ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2004, № 2, с. 203-208
УДК 551.736:631.432
ФИЗИКА ПОЧВ
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛНОЙ ВЛАГОЕМКОСТИ И ОБЩЕЙ ПОРИСТОСТИ ПОЧВ
© 2004 г. Ю. Ю. Русецкас
Литовский институт леса, LT-4312, Гирионис, ул. Лиепу 1, Каунасский р-н, Литва
E-mail: Jruseckas@takas.lt Поступила в редакцию 08.04.2002 г.
Дан анализ общепринятых методов определения величин полной влагоемкости (ПВ) и общей пористости (ОП) почв и влияния этих методов на изменение упомянутых физических констант почв. Показано, что для почв под лесными культурами или лесными массивами стандартные методы определения ПВ дают неточные результаты, ошибка определения составляет 3-15%, а в отдельных случаях более 28%. Отмечается, что при установлении величин ПВ предложенным усовершенствованным прибором, а ОП пикнометрическим способом существенных отличий между этими величинами в разных почвах не обнаруживается. Показано, что достаточно точно (0.18-3.8 ± 1.0% точностью) нами предложенным усовершенствованным прибором можно установить и общую пористость почв.
Хотя в физике почв термины полной влагоемкости (водовместимости) и общей пористости почвы используются со времен исследований Коссо-вича [14], некоторые авторы понятия этих терминов до сих пор интерпретируют различно. Например, ученые Бавер с соавт. [23], Бради, Ве-ил [24], Секера [27] и др. считают, что полная вла-гоемкость почвы по существу соответствует общей пористости почвы. Но большинство почвоведов России, Белоруссии, Литвы и некоторых других стран [1, 4-6, 10, 15, 20, 22, 26] эти физические константы почвы строго различают, как по методу их определения, так и по абсолютным величинам. Некоторые ученые [9, 11, 13], описывая физические свойства почвы, величины полной влагоемкости и общей пористости представляют в отдельных графах таблиц, но сами цифры в этих графах по существу не различаются (или совсем не различаются, или различаются в сотых долях). Такая различная трактовка в литературе вышеупомянутых физических констант почвы, по нашему мнению, связана с двумя причинами: во-первых, различаются мнения некоторых авторов о способности насыщенных водой почв удерживать в себе некоторое количество защемленного воздуха. По мнению Долгова, Вадюниной, Нерсесовой [7], в насыщенной водой почве защемленный воздух (Взащ) составляет 5-8 и даже 10% объема почвы. Но экспериментальные данные Нестеренко, Симонова, Вейнберга (цит. из. "Путеводителя почвенной экскурсии" [16]) показывают, что величина Взащ составляет только 1.8-2.0% (такую величину они получили при определении полной влагоемкости, насыщая образцы почв в обычной обстановке и при вакуумировании).
Второй фактор, почему разные авторы по-разному трактуют понятие сущности полной влагоемкости почвы - это существующие различные, иногда и неверные, методики определения этой водно-физической характеристики почвы. По мнению некоторых ученых [23, 24], полную влагоемкость почвы следует определять расчетным путем, как и общую пористость. Другие ученые [12, 17, 25, 28] предлагают полную влагоемкость почвы определять непосредственно насыщая ненарушенные образцы почвы водой в специальных ваннах. Есть мнение [3, 7], что полная влагоемкость почвы может быть определена как непосредственным, так и расчетным путем. Отдельно следует напомнить мнение A.A. Роде по этому вопросу. В некоторых своих трудах [18] он писал, что полную влагоемкость почв следует вычислять из величины порозности, так как методы непосредственного экспериментального определения ПВ путем полного насыщения небольших монолитиков почвы дают неверные результаты, так как в процессе извлечения этих монолитиков из ванн с водой из них всегда удаляется некоторое количество воды.
