Методы исследований физического состояния на ионно-молекулярном уровне.

Ионно-молекулярный уровень: Молекулярные процессы, т.е. реакции взаимодействия веществ и элементов в самих почвах. Например, окисление-восстановление химических соединений, реакции замещения элементов в решетках кристаллов, обменные реакции, образование гумуса и др. Они обусловлены свойствами коллоидной части почвы.

Поверхностные слои твёрдых почвенных частиц (минералов, обломков пород) и коллоиды составляют активную часть почвы, способную воспроизводить комплекс катионов, пленку сорбированной воды, органическую часть на поверхности почвенных частиц.

• Активная часть почвы имеет три формы: минеральную, органическую и органоминеральную.

• Из твёрдой части почвы наиболее активной являются мелкие фракции: пыль, глина, ил.

• Так, в средней пыли (0.01-0.05) доля кварца уже заметно сокращается, уступая место аморфной кремнекислоте.

• В мелкой пыли (0.005-0.001), являющейся по составу переходной к илам, значительно возрастает способность к коагуляции и образованию структуры, увеличивается поглотительная способность.

Илистой фракции (< 0,001), содержащей большую часть продуктов выветривания - первичные и вторичные минералы: гидрослюды, окислы Fe, Al, Mn и их гидраты, каолинит, гумусовые вещества, карбонаты кальция и др., принадлежит главная роль в физико-химических процессах, в структурообразовании, а также, она обладает высокой поглотительной способностью, гигроскопичностью, влагоемкостью, в ней в десятки раз увеличивается содержание гумуса и элементов питания.

• Одним из параметров, характеризующих активную часть почвы является её удельная поверхность, которую измеряют обычно, по количеству сорбированной воды. На поверхности

активной части почвы формируются центры, которые с разной энергией удерживают обменные катионы Соотношение активных центров, разных по их энергии (силе) достаточно типично и существенно различается для разных почв. Но интересно, что во всех случаях в пределах почвенного профиля энергия активных центров достигает максимальной величины в иллювиальном горизонте В.

• Их количество в почве колеблется от 1 - 2 до 30 - 40% к массе почвы.

• Органо-минеральные коллоиды – это соединения гумусовых веществ с глинистыми минералами и R2O3. Коллоидные свойства начинают проявляться у частиц размером менее 1 мкм, или 0,001 мм, — предколлоидная фракция. С водой они .образуют разные растворы, обнаруживают броуновское движение, проходят через бумажные и не проходят через органические фильтры.

Следует отметить, что водные растворы с частицами >1 мкм образуют водные суспензии, а с частицами менее <1 мкм— истинные, или молекулярные (В.Д. Зеликов, 1981), а < 0,1 мкм, коллоидные растворы.

• Таким образом, первым уровнем структурной организации почвы является атомарно-молекулярно-ионный.

Перевести значения влагоудерживающей способности почвы из единиц р F в мм водного столба и наоборот.

19. Рассчитать плотность почвы при известных значениях: масса влажного образца с режущим кольцом, масса режущего кольца, диаметр и высоте кольца, влажность образца в %.

20. Определить содержание общей и продуктивной влаги в слое почвы при известных значениях плотности почвы, влажности почвы и максимальной гигроскопичности

Построить график и определить количество пор данного диаметра по известным соотношениям р F , МПа и диаметру пор (мм)

22. Пересчитать сопротивление проникновения плунжера (твердость) в ньютоны на см² при данных для плунжеров с наконечником диаметром 2см

Метод с реактивом Несслера

В основу метода положено взаимодействие иона аммония со щелочным раствором ртутно-иодистого калия с образованием не­растворимого йодистого меркураммония.

Метод очень чувствителен. Предельная концентрация, допускаю­щая определение аммония, не должна превышать 0,15 см³ азота в 100 см³ раствора. Определению мешают катионы металлов. Для устранения этого в вытяжку перед добавлением реактива Несслера вносят комплексо-образующий реактив.

Феноловый метод

В основу метода положена реакция Бертло, в результате которой при взаимодействии аммиака с фенолом в присутствии окислителя гипо-хлорита натрия образуется индофенол, окрашивающий раствор в щелоч­ной среде в синий цвет. Чувствительность метода такая же, как при использовании реактива Несслера.

Ход анализа

Стеклянные стаканчики на 50 см³ диаметром 4 - 6 см (измерить микрометром для последующего расчета площади поверхности жид­кости). Приливают пипеткой 2 см³ 0,1 М раствора КОН. Стаканчики ставят на поверхность почвы опытного участка, секундомером отмечают время начала опыта.

Через 20 мин раствор в стаканчиках оттитровывают из микро­бюретки 0,05 М H₂S0₄ по фенолфталеину.

Использование агрофизической информации при управлении плодородием почвы.

Учение о физических свойствах и режимах почвы как естественноисторического тела называют физикой почвы. Изучение физики почвы включает в себя:

1) изучение почвенной массы — ее веса, дисперсного и струк­турного состояния, а также строения почвы; 2) изучение воздуш­ных свойств и режима почвенного воздуха; 3) изучение водных свойств почвы и водного режима; 4) изучение тепловых свойств и режима почвы; 5) изучение физико-механических свойств поч­вы; 6) изучение электрических и радиоактивных свойств почвы (описание этих свойств дано в главе V в связи с использованием их для определения влажности почв и грунтов).

