Физика почвы. (Качинский Н.А.) - часть 5

 

  Главная      Учебники - Разные     Физика почвы. (Качинский Н.А. часть 1-2, 1965-1970 год)

 

поиск по сайту            правообладателям  

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание      ..     3      4      5      6     ..

 

 

Физика почвы. (Качинский Н.А.) - часть 5

 

Оценивая данные, приведенные в таблицах 14 и 15, можно сделать следующие выводы:

1. Кипячение в подавляющем числе случаев обусловливает лучшее диспергирование почвы, нежели встряхивание. Разница (в пользу кипячения) достигает: по выходу физической глины (частицы < 0,01 мм) — 4,5%; по выходу ила (частицы < 0,001 мм) — до 5%. Наибольшая разница, и главным образом по выходу ила, отмечается для почв, ненасыщенных основаниями (подзолистые, красноземы). Наименьшая разница, иногда сходящая к нулю и даже получающая изредка обратное значение, отмечается для черноземов и каштановой почвы.

2. Диспергирование почвы путем насыщения ее ионом натрия заметно выше, чем при насыщении ионом аммония. Выход физической глины и ила в случае поглощенного Na+ на 3—10—11% больше, чем при насыщении почвы аммонием, и лишь в единичных случаях диспергирующая роль того и другого иона становится одинаковой.

3. Выявилось существенное значение метода введения диспергирующего вещества в суспензию. Едкий натр, введенный в суспензию одновременно всей порцией, во всех случаях заметно сильнее диспергирует почву, нежели натрий, даваемый по частям (прибавляемый порциями — по фенолфталеину). В последнем случае максимум его накапливается в суспензии лишь перед пипетиро-ванием.

Следует отметить, что метод введения натрия по фенолфталеину до стандартного pH (8,3—8,4) создает в анализе большие затруднения и сильно задерживает работу’. Как выявилось в работе Г. В. Васицкой (1940) и как отмечала это ранее А. С. Красникова (1936), реакция почвенной суспензии со щелочью, вводимой небольшими порциями, проходит весьма медленно. Стандартная величина pH Васицкой была достигнута лишь через 10—14 дней, за такой срок суспензия начинает загнивать.

При сильно окрашенной суспензии, что имело место при анализе чернозема и краснозема, установить порозовение суспензии от прибавления щелочи в присутствии фенолфталеина весьма трудно. Определение же pH суспензии в создаваемом интервале щелочности также затруднено: использование упрощенного метода с универсальным индикатором при сильно окрашенных суспензиях (не осветляющихся даже при фильтровании через двойной фильтр (Extra hart 602) невозможно. Приходится пользоваться электрометрическим методом с применением стеклянного электрода, так как хингидронные электроды применимы лишь до pH 8. Хотя данные для оценки последнего описываемого метода подготовки почвы к анализу немногочисленны, все же остается впечатление, что он едва ли войдет в широкую практику. Видимо, пока наиболее целесообразным в массовых анализах следует признать метод диспергирования почвы щелочью путем разового ее введения

перед кипячением с расчетом по емкости поглощения почв’ (с минимальным ее превышением).

В тех случаях, а они часто встречаются в практике аналитика, когда емкость поглощения и состав поглощенных катионов для анализируемого образца неизвестны, видимо, возможно нормировать количество вводимой в суспензию щелочи, исходя из средних величин емкости поглощения почв данного типа. В своих анализах эти нормы мы определяем такими величинами (в см3 1 н. NaOH):

 

 

 

 

 

В отношении методов диспергирования образцов почвы путем кипячения или встряхивания их с водой следует заметить, что при механическом анализе нужно применять кипячение, а при микроагрегатном анализе — встряхивание на мешалке с горизонтальными толчками при диапазоне качаний 10 см и при количестве ударов 180—200 в мин.