Чтобы этого не допустить, Долгов, Вадюнина и Нерсесова [7] еще в 1966 г. предлагали перед извлечением патронов с почвой из воды плотно закрывать их крышками, сначала с верхней стороны, а затем, перевернув их, и с нижней стороны. Но в современных методических руководствах по изучению почвенной структуры [3, 17, 25] упомянутый метод герметизации цилиндров после увлажнения почвы не акцентируется. Наоборот, в некоторых из них [17, 25] указывается, что образцы взвешиваются только после стекания из почвенных образцов избыточной воды. Надо согла-
204
РУСЕЦКАС
Сравнение значений общей пористости, установленной по стандартным методикам, и полной влагоемкости почвы, установленной с помощью предлагаемого прибора
Почва Глубина взятия проб, см Плотность почвы, г/см3 ОП, % ПВ, % Aß, %
Болотная переходная 2-10 0.154 ± 0.007 89.81 ± 0.91 89.40 ± 0.64 0.46 ± 1.11
торфяная мощная 10-20 0.173 ± 0.008 88.60 ± 0.68 88.76 ± 0.38 -0.18 ± 0.78
20-30 0.169 ± 0.008 88.60 ± 0.41 88.73 ± 0.41 -0.15 ± 0.58
30-40 0.156 ± 0.006 89.60 ± 0.72 89.50 ± 0.32 0.11 ± 0.79
40-50 0.151 ± 0.007 90.00 ± 0.46 90.00 ± 0.28 0.0 ± 0.54
Средняя разница ±0.18 ± 0.76
Болотная низинная 2-10 0.172 ± 0.008 88.91 ± 1.10 88.72 ± 0.64 0.21 ± 1.27
торфяная мощная 10-20 0.220 ± 0.010 85.40 ± 0.76 85.02 ± 0.38 0.44 ± 0.85
20-30 0.218 ± 0.009 85.36 ± 0.86 85.09 ± 0.46 0.32 ± 0.97
30-40 0.196 ± 0.003 87.01 ± 0.67 86.89 ± 0.38 0.14 ± 0.77
40-50 0.190 ± 0.004 86.88 ± 0.41 86.69 ± 0.51 0.22 ± 0.66
Средняя разница ± 0.27 ± 0.90
Среднеподзолистая 5-10 1.32 ± 0.05 44.6 ± 0.6 44.3 ± 0.7 0.67 ± 0.92
песчаная 10-20 1.48 ± 0.07 42.2 ± 0.4 42.6 ± 0.2 -0.95 ± 0.45
20-30 1.52 ± 0.02 41.1 ± 0.7 41.3 ± 0.6 -0.49 ± 0.92
30-40 1.56 ± 0.04 40.5 ± 0.3 40.7 ± 0.5 -0.49 ± 0.58
50-60 1.65 ± 0.06 36.4 ± 0.8 36.0 ± 0.4 1.09 ± 0.89
60-70 1.64 ± 0.07 37.8 ± 0.4 37.4 ± 0.5 1.05 ± 0.64
70-80 1.67 ± 0.08 38.9 ± 0.7 37.6 ± 0.6 3.34 ± 0.92
90-100 1.65 ± 0.04 38.8 ± 0.8 38.0 ± 0.6 2.06 ± 1.00
Средняя разница ± 1.27 ± 0.79
Дерново- 5-10 1.24 ± 0.02 48.8 ± 0.8 48.9 ± 0.4 -0.20 ± 0.89
слабоподзолистая 10-20 1.32 ± 0.06 46.9 ± 0.5 45.8 ± 0.3 2.34 ± 0.58
супесчаная 20-30 1.42 ± 0.05 44.1 ± 0.2 43.9 ± 0.4 0.46 ± 0.44
30-40 1.48 ± 0.07 42.1 ± 0.6 41.0 ± 0.5 2.60 ± 0.78
40-50 1.53 ± 0.04 40.5 ± 0.4 40.3 ± 0.3 0.49 ± 0.50
50-60 1.58 ± 0.03 39.4 ± 0.5 38.5 ± 0.4 2.28 ± 0.64
60-70 1.59 ± 0.01 39.7 ± 0.8 38.2 ± 0.6 3.78 ± 1.00
70-80 1.61 ± 0.04 39.3 ± 0.3 39.2 ± 0.5 0.25 ± 0.58
90-100 1.61 ± 0.02 38.9 ± 0.75 38.3 ± 0.7 1.54 ± 0.99
Средняя разница 1.60 ± 0.82
Дерново- 2-10 1.01 ± 0.02 59.1 ± 0.3 58.4 ± 0.4 1.18 ± 0.50
слабоподзолистая 10-20 1.43 ± 0.05 47.6 ± 0.6 47.8 ± 0.7 -0.42 ± 0.92
глееватая глинистая
20-30 1.48 ± 0.04 44.5 ± 0.2 44.3 ± 0.6 0.45 ± 0.63
30-40 1.49 ± 0.03 46.6 ± 0.3 46.1 ± 0.4 1.07 ± 0.50
40-50 1.49 ± 0.05 44.0 ± 0.7 43.2 ± 0.3 1.81 ± 0.76
Средняя разница ± 0.98 ± 0.66
ситься с Емельяновым [8], что таким путем может быть найдена капиллярная влагоемкость, характеризующая водоудерживающую способность почвенного образца, но ни в коем случае не водовместимость (полная влагоемкость). Правда, для некоторых плотных, суглинистых почв, в ко-
