расположения корневой системы, на глубину одного – двух, а иногда трех метров. Для определения влажности почвы применяются следующие методы:
2.1. Термостатно-весовой метод определения влажности почвы. Пробы почвы для определения влажности берут в полевых условиях специальным почвенным буром, погружая его с помощью специальных меток на штанге на заданную глубину. Повторность отбора почвенных проб 4 - 6-кратная.
Образцы почвы массой 20 - 90 г, извлеченные с помощью бура, помещают в бюксы с плотно закрывающимися крышками. Бюксы доставляют в лабораторию и взвешивают на технических или электротехнических весах ВЛТК-500.
Перед взвешиванием бюкс и его крышку тщательно протирают, чтобы очистить от прилипшей почвы, пыли и др. Крышку надевают на дно бюкса, взвешивают, показания весов заносят в заранее подготовленную таблицу.
После этого бюксы помещают в сушильный шкаф, сначала на верхнюю полочку, затем на среднюю и в последнюю очередь на нижнюю. Если в момент такой загрузки сушильного шкафа один из бюксов опрокинется, то его почва не попадет в другие бюксы и не вызовет ошибки в определении влажности.
Почву, богатую органическим веществом, сушат при температуре 105°С до постоянной массы в течение 7 - 8 ч.
И. С. Грабовский предложил видоизмененный весовой метод определения влажности, заключающийся в том, что образцы сушат при температуре 140 - 1500С. Процесс высушивания при этом продолжается 2 - 2,5 ч, что ускоряет проведение анализа. Погрешность определения в сторону завышения показателя составляет всего 0,1 - 0,6 %.
Метод ускоренной сушки при температуре 140 - 150°С, учитывая значительную экономию времени и электрической энергии можно применять для определения влажности малогумусных песчаных, супесчаных и суглинистых почв.
Теплые бюксы с почвой переносят в эксикаторы, на дне которых имеется хлористый кальций. После охлаждения в эксикаторе взвешивают.
Влажность почвы определяют по формуле 1:
Где: В - влажность почвы в % от массы ее в сухом состоянии;
А - масса испарившейся воды, г;
Р - масса сухой почвой, г.
Все данные при определении влажности почвы весовым методом заносятся в таблицу 8, в которой дан пример полного расчета для одного слоя почвы.
Таблица 8
Суммируя показатели влажности почвы, соответствующего слоя всех повторений и разделив сумму на количество определений, находят среднюю влажность данного слоя. Подобным образом поступают и при расчетах средней влажности исследуемого слоя почвы. Полученный результат затем используют при определении запасов влаги в почве или при установлении поливной нормы.
Лабораторно-практические занятия проводят по звеньям, в каждое из которых входят 3-4 человека. С целью развития у студентов умения анализировать экспериментальные данные, образцы почвы при определении влажности следует отбирать на двух-трех различных по увлажнению агрофонах.
2.2. Метод ускоренной сушки. Спиртовой метод определения влажности почвы. Образцы почвы при этом методе высушивают путем спиртового обжига. Метод основан на способности спирта поглощать воду из почвы, а при сгорании испарять ее.
Техника определения влажности почвы, предложенная П. В. Ивановым (1953 г) заключается в следующем. В стандартные алюминиевые бюксы, предварительно взвешенные, помещают ровным слоем 10-15 г исследуемой почвы и взвешивают. Затем в бюксы наливают 4-5 мл спирта, стараясь при этом равномерно смочить почву, и поджигают его. Эту операцию повторяют 2-4 раза, используя 2-3 мл спирта.
После каждого обжига бюксы встряхивают, чтобы более равномерно и быстро высушить почвенный образец. Не следует перемешивать образец спичкой или деревянной палочкой, так как часть почвы остается на этих предметах и точность определения снижается. Из-за недостатка кислорода в бюксе сгорания органического вещества почти не происходит. После последнего обжига спиртом бюксы охлаждают в эксикаторе и взвешивают.
Влажность почвы при спиртовом методе определения вычисляют так же, как и при весовом. Спиртовой метод определения влажности достаточно точен для слабогумусированных почв. Расхождение по сравнению с высушиванием в сушильном шкафу для песчаных и супесчаных почв не превышает ±0,2%. В почвах, богатых органическим веществом, ошибка значительно больше и составляет 1,1-1,2 %.
