Контроль запасов продуктивной влаги в почве – как это делается
Почему стоит проверить, не испытывает ли жажды ваша почва
Почвенная влага является практически единственным источником влагообеспечения наземных растений. Изучение влажности почвы в ее сезонной и многолетней динамике — необходимая часть экологических, агропочвенных, почвенно-генетических исследований.
Влажность почвы характеризуется отношением массы содержащейся в почвенном образце влаги к массе подготовленного и высушенного образца и выражается обычно в процентах.
Основным, наиболее распространенным и надежным методом определения влажности почвы в лабораторных условиях является термостатно-весовой метод. Термостатно-весовой метод определения влажности заключается в измерении веса влаги, содержащейся в образце.
Отбор образцов для определения влажности производят в полевых условиях по генетическим горизонтам почвенного разреза, или из скважин через каждые 10 см с помощью почвенного бура или лопаты, на глубину зависящей от целей исследования.
Образец отбирается ножом или стамеской из нижней части бура или нижней границы горизонта, в предварительно взвешенный сухой алюминиевый бюкс. Бюкс немедленно закрывают крышкой и убирают. В лаборатории бюксы с влажной почвой взвешивают, сушат в сушильном шкафу при t=105°С в течении 6-8 часов. Достав из шкафа сразу накрывают крышкой во избежание поглощения почвой влаги из окружающей среды, охлаждают и взвешивают.
Специалистами отдела агрохимии и токсикологии Волгоградского филиала ФГБУ «Ростовский референтный центр Россельхознадзора», на основании договорных отношений, проведено обследование десяти полей землепользователя в Киквидзенском районе, на которых было отобрано 100 почвенных проб для определения содержания продуктивного запаса влаги в метровом слое. По результатам анализа заказчику вручены протоколы лабораторных испытаний и материалы обследования пахотных земель.
(Источник и фото: пресс-служба ФГБУ «Ростовский референтный центр Россельхознадзора»).
Источник
Термостатно весовой способ определения влажности почвы
Методы определения влажности, максимальной гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений
Soils. Methods of determination of moisture, maximum hygroscopic moisture and moisture of steady plant fading
Дата введения 1990-06-01
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Государственным агропромышленным комитетом СССР
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 27.09.89 N 2924
3. Срок первой проверки — 1994 г.
4. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
Обозначение НТД, на который дана ссылка
Номер пункта, подпункта, приложения
1.2; 2.1.2; 2.2; 3.1.2; 3.2
6. Ограничение срока действия снято по протоколу N 4-93 Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 4-94)
7. ПЕРЕИЗДАНИЕ. Декабрь 2005 г.
Настоящий стандарт распространяется на некаменистые почвы, т.е. почвы, в которых массовая доля частиц крупнее 3 мм не превышает 0,5%, и устанавливает методы определения влажности, максимальной гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений.
1. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ПОЧВЫ
Сущность метода заключается в определении потери влаги при высушивании почвы.
Предельное значение суммарной относительной погрешности метода при доверительной вероятности =0,95 составляет, % от измеряемой величины:
1.1. Метод отбора проб
1.1.1. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение почвенных проб — по ГОСТ 17.4.3.01, ГОСТ 17.4.4.02, ГОСТ 12071, для агрохимических исследований — по ГОСТ 28168.
1.1.2. Пробу, поступившую на анализ, тщательно перемешивают. Методом квартования из нее отбирают две аналитические пробы массой 15-50 г каждая (чем ниже влажность, тем больше масса пробы).
1.2. Аппаратура, материалы и реактивы
Весы лабораторные 4-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 100 г по ГОСТ 24104*.
* С 1 июля 2002 г. введен в действие ГОСТ 24104-2001 (здесь и далее).
Гири аналитические 2-го класса точности по ГОСТ 7328*.
* С 1 июля 2002 г. введен в действие ГОСТ 7328-2001.
Шкаф сушильный с регулятором температуры от 80 до 105°С с погрешностью регулирования до 2°С.
Стаканчики весовые алюминиевые с крышками ВС-1.
Эксикатор исполнения 2 по ГОСТ 25336 со вставкой исполнения 1 по ГОСТ 9147.
Кальций хлористый технический.
1.3. Подготовка к анализу
1.3.1. Подготовку весов, сушильного шкафа, весовых стаканчиков и эксикатора выполняют согласно приложению 1.