Резюмируя сопоставление методов подготовки почв к механическому анализу, рекомендуем вошедший в практику кислотно-щелочной метод. Считаем возможным использование его и для карбонатных почв, для суждения о дисперсности некарбонатной минеральной части почвы, а это основное при механическом анализе почв. Что касается карбонатов, то в случае переосаждения их из воды они в большинстве своем попадают в мелкую пыль и ил. В случае же карбонатного песка (органогенного происхождения) он должен быть отсеян «мокрым способом» на ситах и просмотрен под микроскопом. Растворимые соли, как известно, учитываются в водных вытяжках.

Сопоставление данных по плотному остатку водных вытяжек, процента карбонатов в почве с учетом их характера и механического состава наиболее устойчивой в почве ее части — силикатов, алюмо- и ферросиликатов и других стойких соединений — дает в руки исследователя многосторонний материал по характеристике механического состава почвы или грунта, от которого зависят

 

 

их физические, физико-механические, а в известной степени химические и физико-химические свойства. Попытка смешения этих резко различных частей и определение их общей суммой в различных фракциях при механическом анализе почвы, к тому же без знания процентного содержания их в отдельных фракциях, является не раскрытием вопроса, а запутыванием его. Такой безликий механический состав почвы не может стать основой при характеристике ее свойств.

В связи со сказанным встает вопрос о месте «потери» при обработке образца почвы перед анализом 0,05 н. НС1. Ранее рекомендовалось (Качинский, 1943) разносить «потерю» по различным механическим фракциям согласно величине этих фракций и степени их карбонатности. Для этой цели была предложена определенная пропорция.

К настоящему времени накопился значительный новый материал, который позволяет решить этот вопрос более дифференцированно:

1. В почвах, ненасыщенных основаниями, потеря от обработки почвы 0,05 н. НС1 складывается главным образом из вытесненных водородным ионом поглощенных оснований, несиликатных форм железа и алюминия и из продуктов незначительного распада силикатов, алюмо- и ферросиликатов. Такая «потеря», в основном извлекаемая из наиболее дисперсной части почвы, должна быть, отнесена к этой же части, т. е. приплюсована к фракции ила. Но она обязательно должна быть показана и отдельно, так как дает представление о подвижной составной части почвы, особенно несиликатных форм железа и алюминия.

2. В карбонатных и засоленных почвах «потеря» состоит в основном из карбонатов и легкорастворимых солей. В различных почвах и грунтах варьируют:

а) соотношение карбонатов и легкорастворимых солей;

б) распределение их, особенно карбонатов, по различным механическим фракциям почвы.

3. Из п. 2 следует:

а) в результатах механического анализа «потеря» от обработки 0,05 н. НС1 должна быть поставлена обособленной графой: «Сборная фракция подвижных соединений» с включением ее в 100% навески;

б) в тех почвах и грунтах, где «сборная фракция» состоит в основном из карбонатов, наряду с указанием ее отдельной графой в составе 100% навески, допустима разноска ее по фракциям механических элементов (в самостоятельной строке записи результатов анализа) с учетом распределения карбонатов в различных фракциях механических эле-ментов данной почвы или данной породы. В таком случае необходимы пропорции разноски карбонатов по фракциям: для украинского лёсса, для сыртовых суглинков Заволжья, для среднеазиатского лёсса и для других типичных и распространенных пород. Разнося «потерю» пофрак-циям, ее нужно записывать подстрочно, не приплюсовывая к основным (устойчивым) фракциям почвы. Учет содержания карбонатов и легкорастворимых солей в отдельных фракциях почвы углубляет характеристику фракций.



ПРИНЦИПЫ И ТЕХНИКА МЕХАНИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ПОЧВЫ

Различают несколько методов механического анализа почвы: 1) грубоэмпирические — полевые; 2) ситовой анализ; 3) механический (вернее, микроагрегатный) анализ почвы в струе воздуха; 4) механический анализ почвы в жидкостях, преимущественно в воде.