Спиртовой метод определения влажности почвы может осуществляться и другим способом. Навеску почвы обрабатывают спиртом, крепость которого должна быть не менее 80%. Концентрацию спирта измеряют специальным ареометром до и после, смешивания с почвой (С0-С1). Содержание воды в навеске (А) , вычисляют по формуле:
|
В (С0 – С1) |
|
Где в - масса взятого спирта, г.
Дальнейший расчет производят так же, как и при весовом методе.
Спиртовой метод определения влажности отличается быстротой и не требует сложного оборудования. Для анализа можно использовать этиловый, метиловый, пропиловый и древесный спирты, соблюдая при этом правила техники безопасности.
Спиртовой метод положен в основу изготовления оригинального влагомера карманного типа, с огневой сушкой. Огневой влагомер позволяет сократить время искусственной сушки образцов почвы до 8-10 мин.
Основная ячейка влагомера состоит из металлической пластинки-основания, пластинки для размещения на ней таблетки сухого спирта и полукруглой подставки для почвенного стаканчика. В приборе имеются четыре ячейки для сушки одновременно четырех проб. Кроме того, в комплект прибора входят десять бюксов, весы, складной почвенный бур для взятия почвенных образцов до глубины 60 см и нож для выемки проб из бура.
2.3. Косвенный метод при помощи электровлагомера «Днестр – 1». С помощью прибора «Днестр-1», сконструированного Л. Н. Бабушкиным (1965), определяют влажность почвы в процентах наименьшей влагоемкости без извлечения почвенных образцов.
Принцип действия прибора «Днестр-1» основан на зависимости электродвижущей силы поляризации металлических электродов, возникающей при прохождении постоянного тока, от влажности почвы, с которой они соприкасаются.
Электрощуп «Днестр-1» предназначен для определения влажности почвы с целью диагностики сроков полива на орошаемых участках при температуре почвы от +1 до +50°С. Рабочий диапазон прибора от 25 до 110 % наименьшей влагоемкости.
«Днестр-1» можно применять на удобренных или слабозасоленных почвах (хлоридное засоление до 0,2 %, сульфатное до 0,5 %). Погрешность показаний не более ±5 % наименьшей влагоемкости; время определения - 1 мин.
Конструктивно прибор выполнен в виде двух отдельных частей: измерительного щупа с соединительным шнуром, и источника питания с блоком указателем.
Измерительный щуп состоит из двух металлических электродов, припаянных к плоским токоведущим пружинам, наконечника, и защитного кожуха.
Перед использованием прибора необходимо проверить установку стрелки микроамперметра на нулевую отметку шкалы. Для этого первый тумблер ставят в положение «выкл.», а второй - в положение - «отсчет», вращая с помощью отвертки шлиц корректора микроамперметра, устанавливают стрелку прибора на отметку «0».
Для определения влажности почвы электрощуп соединяют с прибором кабельной вилкой, вдавливают его в почву на требуемую глубину и открывают, для чего, придерживая рукоятку, поднимают скобу с кожухом вверх до упора (рис.1).
Влажности на поправочный коэффициент, который определяют по графику 1. После снятия отсчета опускает кожух щупа, извлекают его из почвы и очищают контакты и стержень. Правила пользования прибором и градуировочная таблица перевода показаний микроамперметра в % НВ при рабочем токе 60 мкА помещены на панели прибора (Приложение 1).
1. График поправочных коэффициентов с учетом температуры почвы.
При работе на сухих почвах (с влажностью ниже 61% НВ) используют рабочий ток 32 или 16 мкА, а при влажности почвы выше 92 % НВ - 100 мкА.
Для пересчета данных в проценты к массе сухой почвы необходимо знать ее наименьшую влагоемкость. Например, наименьшая влагоемкость темно-каштановой, среднесуглинистой почвы равна 20 % от ее массы в сухом состоянии. При определении влажности прибором «Днестр - 1» получили величину, равную 76 % НВ. В данном примере влажность почвы в процентах к ее абсолютно сухой массе находят следующим образом: х =76 20/100= 15,2%.
Данные измерений записываются в таблицу 9.
Таблица 9
Определение влажности почвы
2.4. Определение влажности почвы при помощи тензиометра АМ -20-11 .