1.3.2. Чистые пронумерованные стаканчики ВС-1 сушат в шкафу при температуре (105±2)°С в течение 1 ч, вынимают из шкафа, охлаждают в эксикаторе с хлористым кальцием и взвешивают с погрешностью не более 0,1 г.
1.4. Проведение анализа
1.4.1. Аналитические почвенные пробы помещают в пронумерованные, высушенные и взвешенные стаканчики и закрывают их крышками.
1.4.2. Стаканчики и почву в стаканчиках взвешивают с погрешностью не более 0,1 г.
1.4.3. Стаканчики открывают и вместе с крышками помещают в нагретый сушильный шкаф.
Почву высушивают до постоянной массы при температуре:
(105±2)°С — все почвы, за исключением загипсованных;
(80±2)°С — загипсованные почвы.
Время высушивания до первого взвешивания:
незагипсованных почв: песчаных — 3 ч, других — 5 ч;
загипсованных почв — 8 ч.
Время последующего высушивания:
песчаных почв — 1 ч;
других почв, в том числе загипсованных — 2 ч.
1.4.4. После каждого высушивания стаканчики с почвой закрывают крышками, охлаждают в эксикаторе с хлористым кальцием и взвешивают с погрешностью не более 0,1 г. Если взвешивание производят не позднее 30 мин после высушивания, можно охлаждать закрытые стаканчики на открытом воздухе без эксикатора. Высушивания и взвешивания прекращают, если разность между повторными взвешиваниями не превышает 0,2 г. Почвы с высоким содержанием органического вещества могут при повторных взвешиваниях иметь большую массу, чем при предыдущих, из-за окисления органического вещества при высушивании. В таких случаях для расчетов следует брать наименьшую массу.
1.5. Обработка результатов
1.5.1. Массовое отношение влаги в почве ( ) в процентах вычисляют по формуле
,
где — масса влажной почвы со стаканчиком и крышкой, г;
— масса высушенной почвы со стаканчиком и крышкой, г;
— масса пустого стаканчика с крышкой, г.
За результат анализа принимают среднее арифметическое значение результатов двух параллельных определений. Вычисления проводят до второго десятичного знака с последующим округлением результата до первого десятичного знака.
1.5.2. Допускаемые относительные отклонения результатов параллельных определений от их среднего арифметического при доверительной вероятности =0,95 составляют, % от измеряемой величины:
Источник
Сельскохозяйственная техника
В опытах по изучению режима орошения сельскохозяйственных культур при существующих способах полива необходимо очень часто и в больших масштабах проводить определение запасов влаги в почве, которые в дальнейшем используются для расчета поливных норм, назначения поливов, определения глубины промачивания толщи почвогрунтов и других параметров.
Основным методом определения влажности почвы является термостатно-весовой, основанный на отборе почвенных образцов в полевых условиях и длительной их сушке при постоянной, высокой температуре в термостатах. Вес испарившейся влаги, отнесенный к весу абсолютно сухой почвы, выраженный в процентах, и является при этом методе основным показателем запасов влаги в почве.
Термостатно-весовой метод определения влажности почвы довольно точен и является пока эталоном при сравнении его с другими методами. Однако, наряду с определенными преимуществами, он обладает рядом недостатков, главными из которых являются: трудоемкость, нарушение естественного сложения почвы при отборе образцов, невозможность наблюдать влажность в одних и тех же объемах почвогрунта, большая повторность и другие.
В сельскохозяйственной практике широкое распространение получил нейтронный метод определения влажности почвы, устраняющий вышеперечисленные недостатки термостойно-весового метода и позволяющий оперативно, точно и объективно измерить количественные запасы почвенной влаги на любой заданной глубине в объемных единицах.
Принцип работы нейтронного влагомера НИВ-2 основан на эффекте рассеяния и замедления быстрых нейтронов ядрами водорода, входящего в состав воды. Быстрые нейтроны, сталкиваясь с ядрами протонов водорода, создают гамма-излучение, а сами теряют скорость и превращаются в медленные нейтроны. Работа прибора основана на регистрации медленных нейтронов и гамма-излучений и характеризует по влажности слой почвы в радиусе до 30 см.