Знание физических свойств почвы необходимо для успеш­ного выращивания сельскохозяйственных растений, а также для изучения генезиса почв. Наиболее тесный контакт физика поч­вы как наука имеет с земледелием и мелиорацией, основной за­дачей которых является временное и коренное улучшение, глав­ным образом, физических свойств почвы для практических целей сельскохозяйственного производства. Так, при разработке агро­техники различных культур по зонам основными показателями являются физические свойства почв данной зоны. В зоне недо­статочного увлажнения положительную оценку получают те приемы, которые будут способствовать накоплению и сохране­нию влаги в почве, и, наоборот, в условиях избыточного увлаж­нения мелиоративные и агротехнические мероприятия должны быть направлены в сторону уменьшения влажности почвы, увеличения ее аэрации.

Оптимальными физическими свойствами и режимами (вод­ным, воздушным и тепловым) следует считать такие, при кото­рых можно получить максимальный урожай культивируемого растения на данной почве при полной обеспеченности ее элемен­тами пищи. ости физических условий почвы и плодородие ее связывают главным образом с наличием элементов пищи. Между тем уже с середины XIX столетия было установлено, что нельзя повы­сить плодородие почвы, не обеспечив растения соответствующим количеством воды, воздуха и тепла. В настоящее время изучению физических свойств почвы уде­ляется большое внимание; оно производится как в стационар­ных, так и в экспедиционных условиях. При составлении крупно и мелкомасштабных почвенных карт колхозов и совхозов, терри­торий опытных станций, при мелкомасштабных региональных почвенных съемках необходимо давать физическую характери­стику основных почвенных типов. Для изучения физических свойств почвы в полевых условиях применяется метод «ключей» Сущность этого метода сводится к следующему: по имеющейся почвенной карте выделяют основные генетические почвенные раз­ности и их варианты по механическому составу, затем на типич­ных для данного района рельефе и почве выделяют опытную площадку — «ключ»— 10 X 10 м или 100 X 100 м, закладывают на ней 1—2 почвенных разреза глубиною до 2 м и более, про­изводят детальное морфологическое описание почвы и затем уступами, являющимися рабочими площадками (размером 1 —1,5 м²), делают разрез для изучения физических свойств почвы (рис 1). Поверхность площадки соответствует началу ге­нетического горизонта почвы. На каждой опытной площадке-«ключе» определяют:

1) Удельный вес скелета почвы; контроль определения в верх­нем горизонте пятикратный, в остальных горизонтах тройной.

2) Плотность; определяют прибором Каминского или прибо­ром другой конструкции; контроль десятикратный.

3) Водопроницаемость; изучают методом трубок — кон­троль десятикратный при малых трубках и пятикратный — при больших. Водопроницаемость на поверхности почвы опреде­ляют методом малых заливаемых площадей около основного разреза; контроль определения тройной.

4) Влажность почвы; до глубины 2 м определяют попутно с определением удельного веса скелета почвы. С 2 м пробы на влажность берут в дне разреза буром через каждые 10 см до глу­бины грунтовых вод или, при глубоком их залегании, до 5 — 10 м глубины. После взятия буром пробы в образце опреде­ляют на ощупь влажность и механический состав, отмечают на­личие новообразований и включений, на основании чего состав­ляют характеристику материнской и подстилающей породы.

5) Влагоемкость почвы; определяют на площадках после оп­ределения водопроницаемости. Для предохранения от испаре­ния влаги площадки закрывают клеенкой, травой, соломой и т. п , и через 24 час на песчаных, через 48 час на суглини­стых почвах берут пробы на влагоемкость по всему увлажнен­ному слою почвы и на 20 см ниже видимой границы смоченности.

6) Профиль смоченности почвы; определяют зарисовкой в траншее, заложенной через центр всех рам до глубины промачивания.

7) Испарение влаги из почвы; определяют с помощью испа­рителей или по режиму влажности почвы, для чего закладывают специальные площадки. Испарение изучается в стационарных или полустационарных условиях.

8) Измерение температуры почвы; до глубины 20 см произ­водят термометрами Савинова, на поверхности почвы — сроч­ным, максимальным и минимальным термометрами. Весьма же­лательно определять температуры при изучении испарения, устанавливая один комплект термометров на площадке искус­ственно увлажненной, второй — на площадке с естественной влажностью.

Для изучения почвы в лаборатории необходимо правильно взять образцы в поле. Образцы для определения механического состава, водных, тепловых и других физических свойств почвы берут из середины генетического горизонта (весом около 1 кг) Из почвы вырезают прямоугольный параллелепипед высотою и длиною 10 см и шириной 6—8 см, аккуратно и плотно упако­вывают для доставки в лабораторию.

Все указанные работы проводятся специально оснащенными экспедиционными отрядами в поле.

почва – это обладающая плодородием сложная полифункциональная и поликомпонентная открытая многофазная структурная система в поверхностном слое коры выветривания горных пород, являющаяся функцией горной породы, организмов, климата, рельефа и времени, а физики почв обращают внимание прежде всего на эти физические аспекты.

А агрегаты размерами 10–0.25 мм – самые важные, они придают почвенной структуре ее уникальный вид в виде почвенных комочков и определяют почвенное плодородие.