Механический анализ в водной среде имеет два варианта: а) анализ в текучей воде; б) анализ в стоячей воде.

Все виды анализа в водной среде, за исключением метода центрифугирования, основаны на учете различных скоростей падения механических элементов. В методе центрифугирования используется различная центробежная сила механических элементов, зависящая от их размера и массы.

В означенном порядке кратко охарактеризуем наиболее распространенные или в принципе интересные методы механического анализа почвы.



Определение механического состава почвы в поле (без приборов)

«Сухой» метод. Зерно почвы, величиною с зерно гречихи, испытывают на ощупь между пальцами. Раздавливают ногтем на ладони и втирают в кожу. Чем зерно более угловато, жестко, прочно и чем большая часть его после полного раздавливания втирается в кожу, тем почва тяжелее по механическому составу.

«Мокрый» метод. Почву смачивают и разминают между пальцами до такого состояния, чтобы не ощущались ее структурные зерна. Почву следует смачивать до консистенции теста, т. е. до влажности, приблизительно соответствующей нижней границе текучести по Аттербергу: в таком состоянии вода из почвы не отжимается, но почва поблескивает от воды и мажется. Хорошо размятая почва раскатывается на ладони «ребром» второй кисти руки в шнур и сворачивается в колечко. Толщина шнура около 3 мм, диаметр кольца — около 3 см (рис. 5).

 

 

«Мокрый» полевой метод определения механического состава почвы в случае тщательного его применения дает результаты при определении основных классов почв по механическому составу

 

 

 

 

весьма близкие к получаемым при анализе с помощью приборов. Можно рекомендовать этот метод и для ориентировочного определения механического состава почв при камеральной их обработке.

 

Ситовой метод механического анализа почв

Ситовой метод механического анализа в почвоведении применим для определения каменистой части почв любого механического состава, при анализе песков, а также при отделении среднего песка

 

 

от мелкого и физической глины. Эти операции мы приурочиваем к рекомендуемой классификации механических элементов почвы по их крупности (см. табл. 8).

Для определения каменистой части почвы используют сито с диаметром отверстий в 3 мм. Процесс отсеивания каменистой части почвы лучше произвести в поле, так как для точного учета каменистости в случае высокого содержания камней необходимо просеять несколько килограммов почвы.

Просеиваемую навеску с камнями взвешивают в поле при естественной влажности с точностью до 0,1 г, а в случае нескольких килограммов — с точностью до 1 г. Одновременно берут пробу для определения влажности мелкозема и (отдельно) влажности каменистого материала.

Каменистую часть почвы перед взвешиванием освобождают от приставшего к камням мелкозема с помощью жесткой волосяной щетки.

В лаборатории обычным способом определяют влажность мелкозема и влажность каменистой части. Каменистость почвы рассчитывают в процентах на сухую почву: процентное отношение сухих камней к сумме сухой навески мелкозема плюс сухая каменистая часть.

Из почвы, просеянной сквозь сито с отверстиями в 3 мм берут среднюю пробу для дальнейшего механического анализа.

Навеску в 100—150 г после растирания по частям в фарфоровой ступке пестиком с каучуковым наконечником просеивают в воздушно сухом состоянии сквозь сито с отверстиями в 1 мм. Перед просеиванием учитывают влажность почвы.

Гравий, оставшийся на сите, собирают, очищают водой от приставшего к нему мелкозема, высушивают до абсолютно сухого состояния и рассчитывают в процентах к абсолютно сухой навеске почвы (мелкозем плюс гравий).

Таким образом, гравий (механические элементы размером 3— 1 мм) войдет в 100% анализируемой навески.

Дальнейший процесс механического анализа почвы подробно описан ниже. Здесь отметим лишь, что в процессе этого анализа применяются два сита для мокрого просеивания фракций почвы с диаметром отверстий 0,5 и 0,25 мм.