Источник
Влажность почвы, учимся измерять
Подписаться на блог
Влагоемкость почвы
Для начала рассмотрим строение почвы. Во-первых, она состоит из твердых частиц и пор. К первым относятся песок, глина, гумус — все, что не является жидкостью или газом. А пустоты, которые находятся между этими твердыми частицами, на зываются порами. Эти поры заполняются газами (воздухом) или водой. В среднем, оптимальное отношение: 50% твердая фаза к 50% пор. Очень важен и размер этих пор. Самые маленькие поры формируют вместе «туннели» для воды — капилляры. Это очень важная часть почвы, так как по капиллярам может подниматься вода из более глубоких горизонтов. Считается, что корневая зона может увлажняться грунтовыми водами, если они находятся на глубине не более 3 м. Тогда влага из этих горизонтов и поднимается вверх по капиллярам. Кроме того, при пересыхании почвы, за счет поверхностных сил, вода может удерживаться в этих сосудах, не позволяя грунту высохнуть слишком быстро.
Влажность почвы — это процентное соотношение всей почвенной влаги к сухому грунту. То есть, влажность почвы 20% означает, что на 100 г полностью сухой почвы приходится 20 г влаги (или в 120 г почвы на вашем поле 20 г влаги). Очень важно запомнить, что для вычислений берется именно сухая почва, а не влажная. Например, молоко, жирностью 4% означает, что 4 г жира находится на 100 г цельного молока, а не обезжиренного (которого, соответственно, 96 г). Тогда как влажность почвы 4% — это 4 г влаги и 100 г сухой почвы (или 104 г почвы с влажностью 4%).
Влагоемкость почвы — это максимальное количество влаги, которое почва может в себе удержать.
Различают несколько влагоемкостей:
ПВ (полная влагоемкость) — максимальное количество воды, которое может вместиться во всех порах почвы. По сути, это полностью залитое поле. В этом случае количество воздуха в пустотах равняется нулю, такая ситуация на поле крайне нежелательна.
Но самый важный показатель — это наименьшая влагоемкость (НВ) , зная значения которой, удобнее всего определять необходимость полива. Это то количество влаги, которое почва способна «активно» удерживать с помощью различных сил (адсорбция, химические связи, гидроколлоиды, капилляры и т.п.). Если проще, то наименьшая влагоемкость достигается тогда, когда после полного насыщения почвы водой стекает лишняя влага, которая почвой активно не удерживается (вода с крупных пор).
Поэтому оптимальную влажность почвы и удобнее выражать в процентах НВ. Этот показатель показывает не только содержание влаги на вашем участке, но и ее форму. Свободная гравитационная влага недоступна растениям, а только вредит им. Слишком высокая НВ (85% и больше) пригодна для развития растений, но повышает риск развития корневых заболеваний.
Как правило, 100% НВ достигается при влажности почвы от 20% (легкие почвы) до 40% (суглинистые почвы). Другими словами, если у вас супесчаная почва, то оптимальные для большинства культур 75% НВ достигается при влажности почвы 15%, если же тяжелая — вплоть до 30%.
Влагоемкость — достаточно стабильный показатель. Если в почве не происходит кардинальных перемен (как, например, с тепличным субстратом, где создается интенсивный агрофон, вносятся удобрения, торф, мелиоранты), то этот параметр достаточно измерять раз в несколько лет. Он нужен для того, чтобы правильно использовать результаты измерения влажности почвы.
Например, если НВ 30%, а влажность почвы 21 %, то эту влажность почвы можно выразить как 70% нормальной влагоемкости.
Это можно выразить как: чтобы заполнить ящик плодами на 60%, сначала нам нужно узнать емкость этого ящика (узнать НВ грунта). Следующий шаг — нам нужно взвесить плоды, которые уже находятся в ящике (влажность почвы). При этом в одном и том же виде ящиков количество плодов может быть разное (достаточно один раз узнать НВ своей почвы, влажность меняется постоянно). И вот, если мы знаем, что в ящике емкостью 10 кг находится 3,5 кг плодов, то он заполнен на 35%, значит, нам нужно доложить 2,5 кг плодов. Подобьем первые итоги. Чтобы научиться поливать растения правильно, необходимо:
- Определить способ, которым будет измеряться влажность почвы (однократно);
- Измерить плотность, затем НВ своей почвы (однократно);
- Измерять влажность своей почвы (регулярно);
- Перевести влажность почвы в % от НВ.
- Следить, чтобы влажность почвы не выходила за определенные рамки. Например, не была ниже 60% НВ и выше 80% НВ. То есть, начинать полив нужно при 60% НВ.
Как измерять влагоемкость грунта?
