Методические рекомендации По проведению лабораторно-практических занятий При изучении дисциплины "Орошаемое земледелие"

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:

В =	100 • (В1 – В2)
(В2 – В0)

Где: В — влажность почвы в % от массы ее в сухом состоянии;

В0 — масса алюминиевого бюкса, г;

В1 — масса бюкса с почвой до сушки, г;

В2 — масса бюкса с сухой почвой, г.

Или определяют влажность почвы по упрощенной формуле 2:

В =	100 • а
Р

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

Агро-фон	Повтор-ность	Слой почвы, см	№ бюкса	Масса, г.	Влажность, %	Средняя влажность почвы, %
Пустого бюкса, (В0)	Бюкса с почвой до сушки, (В1)	Бюкса с почвой после сушки, (В2)	Испарившейся воды, (В1 – В2)	Сухой почвы, (В2–Во)
I. С,1п	1	0-10	123	24,12	72,14	65,02	7,12	40,90	17,4

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:

А =	В • (С0 – С1)
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).

Нажав кнопку «отсчет - ток», через 3—5 сек. ручкой «регулятор тока» плавно устанавливают значение рабочего тока в 60 мкА; после чего, не сдвигая ручку «регулятор тока», опускают кнопку и снимают показания микроамперметра. Влажность почвы в процентах наименьшей влагоемкости определяют по градуировочным таблицам. При работе на холодных почвах (с температурой ниже 16°С) следует замерять их температуру и умножать значение

Рис. 1. Электрощуп с опущенным и поднятым кожухом

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

Дата и место определения	Глубина определения, см	Показания прибора	Температура почвы, 0С	Поправочный температурный коэффициент при t < 160C/	Полученная величина от НВ, %	Влажность, % к массе сухой 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