Методические разработки лабораторных занятий тема 1. Свойства почвы. Гранулометрический состав, влажность, кислотность и плодородие почвы

Цель занятия

Получить представление о критериях пригодности участка для возделывания лекарственной культуры

Задачи занятия

1. Изучить основные свойства почвы.

2. Запомнить основные почвенные показатели, благоприятствующие росту и развитию растений.

Оснащение

1. Образцы разных типов почв.

2. Почвенные стаканчики.

3. Химические стаканы.

4. Весы с разновесами.

5. Сушильный шкаф.

6. Эксикатор.

7. Индикаторная бумага.

8. Очищенная вода.

9. Клеенка-салфетка.

10. Почвенные сита с диаметром отверстий 1 мм.

Введение

Почвой называется рыхлый поверхностный слой земной коры, пригодный для жизни растений и выращивания сельскохозяйственных культур. Одним из главных свойств почвы является ее плодородие.

Под плодородием понимают способность почвы в той или иной степени обеспечивать растения водой, элементами минерального питания и создавать другие условия, необходимые для нормальной жизнедеятельности растения. Плодородие зависит от разных факторов среды, влияющих на почву и формирующих ее.

Состав почвы

Почва состоит из твердой, жидкой, газообразной и живой частей. Содержание их в разных типах почв различно.

Твердые частицы в естественном залегании (в необработанной почве) занимают некоторую часть объема почвенной массы. Минералогический и химический состав твердой части почвы во многом определяет плодородие почвы. В состав минеральных веществ входят макроэлементы – O, Si, Al, Fe, K, Na, Mg, Ca, H, P, S, C и др. и микроэлементы – Cu, Mo, B и др. В состав твердой части входит и органическое вещество, которое на 80-90% состоит из гумуса (перегноя). При разложении органического вещества содержащийся в нем азот переходит в формы, доступные растениям. Многие из этих органических веществ участвуют в создании структуры почвы, от которой зависят ее физические свойства, водный, воздушный и тепловой режимы. Органо-минеральные соединения представлены солями, комплексными соединениями гумусовых кислот с рядом элементов (в их числе Al и Fe).

Жидкая часть – почвенный раствор, является активным элементом почвы. Он осуществляет перемещение веществ внутри почвы, вынос их из нее и снабжение растений водой и растворенными элементами питания.

Газообразная часть – это почвенный воздух, заполняющий поры, не занятые водой. В состав почвенного воздуха входят азот, кислород, углекислый газ, различные летучие органические соединения. Между почвенным и атмосферным воздухом происходит постоянный газообмен: углекислый газ почвы в атмосферу, а кислород из нее в почву.

Живая часть состоит из почвенных микро- и макроорганизмов (бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли, черви, моллюски, взрослые насекомые и их личинки, роющие позвоночные и т.д.)

Во всех трех составных частях почвы непрерывно происходят биологические и биохимические процессы, различные физические и механические изменения и химические превращения одних соединений в другие. От совокупности этих процессов зависит в конечном итоге плодородие почвы.

Минеральная часть почвы состоит из обломков горных пород и минералов. Они отличаются друг от друга по величине, форме и химическому составу. Размеры минеральных частиц и их соотношение характеризуют гранулометрический (механический) состав почвы. Он характеризуется соотношением содержащихся в почве фракций: камни (диаметр более 3 мм), гравий (диаметр от 3 до 1 мм), песок (от 1 до 0,001 мм), пыль (от 0,01 до 0,001 мм) и илистые частицы менее 0,001 мм. По гранулометрическому составу все типы почв делятся на типы, представленные в таблице 1.

Таблица 1

Типы подзолистых почв по гранулометрическому составу

Типы почв	Классификация почв по гранулометрическому составу	Содержание физической глины (0,01 мм),%	Содержание физического песка (0,01 мм),%
ЛЕГКИЕ	Песчаная рыхло-песчаная связно-песчаная Супесчаная	0 –5 5 – 10 10 – 20	100 – 95 95 – 90 90 – 80
ТЯЖЕЛЫЕ	Суглинистая легко-суглинистая средне-суглинистая тяжело-суглинистая	20 – 30 30 – 40 40 – 50	80 –70 70 –60 60 –50
	Глинистая легко-глинистая средне-глинистая тяжело-глинистая	50 – 65 65 – 80 80	50 – 35 30 – 20 20

Гранулометрический состав почвы оказывает большое влияние на почвообразование и сельскохозяйственное использование почв. Он определяет водно-физические, физико-механические, воздушные, тепловые свойства, поглотительную способность, накопление в почве гумуса, зольных элементов и азота.

В зависимости от гранулометрического состава почв меняются условия обработки, сроки полевых работ, нормы удобрений, размещение сельскохозяйственных культур.