Принцип работы прибора. Действие тензиометра основано на способности сосущей силы почвы вызывать понижение давления (разрежение) в замкнутом сосуде, объем воды в котором соединен с почвой через пористый наконечник. Величина разрежения или сосущая сила почвы изменяет положение центра мембраны, представляющей собой чувствительный элемент прибора и одновременно являющийся участком поверхности замкнутого сосуда, содержащего определенный объем воды. Почва, в силу присущих ей свойств, через пористый наконечник начинает всасывать из герметически закрытого объема воду, вследствие чего мембрана тензиометра прогибается внутрь. В прогнувшейся мембране возникают силы упругости, действующие в направлении, противоположном сосущей силы почвы. Когда указанные силы сравняются по своей величине, наступает равновесие, и процесс высасывания воды из тензиометра прекращается. Если сосущая сила почвы уменьшится, то произойдет обратный процесс: под действием преобладающих упругих сил мембраны тензиометр начнет всасывать воду из почвы, и центр мембраны начнет возвращаться к начальному положению. Когда сила упругости мембраны сравняется с сосущей силой почвы, процесс всасывания из почвы прекращается. Таким образом, увеличение и уменьшение сосущей силы почвы полностью характеризуется положением центра мембраны. Величина прогиба центра мембраны измеряется индикатором. После окончания измерения индикатор снимается наблюдателем. Одним съемным индикатором можно обслужить группу тензиометров. Несовпадение показаний тензиометров при установке разных индикаторов может быть в пределах ±0,25 малого деления шкалы индикатора.
Устройство прибора . Тензиометр (рис. 2) Состоит из следующих узлов и деталей: герметичный объем, состоящий из трубки 7, длина которой соответствует
|
Рис 2. Устройство тензиометра. |
Горизонту заглубления тензиометра; чашки 8, размещенной в верхнем конце трубки и снабженной гофрированной мембраной 11; сверху наконечник трубки закрывается герметичной самоцентрирующейся пробкой 10 с резиновой прокладкой 9; сбоку, против гофрированной мембраны, расположены кронштейн 15 со втулкой 14 и гнездом 13, снабженным пружинным фиксатором 12, для установки и фиксирования переносного индикатора; нижняя часть трубки герметично соединена со специальным наконечником 1. Наконечник представляет сабой полупроницаемую перегородку с максимальным диаметром пор 0,9-1,9 мкм. Герметичность соединения наконечника с трубкой обеспечивается уплотнителем, состоящим из пробки 3, гайки 5. шайбы 4 и конуса 2; - нижняя часть трубки 7, которая при установке прибора оказывается в почве, защищена трубкой 6 со специальным зажимом 16. Переносной съемный индикатор 3 (рис; 3) выполнен на базе стандартного инструментального индикатора часового типа. Он оборудован втулкой 4 с фланцем - лыской и остроугольной кольцевой проточкой, куда упирается зуб пружинного фиксатора в тензиометре. На фланце у втулки закреплена возвратная фасонная пружина 1, которая удерживает индикатор от перемещения вдоль оси гнезда. Во фланец завинчивается винт 2, который фиксирует обод шкалы индикатора, 3 – индикатор, с которого считываются показания. |
|
Рис 3. Устройство съемного индикатора |
Подготовка прибора к работе. При получении тензиометра следует ознакомиться с его описанием и проверить наличие комплекта. Во избежание замасливания наконечника тензиометра до момента установки прибора в почву, также как и запасные наконечники, должен быть защищен полиэтиленовым чехлам. Незащищенный наконечник трогать руками и вводить в соприкосновение с другими предметами ВОСПРЕЩАЕТСЯ
ВЛАЖНОСТЬ ПОЧВЫ. УЧИМСЯ ИЗМЕРЯТЬ ВЛАЖНОСТЬ ПОЧВЫ
ВЛАГОЕМКОСТЬ ПОЧВЫ
В статье о засолении почвы мы писали о водных режимах. Их легко понять, но они никак не помогут рассчитать норму поли-ва. Для этого придется познако-миться с понятиями «влажность» и «влагоемкость» почвы.