Наименьшая влагоемкость почвы наблюдается, когда после обильного увлажнения (или затопления) вся лишняя влага уходит в глубокие горизонты. Поэтому в полевых условиях этот параметр можно измерять при залегании грунтовых вод глубже 3 м, иначе они будут постоянно насыщать грунт новыми порциями влаги.
Ранней весной, когда почва наполнена талыми водами, выбирают типичный участок поля (1,5×1,5 м), который накрывают пленкой и соломой, чтобы предотвратить испарение влаги. На орошаемых землях анализ можно проводить после обильного полива. Существует и третий вариант — создание небольшого участка затопления. Для этого выбранный участок окружается земляными валами (земля берется вдалеке от площадки, чтобы не нарушать рельеф поля), деревянными или железными рамами. Для промачивания почвы нужно использовать 200 л воды на квадратный метр, если почвы легкие, до 300 — на суглинистых. В том месте, куда будет наливаться вода, нужно положить фанерку, чтобы не размывать грунт струей. Воду нужно вливать порционно, чтобы ее слой был высотой не более 5 см. Следующую порцию подают после того, как предыдущая впитается.
Во всех трех случаях землю накрывают клеенкой и соломой. Через сутки, трое суток, а на суглинистых почвах и через 10 суток отбирают образцы почвы через каждые 10 см (0-10, 10-20, 20-30. ) и измеряют влажность образцов. Полученные данные называют НВ1, НВЗ и НВ10 соответственно. На супесчаных грунтах самый оптимальный параметр — НВЗ, на тяжелых — НВ10. НВ1 актуален там, где избытки влаги стекут уже в течение суток (содержание песка близкое к 100%, большое количество крупнозернистой фракции).
Показателем наименьшей влагоемкости будет влажность образца. То есть, если на 100 г высушенного в термостате грунта в образце придется 27 г воды, значит, 100% НВ соответствует 27% влажности почвы.
Измерение влажности почвы
Самым точным методом, который используют и лаборатории, считается термостатно-весовой. Он очень прост и использует всего три вида оборудования: весы, термостат и бур, который может заменяться лопаткой. Термостатом может послужить практически любая печь, духовка или котел, и градусник. Минус этого метода очевиден — узнать влажность почвы можно только через 2-3 дня с момента отбора пробы, поэтому определить таким образом необходимость полива будет крайне сложно. Но другие методы измеряют не влажность почвы, а другие ее свойства, которые зависят от влажности. Так, например, электропроводимость почвы зависит от концентрации почвенного раствора (например, анализ с помощью прибора TDS-метра). С одной стороны, она выше, если меньше влажность, с другой же — любое внесение удобрений сильно повлияет на результат исследования.
Определившись, каким образом вы планируете регулярно измерять влажность почвы, для определения НВ советуется использовать как термостатно-весовой метод, так и выбранный вами прибор. Таким образом, вы проведете своего рода калибровку.
Рассмотрим пример. Если плотность Вашей почвы будет составлять 1,1 г на кубический сантиметр, согласно термостатно-весовому методу НВ почвы будет 30% ее влажности, а согласно оперативному методу — 25%, то ошибка измерения составит 165 т воды на га. Поэтому, определяя влажность почвы выбранным прибором, за 100% НВ нужно будет принимать влажность почвы в 25%.
Измерение влажности с помощью электрических приборов чаще всего исследует другие свойства почвы: сопротивления, электропроводимости, индуктивности и т.п.
Самое широкое распространение получили приборы, которые измеряют диэлектричиеские свойства почвы. Чаще всего профессиональный прибор весит несколько сот грамм, оборудованный специальным щупом. После «укола» почвы щупом, экран прибора показывает ее влажность в процентах (спустя 3-5 секунд).
Существуют и упрощенные версии такого оборудования для частного сектора, он может измерять влажность почвы (с точностью до 10%), ее кислотную среду, более дорогие модели — температуру почвы. Приборы восточных стран даже не всегда показывает цифры, некоторые модели ограничиваются шкалами, вроде почва «очень сухая» и т.п. Делать большие ставки на такую электронику не стоит — у нее даже не всегда есть возможность калибровки. Существуют в продаже и мини-модули, которые могут быть частью системы для бюджетной системы автоматизации (например, Ardunino).
Тензиометры
Метод измерения влажности тензиометром основан на изменении давления внутри трубки прибора. Прибор состоит из вакуумной керамической трубки и вакуумного манометра (прибор для измерения давления).