Легкие почвы обладают хорошей водопроницаемостью и благоприятным воздушным режимом, быстро прогреваются, легко поддаются обработке (отсюда их название). Однако они имеют ряд отрицательных свойств, прежде всего низкую влагоемкость, бедны гумусом и элементами питания, подвержены ветровой эрозии. Тяжелые почвы богаче гумусом, лучше обеспечены питательными веществами, обладают большей влагоемкостью. Зато их физические и физико-механические свойства менее благоприятны: отличаются большой плотностью, слабой водопроницаемостью, неблагоприятными воздушным и тепловым режимами, образуют корку. Обработка таких почв требует больших энергетических затрат, поэтому их принято называть тяжелыми.

Органический состав почвы

Все мертвые органические вещества почвы (растительные и животные остатки) под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов подвергаются непрерывному разрушению. В этом процессе принимают участие как анаэробные (бескислородные) микроорганизмы, так и аэробные, которые живут и размножаются только в присутствии кислорода. В результате разложения образуется сложное органо-минеральное соединение – гумус или перегной.

Гумус повышает плодородие почвы, улучшает ее физико-химические свойства: водный, воздушный и тепловой режимы почвы. В процессе дальнейшего разложения гумус медленно минерализуется и постепенно снабжает растение минеральными и некоторыми простыми органическими соединениями. Образование гумуса регулируется рациональной обработкой почвы, влияющей на аэробный и анаэробный процессы, в частности различными приемами рыхления: культивацией, боронованием.

Водный режим почвы

Почва служит основным источником влаги для растений. От содержания воды в почве зависят жизненные процессы растений и развитие микроорганизмов, а также сроки и приемы механической обработки почвы. Вода находится в почве в разных формах: гравитационная (самая доступная для растений и подвижная), капиллярная (легко усваиваемая растением), парообразная (может усваиваться растением), гигроскопическая (недоступная для растений), пленочная (малодоступна для растений) и химически-связанная вода. Все формы почвенной воды в естественных условиях связаны между собой. При подсыхании почвы сначала теряется гравитационная вода, потом капиллярная, а при сильной засухе и другие формы воды.

Для характеристики водного режима почвы используются раличные показатели взаимодействия воды и почвы. Один из них – влажность почвы. Она измеряется для изучения водного режима за вегетационный период, для определения запаса влаги после таяния снега, после дождей, для определения норм полива и т.д.

Влажностью почвы называют количество содержащейся в ней воды, выраженное в процентах к весу абсолютно сухой почвы.

Выполнение работы

На предстоящем лабораторном занятии ставятся задачи количественного определения содержания в разных типах почв воды, гумуса, кислотности почвенного раствора и других показателей.

Задача 1. Изучить почвы разного механического состава.

Рассмотрите предложенные образцы легких и тяжелых почв. Обратите внимание на наличие в них физического песка и физической глины. Используя данные таблицы 1, дайте названия изученным образцам почв по механическому составу. Запишите в дневниках типы почв по механическому составу.

Задача 2. Определить механический состав почвы полевым методом.

Смочите образец почвы водой до консистенции теста и разомните его между пальцами (чтобы не ощущалось структуры зерна). После этого скатать шнур толщиной около 3 мм, а затем свернуть его в кольцо диаметром около 3 см. Оцените полученные результаты в соответствии с приведенным списком.

1. Шнур не образуется – песок.

2. Образуются зачатки шнура – супесь.

3. Шнур дробится при раскатке – легкий суглинок.

4. Шнур распадается при свертывании в кольцо – средний суглинок.

5. Шнур трескается при свертывании в кольцо – тяжелый суглинок.

6. Шнур свертывается в кольцо без трещин – глина.

Задача 3. Определить влажность почвы полевым и лабораторным способами.

Полевой способ

В этом случае выделяют пять степеней влажности почвы.

1. Воздушно-сухая почва: пылит, присутствие влаги на ощупь не определяется, не холодит руку.

2. Влажноватая почва: холодит руку, не пылит, при подсыхании немного светлеет.

3. Влажная почва: увлажняет фильтровальную бумагу, при подсыхании значительно светлеет, сохраняет форму при сжатии почвы рукой.

4. Сырая почва: при сжатии рукой превращается в тестообразную массу, вода смачивает руку, но не стекает.

5. Мокрая почва: при сжатии рукой выделяется вода, стекающая между пальцами, почвенная масса текучая.

Лабораторный способ

Порядок определения

1. В бюкс, доведенный до постоянного веса в сушильном шкафу при 100 – 105 ºС, берут навеску почвы в 3 – 4 г, пропущенной через сито диаметром 1 мм. Бюкс перед работой не моют, а вытирают сухим полотенцем. На шлифованных частях стаканчика графитовым карандашом делают метку.