Но для начала рассмотрим строение почвы. Во-первых, она состоит из твердых частиц и пор. К первым относятся песок, глина, гумус - все, что не является жидкостью или газом. А пустоты, которые находятся между этими твердыми частицами, называются порами. Эти поры заполняются газами (воздухом) или водой. В среднем, оптимальное отношение: 50% твердая фаза к 50% порам. Очень важен и размер этих пор. Самые маленькие поры фор мируют вместе «туннели» для воды - капилляры. Это очень важная часть почвы, так как по капиллярам может подниматься вода из более глубоких горизон тов. Считается, что корневая зона может увлажняться грунтовыми водами, если они находятся на глубине не более 3 м. Тогда влага из этих горизонтов и поднимается вверх по капиллярам. Кроме того, при пересыхании почвы, за счет поверхностных сил, вода может удерживаться в этих сосу дах, не позволяя грунту высохнуть слишком быстро. Влажность почвы - это про-центное соотно-шение всей поч-венной влаги к су-хому грунту. То есть, влажность почвы 20% означает, что на 100 г пол-ностью сухой почвы приходится 20 г влаги (или в 120 г почвы на вашем поле 20 г влаги). Очень важно запомнить, что для вычислений берется именно сухая почва, а не влажная. Например, молоко, жирностью 4% означает, что 4 г жира находится на 100 г цельного молока, а не обезжирен-ного (которого, соответственно, 96 г). Тогда как влажность почвы 4% - это 4 г влаги и 100 г сухой почвы (или 104 г почвы с влаж-ностью 4%).
Влагоемкость почвы - это максимальное количество вла-ги, которое почва может в себе удержать. Различают несколь-ко влагоемкостей: ПВ (полная влагоемкость) - максимальное количество воды, которое может вместиться во всех порах почвы. По сути, это полностью залитое поле. В этом случае количество воздуха в пустотах равняется нулю, такая ситуация на поле крайне нежелательна.
Но самый важный показа-тель - это наименьшая влагоем-кость (НВ), зная значения кото-рой, удобнее всего определять необходимость полива. Это то количество влаги, которое почва способна «активно» удерживать с помощью различных сил (адсо-рбция, химические связи, гидро-коллоиды, капилляры и т.п.). Если проще, то наименьшая влагоем-кость достигается тогда, когда по-сле полного насыщения почвы во-дой стекает лишняя влага, которая почвой активно не удерживается (вода с крупных пор).
Поэтому оптимальную влаж-ность почвы и удобнее выражать в процентах НВ. Этот показатель показывает не только содержание влаги на Вашем участке, но и ее форму. Свободная гравитацион-ная влага недоступна растениям, а только вредит им. Слишком высокая НВ (85% и больше) при-годна для развития растений, но повышает риск развития корневых заболеваний.
Как правило, 100% НВ достига-ется при влажности почвы от 20% (легкие почвы) до 40% (суглини-стые почвы). Другими словами, если у вас супесчаная почва, то оптимальные для большинства культур 75% НВ достигается при влажности почвы 15%, если же тяжелая - вплоть до 30%.
Влагоемкость - достаточно ста-бильный показатель. Если в почве не происходит кардинальных пе-ремен (как, например, с теплич-ным субстратом, где создается интенсивный агрофон, вносятся органические удобрения, торф, мелиоранты), то этот параметр до-статочно измерять раз в несколько лет. Он нужен для того, чтобы пра-вильно использовать результаты измерения влажности почвы.
Например, если НВ 30%, а влаж-ность почвы 21 %, то эту влажность почвы можно выразить как 70% нор-мальной влагоемкости.
Это можно выразить как: чтобы заполнить ящик плодами на 60%, сначала нам нужно узнать емкость этого ящика (узнать НВ грунта). Следующий шаг - нам нужно взве-сить плоды, которые уже находятся в ящике (влажность почвы). При этом в одном и том же виде ящи-ков количество плодов может быть разное (достаточно один раз уз-нать НВ своей почвы, влажность меняется постоянно). И вот, если мы знаем, что в ящике емкостью 10 кг находится 3,5 кг плодов, то он заполнен на 35%, значит, нам нужно доложить 2,5 кг плодов.Подобьем первые итоги. Что-бы научиться поливать расте-ния правильно, необходимо:
Определить способ, кото-рым будет измеряться влаж-ность почвы (однократно);
Измерить плотность, затем НВ своей почвы (однократно);
Измерять влажность своей почвы (регулярно);
Перевести влажность по-чвы в % от НВ.
Следить, чтобы влажность почвы не выходила за опре-деленные рамки. Например, не была ниже 60% НВ и выше 80% НВ. То есть, начинать полив нужно при 60% НВ.
КАК ИЗМЕРЯТЬ ВЛАГОЕМКОСТЬ ГРУНТА?
Наименьшая влагоемкость почвы наблюдается, когда после обильного увлажнения (или зато-пления) вся лишняя влага уходит в глубокие горизонты. Поэтому в полевых условиях этот параметр можно измерять при залегании грунтовых вод глубже 3 м, иначе они будут постоянно насыщать грунт новыми порциями влаги.