торых вода бывает крепко связана капиллярными силами, которые не позволяют ей стекать из монолитиков почвы даже при их извлечении из ванн, все упомянутые методы определения полной влагоемкости почвы могут дать хорошие результаты. Но конкретные выводы о приемлемос-
ти тех или иных методов определения полной влагоемкости и общей пористости всех видов почв мы можем сделать только после тщательного анализа имеющихся по этому вопросу эмпирических данных. Поэтому целью работы является на основе эмпирических данных уточнить взаимосвязь (соотношение) между полной влагоемко-стью и общей пористостью почв и предложить наилучшие способы их определения.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Опыты проводили в Дубравском опытном лесхозе Литовской Республики на песчаных, супесчаных, глинистых и торфяных почвах, покрытых хвойными лесами 70-90-летнего возраста.
Образцы почвы естественного сложения отбирались из 8 разрезов прибором Качинского с 5-7-кратной повторностью по 10-сантиметровым слоям почвы до глубины 50-100 см. Объем цилиндров с почвой 500 см3. Из тех же разрезов и горизонтов почвы отбирались и образцы почвы нарушенного строения для определения плотности твердой фазы почвы. В почвах определялись: плотность сложения твердой фазы почвы и общая пористость общепринятыми методами [3, 12, 23, 24].
Для установления полной влагоемкости почвы мы использовали приборы своей конструкции (рис.). Устройство представляет собой сосуд (1) из пластмассы, в котором на стойках (2) помещено второе перфорированное дно (3), которое накрывается фильтровальной бумагой и нейлоновой сеткой с мелкими (3 х 3 мм) отверстиями. Сам сосуд при помощи шлангов (6) и (7) и тройника (5) соединен с компенсатором воды (8). Более подробное описание компенсатора воды можно найти в наших публикациях [19]. Предлагаемый прибор отличается от аналога, то есть прибора Киндта, приспособленного для определения капиллярной и полной влагоемкости почв (этот прибор описан в "Методическом руководстве по изучению почвенной структуры" [17]) тем, что с целью автоматизирования поддержания заданного уровня воды в сосуде (1) прибор снабжен компенсатором воды. Кроме того, наш прибор имеет механизм герметизации нижних концов цилиндров с почвой. Механизм герметизации цилиндров с почвой (рис. Б) состоит из перфорированного дна (9), который подвижными держателями (10) соединен с силовым валиком (11). На перфорированное дно (9) накладывается пористая керамическая прокладка (12), которая в конце опыта подменяется резиновой прокладкой таких же размеров.
Устройство работает следующим образом: образцы почвы ненарушенной структуры с цилиндрами без крышек нижним концом кладутся на
фильтровальную бумагу, наложенную на керамические прокладки (12) герметизирующего механизма. Так укомплектованный образец почвы с механизмом герметизации кладется на дополнительное перфорированное дно (3) сосуда (1). Сосуд (1) прибора до уровня дополнительного перфорированного дна (3) наполняется водой. Далее образцы почвы медленно снизу при помощи автоматического компенсатора насыщаются водой
(8), каждые сутки повышая уровень воды в сосуде на 2 см. Когда уровень воды в сосуде (1) достигает верхних конц
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.