2. Сушильный шкаф нагревают до 105 ºС, ставят в него открытый бюкс и сушат в течение 4 часов, следя за температурой. (Примечание. Крышку кладут боком на стаканчик).

3. Через 4 часа бюкс вынимают щипцами с каучуковыми наконечниками, закрывают крышкой и ставят в эксикатор. Эксикатор с бюксом переносят в весовую комнату и оставляют на 30 минут для охлаждения.

4. Бюкс с высушенной почвой взвешивают на аналитических весах в закрытом состоянии, открывают и снова ставят в сушильный шкаф на 2 часа. Просушивание и взвешивание производят несколько раз до установления постоянной массы. Часто за убыванием массы наступает ее увеличение, обусловленное окислением органического вещества. За величину постоянной массы в этом случае принимают наименьшее значение массы.

5. Продолжительность высушивания зависит от химического и механического состояния почвы. Песчаные образцы высушиваются за 5 часов, а перегнойные – требуют большего времени сушки.

Пример вычисления:

,

где Х – влажность почвы, %;

А – масса пробы почвы до высушивания, г;

Б – масса пробы почвы после высушивания, г.

Запишите результаты в тетради, сравните их с результатами, полученными другими бригадами. Сделайте вывод.

Задача 4. Методы определения гумуса в почве.

Гумус (перегной) является важнейшей составной частью почвы. Химический состав и структурные формулы перегнойных кислот точно еще не установлены.

Перегной служит источником питательных веществ, создает структуру, влияет на такие свойства почв, как влагоемкость, температура, кислотность и т.д. От его содержания и качества в значительной степени зависит плодородие почвы, поэтому необходимо хорошо ознакомиться с методами его определения.

Прямых методов определения общего количества гумуса в почве нет. Косвенным приемом определения общего количества гумуса является вычисление содержания его по количеству углерода в почве.

Все методы определения перегноя по углероду делятся на прямые и косвенные. Прямые методы основаны на учете углекислого газа, выделяющегося при сгорании (сжигании) органического вещества почвы путем прокаливания (сухое сжигание) или окисления перегноя смесью хромовой и серной кислот (мокрое сжигание). Прямые методы более точны, но требуют много времени.

Косвенные методы определения гумуса основаны на учете кислорода, необходимого для его окисления, и исходя из предположения, что при окислении весь кислород расходуется только на окисление углерода.

Из косвенных методов определения гумуса наибольшим распространением пользуется метод И.В.Тюрина, сущность которого заключается в окислении перегноя титрованным раствором хромовой кислоты и определении неизрасходованного остатка последней титрованием. По количеству израсходованного окислителя вычисляется количество углерода, находящегося в почве, а по содержанию последнего вычисляется процентное содержание гумуса.

Задача 5. Определение кислотности почвенного раствора.

Почвенный раствор – это вода, находящаяся в почве и содержащая растворенные в ней химические вещества. Почвенный раствор определяет реакцию почвы, ее рН: кислую, щелочную, нейтральную. Реакция почвы влияет на рост растений косвенно: изменяет подвижность питательных веществ и их доступность растениям, способствует накоплению в почве вредных веществ и т.д. Почвенный раствор с кислой реакцией угнетает жизнедеятельность полезных микроорганизмов, рост и развитие многих сельскохозяйственных культур. Кислую реакцию имеют главным образом подзолистые почвы. При рН = 5,6 – 6,0 почвы считаются слабокислыми, рН = 4,6 – 5,5 – среднекислыми и при рН ниже 4,5 – сильнокислыми. Избыточную кислотность почвы можно нейтрализовать, внося в нее известь, что в итоге повышает плодородие почвы.

Щелочная реакция почвенного раствора колеблется от 7,1 до 8,5. Высокая концентрация солей почвенного раствора угнетает процессы всасывания и также, как сильнокислая, угнетает рост микроорганизмов. Нейтральная реакция (рН = 6,7 – 7,0) почвенного раствора наиболее благоприятна для большинства культурных растений.

Задание. Установить кислотность раствора «универсальной» индикаторной бумагой.

Приготовьте почвенный раствор. Поместите 10 г просеянной через сито (с диаметром отверстий в 1 мм) почвы в химический стакан емкостью 50 мл, добавьте 20 мл свежей очищенной воды (вода должна иметь рН = 5,0 – 7,0), размешайте стеклянной палочкой и через 1 – 2 минут приступите к определению значений PH c помощью индикаторной бумаги. Точность определения ориентировочная. Для более точных показателей применяют другие методы, например рН-метрия, точность – 0,1 рН. Сравните полученные результаты с результатами, полученными другими бригадами.

ТАБЛИЦА 2