Ранней весной, когда почва на-полнена талыми водами, выбирают типичный участок поля (1,5x1,5 м), который накрывают пленкой и со-ломой, чтобы предотвратить испа-рение влаги. На орошаемых землях анализ можно проводить после обильного полива. Существует и третий вариант - создание неболь-шого участка затопления. Для это-го выбранный участок окружается земляными валами (земля берется вдалеке от площадки, чтобы не нарушать рельеф поля), деревян-ными или железными рамами. Для промачивания почвы нужно использовать 200 л воды на ква-дратный метр, если почвы легкие, до 300 - на суглинистых. В том месте, куда будет наливаться вода, нужно положить фанерку, чтобы не размывать грунт струей. Воду нужно вливать порционно, чтобы ее слой был высотой не более 5 см. Следующую порцию подают после того, как предыдущая впитается.
Во всех трех случаях землю накрывают клеенкой и соломой. Через сутки, трое суток, а на суг-линистых почвах и через 10 суток отбирают образцы почвы через каждые 10 см (0-10, 10-20, 20-30...)и измеряют влажность образ-цов. Полученные данные называют НВ1, НВЗ и НВ10 соответственно. На супесчаных грунтах самый оп-тимальный параметр - НВЗ, на тяжелых - НВ10. НВ1 актуален там, где избытки влаги стекут уже в течение суток (содержание песка близкое к 100%, большое количе-ство крупнозернистой фракции).
Показателем наименьшей влагоемкости будет влажность образ-ца. То есть, если на 100 г высушен-ного в термостате грунта в образце придется 27 г воды, значит, 100% НВ соответствует 27% влажности почвы.
ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ПОЧВЫ
Самым точным методом, кото-рый используют и лаборатории, считается термостатно-весовой. Он очень прост и использует все-го три вида оборудования: весы, термостат и бур, который может заменяться лопаткой. Термоста-том может послужить практически любая печь, духовка или котел, и градусник. Минус этого метода очевиден - узнать влажность по-чвы можно только через 2-3 дня с момента отбора пробы, поэтому определить таким образом необ-ходимость полива будет крайне сложно. Но другие методы изме-ряют не влажность почвы, а другие ее свойства, которые зависят от влажности. Так, например, элек-тропроводимость почвы зависит от концентрации почвенного рас-твора (например, анализ с помо-щью прибора TDS-метра). С одной стороны, она выше, если меньше влажность, с другой же - любое внесение удобрений сильно по-влияет на результат исследования.
Определившись, каким образом Вы планируете регулярно измерять влажность почвы, для определения НВ советуется использовать как термостатно-весовой метод, так и выбранный Вами прибор. Таким образом, Вы проведете своего рода калибровку.
Рассмотрим пример. Если плот-ность Вашей почвы будет состав-лять 1,1 г на кубический сантиметр, согласно термостатно-весовому методу НВ почвы будет 30% ее влажности, а согласно оператив-ному методу - 25%, то ошибка измерения составит 165 т воды на га. Поэтому, определяя влажность почвы выбранным прибором, за 100% НВ нужно будет принимать влажность почвы в 25%.
Измерение влажности с помощью электриче ских приборов чаще всего исследует другие свойства почвы: сопротивле-ния, электропроводимости, индук-тивности и т.п.
Самое широкое распростране-ние получили приборы, которые измеряют диэлектричиеские свой-ства почвы. Чаще всего професси-ональный прибор весит несколько сот грамм, оборудованный специ-альным щупом. После «укола» по-чвы щупом, экран прибора пока-зывает ее влажность в процентах (спустя 3-5 секунд).
Существуют и упрощенные вер-сии такого оборудования для част-ного сектора. Прибор, стоимостью в 200-800 гривен может измерять влажность почвы (с точностью до 10%), ее кислотную среду, более дорогие модели - температуру почвы. Стограммовое водства восточных стран даже не всегда показывает цифры, некоторые модели ограничиваются шка-лами, вроде почва «очень сухая» и т.п. Делать большие ставки на такую электронику не стоит - у нее даже не всегда есть возможность калибровки. Существуют в продаже и ми-ни-модули, которые могут быть частью си-стемы для бюджетной си-стемы автоматизации (например, Ardunino).
ТЕНЗИОМЕТРЫ
Метод измерения влажности тензиометром основан на изме-нении давления внутри трубки прибора. Прибор состоит из ва-куумной керамической трубки и вакуумного манометра (прибор для измерения давления).