Ситовой анализ песков


Наиболее часто ситовой анализ применяют при изучении песков. Рекомендуем выделять фракции: 1) гравия (3—1 мм)\ 2) крупного песка (1—0,5 мм); 3) среднего песка (0,5—0,25 мм); 4) мелкого песка (< 0,25 мм). Иногда используют в анализе также сито с диаметром отверстий в 0,1 мм, но следует отметить, что фракции < 0,1 мм ситовым анализом учитываются не точно.

Чтобы установить размеры песчаных зерен, очищают песок

 

 

от приставшего к песчинкам мелкозема. Для выполнения этой операции целесообразно воспользоваться подготовкой песка к анализу по методу Ностица (Nostiz, 1936). Анализируемую пробу песка размачивают 24 часа в дистиллированной воде с прибавкой NH4OH до явного запаха. В последующем песок растирают в чашке пальцем в резиновом напальчнике, муть сливают несколько раз до полного просветления раствора.

Очищенный таким образом песок кипятят на водяной бане с однопроцентным раствором Н202 для очищения от возможных примесей органического вещества.

В дальнейшем песок просеивают через гнездо сит: 1-е сито (верхнее) — диаметр отверстий 1 мм; 2-е сито (среднее) — 0,5 мм; 3-е сито (нижнее) — 0,25 мм.

Анализ (просеивание) может производиться сухим и мокрым способом. При этом, в случае тщательной очистки песка перед анализом от приставшего мелкозема, различия в результатах анализа сухим и мокрым способами незначительны.

При ситовом анализе почв и песков приходится пользоваться ситами круглодырчатыми (штампованными) и сетчатыми — с квадратными отверстиями. Возникает вопрос, каким ситам отдать предпочтение. Круглые отверстия обеспечивают в плане прохождения через них механических элементов более выровненного размера, нежели квадратные. Через круг в плоскости проходят механические элементы, имеющие размер не свыше его диаметра. Через квадрат, у которого сторона равна диаметру круга, в плоскости по диагонали могут пройти и более крупные элементы, нежели через круг. Казалось бы, во всех случаях нужно предпочесть круглодырчатые сита, однако этого сделать нельзя. Во всяком сите есть «вредная» площадь, располагающаяся между отверстиями. Чем она •больше, тем сильнее истирание механических элементов почвы или песка при просеивании. В штампованных круглодырчатых ситах вредная площадь дна тем больше, чем меньше диаметр отверстий, поэтому в ситах с мелкими отверстиями степень искусственного истирания механических элементов значительная и значительнее ошибки в анализах.

На Международной конференции по физике почв во Франции (в Версале) в 1934 г. было принято постановление, согласно которому сита < 0,5 мм должны быть сетчатыми, а сита с отверстиями в 0,5 мм и более — круглодырчатыми, штампованными.



Механический анализ почвы в струе воздуха


Опубликовано описание нескольких попыток механического анализа почвы в струе воздуха. Наиболее известным прибором для этой цели является прибор Кашмена (1907 г.).

Аппарат Кашмена для разделения механических элементов почвы в струе воздуха представляет собою сочетание пяти воронок

 

в форме усеченного конуса, обращенных узким концом вниз (рис. 6). Объем воронок 13,5 л, 9 л и три по 4,5 л. Воронки между собой соединены трубками таким образом, что трубка начинается ворончатым расширением (уловителем механических элементов) в верху предыдущей воронки, а тонким концом опускается почти до дна последующей воронки. Дно первой воронки соединено с нагнетательной воздуходувной машиной (компрессор Вестин-гауза). Из последней (пятой) воронки имеется вывод в вакуум. Ворончатое расширение трубки, ведущей в вакуум, затянуто плотным полотном, задерживающим мелкозем в пятой воронке.

 

Абсолютно сухая навеска почвы в пределах 1 кг, предварительно-пропущенная в сухом виде сквозь сито, помещается на дно первой (большой) воронки. Затем включаются воздуходувная машина и вакуумная установка. Подаваемый в систему воронок воздух предварительно высушивается в трубках с пемзой, смоченной серной кислотой. Ток воздуха должен быть равномерным, обеспечивающим пылимость почвенной пробы в виде облачка. Анализ заканчивается, когда перенос мелкозема из одной воронки в другую прекращается.