Перед использованием тензиометр заряжается — погружается в воду до полного насыщения керамической трубки. После он размещается в поле (заглубляется в грунт). Советуется использовать два тензиометра, для разной глубины (например, для 20 и 40 см). Чем более сухой становится почва, тем сильнее она «вытягивает» воду с вакуумной трубки прибора, в результате чего давление в ней падает. Второй элемент тензиометра — вакуумный манометр измеряет это падение. Эти данные уже с помощью специальных таблиц переводят в фактическую влажность почвы.
Так как прибор фиксирует падение давления, то стрелка отклоняется в минусовую сторону (ниже нуля). Чем дальше она отходит от нулевой отметки, тем ниже влажность почвы. Без таблиц использовать данные прибора нельзя, так как при полной влагоемкости стрелка может показывать от — 10 сантибар (примечание: сантибар — 0,01 бар) на тяжелых почвах до — 40 сантибар на легких. Нужно учитывать и влияние других факторов, в том числе, температуры почвы.
Так сколько же поливать?
Последнее, что нам нужно сделать — рассчитать норму полива. Для этого можно использовать приборы, которые есть в наличии (поливать до тех пор, пока прибор не зафиксирует нужную нам влажность почвы) или рассчитывать норму математическим методом.
Тут все немного сложнее. Первое, что нам нужно узнать — удельный вес сухой почвы (масса 1 см3 почвы в граммах или 1 м3 в тоннах), его также называют плотностью. Но для этого не подойдут наши образцы — их объем будет нарушен при сушке. Проще всего узнать удельный вес из таблиц, так как этот параметр не слишком переменчив и больше всего зависит от гранулометрического состава почвы. Конечно, рыхление снижает ее удельный вес, но на норму полива это не повлияет.
Если мы знаем, что в наш ящик нужно доложить плодов на 25% его вместимости, то мы умножаем эту вместимость на 0,25 (10 кг % 0,25 = 2,5 кг). Аналогично и с почвой. Если Вам нужно увеличить влажность почвы на 10%, то Вам нужно умножить ее массу на 0,1.
Чтобы узнать массу почвы на Вашем участке, нужно ее площадь в квадратных метрах умножить на 0,3 (корневая зона — это 30 см или 0,3 м) и умножить на удельный вес.
Для гектара это будет 10 000 м2 х 0,3 м = 3000м3.
Если 1 м3 грунта весит 1,1 т, то нам нужно увлажнить: 3 000 м3 х 1,1 т/м3 = 3,3 тыс. т почвы. Тогда норма полива (10% от этой цифры) составит 330 м3.
Ну и самый простой способ определения влажности почвы — ее нужно сжать в руке. Если сквозь пальцы не начала проникать вода, но, разжав ладонь, почва остается в комке — это удовлетворительная влажность. Скоро придется поливать. Сколько нужно полить? Этот метод не ответит на такие вопросы.
Чтобы измерять влажность почвы термостатно-весовым методом, нужно проделать следующие операции:
- Подготовить жаропрочную посуду для образцов. В лабораторных условиях для этого используют алюминиевые бюксы с притертыми крышками. И бюкс и крышка имеют свой номер, который записывается, чтобы сохранить точность анализа. Посуда должна быть чистой, предварительно взвешенной с максимальной точностью (бюкс с крышкой вместе) — масса 1. Здесь придется или использовать точные весы (согласно методике, весы должны взвешивать до 0,01 г, но подойдут и с точностью до 0,1 г). Если нет возможности воспользоваться такими весами, на анализ отбирают больше грунта, но тогда и сушить его придется дольше.
- Отобрать пробу грунта с помощью бура или лопатки. Поместить их в приготовленную посуду на половину объема (до 2/3).
- Взвесить посуду, крышку и грунт вместе — масса 2.
- Поставить их на сушку при температуре 100-105°С, пока вес бюкса не перестанет меняться. Так узнаем массу 3.
- Перед последним взвешиванием закрыть посуду крышкой и дать ей остыть в плотно закрытом шкафчике.
- Сушка позволяет узнать, сколько воды было в образце почвы (масса 2 минус масса 3) и вес сухого грунта (масса 3 минус масса 1). Массу воды делят на массу сухого грунта и умножают на 100% — так узнают влажность почвы в момент отбора пробы.
Источник
