Перед выполнением лабораторной работы студент должен получить допуск к выполнению работы у

преподавателя.

Знание студентом методики лабораторной работы и ответов на контрольные вопросы

ОБЯЗАТЕЛЬНО!

Лабораторный практикум (почва)

Лабораторная работа № 1

ТЕМА: Определение влажности почвы.

Цель работы: ознакомиться с формами почвенной влаги и научиться определять влажность почвы.

Сущность метода заключается в определении потери влаги при высушивании почвы.

Аппаратура, материалы и реактивы.

1. Весы лабораторные 4 класса точности.

2. Шкаф сушильный.

3. Стаканы весовые алюминиевые с крышками.

4. эксикатор.

5. Щипцы тигельные.

6. Кальций хлористый или силикагель

Краткие теоретические сведения

Вода является одним из главных компонентов почв. Нормальное развитие растений, животных и почвенных микроорганизмов невозможно без воды. Ей принадлежит важнейшая роль при выветривании горных пород и, одновременно, она является необходимым условием для почвообразовательных процессов. В водной среде протекают все химические реакции, в результате перемещения водой минеральных, органических и органо-минеральных соединений формируется почвенный профиль.

Почвенная влага Основные понятия

Вода, содержащаяся в почве, может находиться в твердом, жидком и парообразном состоянии. По характеру состояния почвенную воду можно подразделить на: химически связанную, сорбционно-связанную, свободную.

На воду, находящуюся в почве, действуют силы различной природы: сорбционные, осмотические, капиллярные и гравитационные, поэтому почвенная влага может удерживаться с различной силой, она характеризуется неодинаковой подвижностью и может передвигаться в разных направлениях.

Выделяют следующие основные категории почвенной влаги, которые различаются между собой прочностью связи с твердой фазой почвы и степенью подвижности.

1. Химически связанная (кристаллизационная) вода входит в состав почвенных минералов, она занимает определенное место в их кристаллической решетке, поэтому эта категория воды называется еще кристаллизационной. Кристаллизационная влага отличается исключительно высокой прочностью связи и неподвижностью. Эта форма воды может быть удалена из ми­нералов только при нагревании почвы до достаточно высоких температур, что приводит к полному или частичному разрушению минералов. Например, гипс, имеющий формулу СаЅО₄ ·2Н₂О, т. е. содержащий 20,9% (по массе) химически связанной (кристаллизационной) воды, при постепенном нагревании претерпевает следующие превращения. При +140°С из кристаллической решетки гипса удаляется 1,5 молекулы воды и гипс переходит в форму так называемого “полугидрата”. При дальнейшем нагревании остаток воды удаляется лишь при температуре + 220°С. Химически связанная вода, входя в структуру кристаллической решетки минералов, естественно, не принимает непосредственного участия в процессах почвообразования.

2. Сорбционно-связанная (прочносвязанная) почвенная влага весьма прочно удерживается адсорбционными силами и образует на поверхности почвенных частиц тонкую пленку толщиной в 2-3 молекулы. Может передвигаться лишь в парообразном состоянии.

а) Гигроскопическая вода. Парообразная вода, поглощенная почвой из воздуха и прочно удерживаемая на поверхности твердых частиц называется гигроскопической. Она находится в равновесии с парообразной влагой атмосферы и характеризует влажность воздушно-сухой почвы. удаляется гигроскопическая вода при длительном высушивании почвы при температуре 100-105⁰С. Именно таким образом и определяется количественное содержание гигроскопи­ческой воды в почве.

Почва, лишенная нагреванием гигроскопической воды, в обычных условиях вновь приобретает эту воду вследствие сорбции молекул водяного пара, находящихся в атмосфере.

Количество гигроскопической воды в почве зависит в основном от ее механического и минералогического состава, а также от содержания гумуса. Чем выше степень дисперсности (раздробленности) почвы и, следовательно, больше суммарная поверхность частиц, тем больше влаги она может удержать.

При определении количества тех или иных составных почвы (гумуса, механического состава почвы, удельной плотности и т.д.) необходимо всегда учитывать количество гигроскопической воды и все вычисления производить на сухую почву, т.е. почву не содержащую гигроскопической воды. Только при этом условии будут получены сравнимые результаты.

б) Максимальная гигроскопичность – наибольшее количество влаги, которое почва может сорбировать из воздуха при относительной влажности воздуха более 94%.

Гигроскопическая вода образует чрезвычайно тонкий слой толщиной всего в несколько диаметров молекул воды. Поскольку поверхностные силы велики, сорбированная вода сильно уплотнена, ее плотность достигает 1,7. Будучи столь прочно связанной, гигроскопическая вода не может перемещаться в почве.

в) Пленочная вода (рыхлосвязанная вода). Почва, насыщенная влагой до состояния максимальной гигроскопичности, при соприкосновении с жидкой водой (при наличии последней) сохраняет способность притягивать еще какое-то количество ее молекул. Эта вода, образующая внешнюю пленку сорбционно-связанной воды, получила название пленочной или рыхло связанной. Она имеет толщину в несколько десятков молекулярных диаметров и удерживается вокруг почвенной частицы силами последовательной ориентации диполей воды. Пленочная вода связана значи­тельно менее прочно, чем гигроскопическая, она может переме­щаться (хотя и очень медленно) под влиянием сорбционных сил от почвенных частиц с относи­тельно толстой пленкой к частицам с более тонкой пленкой. Эго перемещение может осуществляться в любом направлении.

3. Свободная вода почвы подчиняется действию физико-механических законов. Она не связана силами притяжения с почвенными частицами, передвигается под действием капиллярных и гравитационных сил.

а) Капиллярная вода. Вода, передвигающаяся в тонких порах почвы под действием капиллярных (менисковых) сил, называется капиллярной.

Капиллярные силы обусловливаются поверхностным натяжением воды. Молекулы ее поверхностного слоя находятся под влиянием односторонне направленного притяжения, которое оказывает давление на всю массу жидкости. Для воды он достигает 11·10⁸ Па (А.А. Роде, 1965). Поэтому поверхность воды обладает некоторым количеством свободной поверхностной энергии, величина которой пропорциональна поверхности жидкости. Так как свободная энергия стремиться к наименьшему значению, то это выражается в стремлении к максимальному уменьшению поверхности жидкости.

Различают несколько разновидностей капиллярной воды - капиллярно-подвешенная, капиллярно-подпертая, капиллярно-внутриагрегатная.

Капиллярно-внутриагрегатная вода это капиллярно-подвешенная влага, которая находится в капиллярах, пронизывающих структурные агрегаты, и удерживается капиллярными силами. Она не может передвигаться к поверхности испарения.

Капиллярно-подвешенная вода образуется при поверхностном увлажнении почвы. Капиллярно-подвешенная вода может передвигаться в направлении к испаряющей поверхности. Это движение прекращается, когда капилляры в силу недостатка воды разрываются. Влажность, при которой это происходит, называется влажностью разрыва капилляров.

Капиллярно-подпертая вода образуется при подъеме ее снизу вверх по капиллярам от зеркала грунтовых вод или верховодки.

Капиллярная вода играет важную роль в процессе перераспределения в почве легко растворимых соединений.

б) Свободная (гравитационная) почвенная вода это вода, которая не удер­живается почвенными капиллярами и перемещается вниз под действием силы тяжести. Выделяют гравита­ционную воду, просачивающуюся (фильтрующуюся) сверху вниз через почвенно-грунтовую толщу, и гравитационную воду, накапливающуюся над водонепроницаемым горизонтом в виде грун­товой воды.