Механические элементы распределяются от самых крупных в первой воронке до самых мелких — в последней.

В принципе метод Кашмена весьма интересен. Но на практике при анализе почв, тяжелых по механическому составу, он дает весьма неустойчивые результаты вследствие электризации и вы-хлопьевывания наиболее тонких механических элементов почвы. Кроме того, на результатах анализа, как показали исследования Лиона (Lyon, 1924), сильно сказываются изменения атмосферного давления и температуры воздуха. Значительно более применим

 

этот метод для механического анализа песков, для характеристики пылимости, развеваемости грунтов.

Используя принцип анализа по Кашмену в этих целях, значительное усовершенствование в него внес В. Е. Соколович (1947). В аппарате Соколовича регулируются давление, скорость ветра, относительная влажность воздуха. Это позволило автору установить ряд закономерностей в пылимости различных грунтов в зависимости от их генезиса и степени увлажнения в пределах от абсолютно сухого состояния до максимальной гигроскопичности.

МЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОЧВЫ В ВОДНОЙ СРЕДЕ


Механический анализ почвы в водной среде в настоящее время является самым распространенным. Он основан на учете различных скоростей падения механических элементов в жидкостях (в нашем случае — в воде) в зависимости от их крупности, что в свою очередь обусловлено увеличением абсолютной и удельной поверхностей частиц по мере их дробления.

 

 

 

На втором участке пути (40—100 см) ускорение падения шара достигло 20 мм/сек\ на третьем отрезке пути, который равен второму (100—160 см), оно снизилось почти в три раза — до 8 мм/сек. На дальнейшем пути падения шара приращение скорости его движения (Ду) стремится к нулю.

Д. И. Менделеев заключает: «Падение тел в жидкой среде совершается медленнее, чем свободное падение, не только потому, что уменьшается вес их на вес вытесненной жидкости, но еще и потому, что действует сопротивление среды, направленное в сторону, противоположную с направлением движения. Если назовем сопротивление через R, то, зная, что сопротивление каждого тела в каждой среде возрастает вместе со скоростью, станет очевидным, что наступит при некоторой скорости С такое сопротивление, что оно будет равно весу тела: R (сопротивление) = Р (весу тела), а тогда ускорения не будет и, следовательно, прекратится прирост скорости и движение станет равномерным» (1946, стр. 291).

Об этом же явлении известный английский физик почвы Кин (Keen, 1931) пишет: «Когда частица только начинает падать, то ее скорость увеличивается до тех пор, пока сила тяжести не будет уравновешена силою трения, возрастающей с увеличением скорости падения».

В опыте Менделеева испытывалось крупное тело — латунный шар диаметром 40 мм и удельным весом 8,1. Он не достиг постоянной скорости движения в воде даже на протяжении 160 см.

При механическом анализе почвы в воде самые крупные частицы имеют диаметр 0,25 мм, а удельный вес их в среднем 2,60. В силу означенного, как показали прямые микроскопические наблюдения различных исследователей, механические элементы почвы начинают падать в воде с постоянной скоростью от начальных этапов пути их движения. Практически в наших расчетах при механическом анализе почвы мы можем принять, что на всем протяжении пути в жидкости (в нашем случае в воде) механические элементы почвы падают с постоянной скоростью, свойственной каждой почвенной частичке.

Совершенно очевидно, что скорость падения частиц почвы зависит не только от их размеров, но также от формы частиц и их удельного веса. В соответствии с этим введено понятие о гидравлической ценности частиц, под каковой понимается способность частиц падать в жидкости с определенной постоянной скоростью в зависимости от их размера, формы и удельного веса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание      ..     3      4      5      6     ..