Перед использованием тензи-ометр заряжается - погружает-ся в воду до полного насыщения керамической трубки. После он размещается в поле (заглубляется в грунт). Советуется использовать два тензиометра, для разной глу-бины (например, для 20 и 40 см). Чем более сухой становится почва, тем сильнее она "вытягивает" воду с вакуумной трубки прибора, в результате чего давление в ней падает. Второй элемент тензиоме-тра - вакуумный манометр изме-ряет это падение. Эти данные уже с помощью специальных таблиц переводят в фактическую влаж-ность почвы.
Так как прибор фиксирует падение давления, то стрелка отклоняется в минусовую сторону (ниже нуля).Чем дальше она отходит от нулевой отметки, тем ниже влажность почвы. Без таблиц использовать данные прибора нельзя,так как при полной влаго емкости стрелка может показывать от - 10 сантибар (примечание: сантибар - 0,01 бар) на тяжелых почвах до - 40 сантибар на легких, Нужно учитывать и влияние других факторов, в том числе, температуры почвы.
ТАК СКОЛЬКО ЖЕ ПОЛИВАТЬ?
Последнее, что нам нужно сде-лать - рассчитать норму полива. Для этого можно использовать приборы, которые есть в наличии (поливать до тех пор, пока прибор не зафиксирует нужную нам влажность почвы) или рассчитывать норму математическим методом.
Тут все немного сложнее. Первое, что нам нужно узнать - удельный вес сухой почвы (масса 1 см 3 почвы в граммах или 1 м 3 в тоннах), его также называют плотностью. Но для этого не подойдут наши образцы - их объ-ем будет нарушен при сушке. Проще всего узнать удельный вес из таблиц, так как этот параметр не слишком переменчив и больше всего зависит от гранулометрического состава по-чвы. Конечно, рыхление снижает ее удельный вес, но на норму полива это не повлияет.
Если мы знаем, что в наш ящик нужно доложить плодов на 25% его вместимости, то мы умножаем эту вместимость на 0,25 (10 кг % 0,25 = 2,5 кг). Аналогично и с почвой. Если Вам нужно увеличить влажность по-чвы на 10%, то Вам нужно умножить ее массу на 0,1.
Чтобы узнать массу почвы на Ва-шем участке, нужно ее площадь в квадратных метрах умножить на 0,3 (корневая зона - это 30 см или 0,3 м) и умножить на удельный вес.
Для гектара это будет 10 000 м 2 х 0,3 м = 3000м 3 .
Если 1 м 3 фунта весит 1,1 т, то нам нужно увлажнить: 3 000 м 3 х 1,1 т/м 3 = 3,3 тыс. т почвы. Тогда норма полива (10% от этой цифры) составит 330 м 3 .
Ну и самый простой способ опре-деления влажности почвы - ее нужно сжать в руке. Если сквозь пальцы не начала проникать вода, но, разжав ладонь, почва остается в комке -это удовлетворительная влажность. Скоро придется поливать. Сколько нужно полить? Этот метод не ответит на такие вопросы.
Чтобы измерять влажность почвы термостатно-весовым методом, нужно проделать следующие операции:
Подготовить жаропрочную посуду для образцов. В лабораторных условиях для этого используют алюминиевые бюксы с притертыми крышками. И бюкс. и крышка имеют свой номер, который записывается, чтобы сохранить точность анализа. Посуда должна быть чистой, предва-рительно взвешенной с максималь-ной точностью (бюкс с крышкой вме-сте) - масса 1. Здесь придется или использовать точные весы (согласно методике, весы должны взвешивать до 0,01 г, но подойдут и с точно-стью до 0,1 г). Если нет возможности воспользоваться такими весами, на анализ отбирают больше грунта, но тогда и сушить его придется дольше.
Отобрать пробу грунта с помо-щью бура или лопатки. Поместить их в приготовленную посуду на половину объема (до 2/3).
Взвесить посуду, крышку и грунт вместе - масса 2.
Поставить их на сушку при тем-пературе 100-105°С, пока вес бюкса не перестанет меняться. Так узнаем массу 3.
Перед последним взвешиванием закрыть посуду крышкой и дать ей остыть в плотно закрытом шкафчике.
Сушка позволяет узнать, сколь-ко воды было в образце почвы (масса 2 минус масса 3) и вес сухого грунта (масса 3 минус масса 1). Массу воды делят на массу сухого грунта и умно-жают на 100% - так узнают влажность почвы в момент отбора пробы.