Визначення гранулометричного (механічного) та структурного складу ґрунту.

Ґрунт-верхній пухкий шар земної кори, що володіє родючістю, тобто, здатністю забезпечувати рослини вологою, повітрям та поживними речовинами.

Ґрунт складається з твердої (мінеральні та органічні речовини), рідкої (вода, ґрунтовий розчин) і газоподібної (ґрунтове повітря) частин або фаз. Мінеральну частину твердої фази ґрунту складає подрібнена, в основному, до піску або глини в процесі ґрунтоутворення гірська (материнська) порода. Вивільнені у результаті подрібнення гірських порід мінеральні сполуки і мінеральна речовина, що утворюються в результаті розкладу (мінералізації) органічних залишків ґрунтовими мікроорганізмами, розчинні у воді, утворюють ґрунтовий розчин – поживне середовище для рослин. У залежності від складу і концентрації розчину його реакція може бути кислою, нейтральною або лужною. Більшість культурних рослин добре ростуть в умовах нейтральної або слабко кислої реакції ґрунтового розчину. Основу природної родючості ґрунту обумовлює наявність в ній органічних, перегнійних або гумінових речовин, що забезпечують найкращі для рослин фізико-хімічні властивості ґрунту, її поживний, водно-повітряний і тепловий режими.

Ґрунт володіє цілим рядом фізико-механічних властивостей, з яких визначальне значення в її родючості і умовах обробітку мають: гранулометричний (механічний) склад, структура, пористість, пластичність і твердість.

Гранулометричний (механічний) склад ґрунту – відносний вміст у ґрунті елементарних частинок різного розміру. З метою класифікації ґрунтові частинки поділяють на “фізичний пісок” (всі частинки більші 0,01 мм) та “фізичну глину” (всі частинки менші 0,01 мм). Залежно від співвідношення цих двох розмірних фракцій ґрунти поділяються:

1) глинисті – більше 50 % “фізичної глини”;

2) суглинисті – 20-50 % “фізичної глини”;

3) супіщані – 10-20 % “фізичної глини”;

4) піщані – менше 10 % “фізичної глини”.

Ґрунти із високим вмістом глинистих частинок відносяться до важких (глинисті). Важкими їх називають через значні затрати енергії на їх механічний обробіток. Такі ґрунти називають ще “холодними”, оскільки завдяки високій вбірній здатності вони утримують велику кількість води і повільно прогріваються весною. Через високу щільність важких ґрунтів у них дуже повільно здійснюється газообмін із атмосферним повітрям. Результатом цього є надлишок вуглекислого газу у ґрунті, що пригнічує ріст і розвиток рослин. Несприятливим є і водний режим важких ґрунтів, оскільки атмосферні опади повільно фільтруються у нижні шари, залишаючись на поверхні, що призводить до утворення закисних мінеральних сполук, які згубно діють на рослини.

Дефіцит кисню пригнічує розвиток мікроорганізмів, тому мінералізація органічних залишків гальмується. Це призводить до того, що не дивлячись на достатню кількість елементів живлення вони не можуть бути сповна використані культурними рослинами.

Піщані ґрунти навпаки легко піддаються обробітку сільсько-господарськими знаряддями і їх називають легкими. Такі ґрунти найшвидше прогріваються весною і є “теплими” ґрунтами. Легкі ґрунти мають хороший повітряний режим, оскільки через велику кількість пор тут інтенсивно проходить газообмін із атмосферним повітрям. Вони також характеризуються добре вираженою водопроникністю.

Однак легкі ґрунти мають ряд негативних особливостей. Водний режим у них не стійкий і залежить від кількості й частоти випадання опадів. Через незначну вологоємкість таких ґрунтів вода не затримується в орному шарі, а фільтрується вниз. Тому рослини на таких ґрунтах страждають від нестачі вологи.

У легких ґрунтах енергійно проходить розклад органічних решток і добрив з вивільненням великої кількості азоту і зольних елементів живлення, але вони тривалий час не затримуються у орному шарі, оскільки вбирна здатність пісків мала. Поживні речовини, які не засвоїлися рослинами, вимиваються у нижні шари або виносяться в ґрунтові води. Крім цього, яскраво виражений процес мінералізації органічних речовин не сприяє нагромадженню гумусу. Тому ці ґрунти бідні на поживні речовини.

Кращими за механічним складом вважаються суглинисті та супіщані ґрунти. Вони мають більш сприятливе у порівнянні з піщаними і глинистими ґрунтами співвідношення водного, повітряного і теплового режимів.

Елементарні частинки ґрунту можуть знаходитись у вигляді окремих частинок, що являють собою окремі зерна різноманітних мінералів і порід, або бути об’єднані під впливом різних факторів у структурні агрегати (грудки). Ґрунтовий агрегат – це сукупність первинних часточок або мікроагрегатів, з'єднаних між собою внаслідок коагуляції колоїдів, склеювання, злипання.

Сукупність таких агрегатів різної величини, форми і якісного складу називають структурою ґрунту, яка є важливим фактором родючості й морфологічною ознакою. Здатність ґрунту розпадатись на грудочки або агрегати називають структурністю.

За розміром агрегатів розрізняють структуру ґрунту: глибисту – грудочки розміром більш як 10 мм; макроструктуру – грудочки від 10 до 25 мм; мікроструктуру грубу – частинки від 0,25 до 0,01 мм; мікроструктуру тонку – частинки менше 0,01 мм.

Якісною оцінкою структури ґрунту є вміст окремих розмірних фракцій агрегатів у ньому. Найбільш агрономічно цінними є агрегати розміром 0,25–10 мм.

Структурований шар ґрунту орного горизонту, як правило, має вищу родючість ніж неструктурований. На неструктурованих ґрунтах майже неможливо якісно провести сівбу, сходи є дуже нерівномірними, ускладнюється догляд за посівами.

У формуванні структури ґрунту розрізняють два основних процеси: механічний поділ ґрунту на шматки і утворення міцних, що не руйнуються під впливом вологи, агрегатів. Вказані процеси протікають під впливом фізико-механічних, хімічних та біологічних факторів структуроутворення.

Отримання стійкої та якісної структури можливе за обробітку ґрунту в стані фізичної стиглості. Фізична стиглість ґрунту – такий його стан, коли він добре піддається обробітку з найменшими затратами механічної енергії, що забезпечується за певної вологості. Так, фізична стиглість глинистих ґрунтів спостерігається за 50–65 %, суглинистих – 40–70 % вологості від повної вологоємності.

Існує два поняття структури ґрунту – морфологічне і агрономічне. В морфологічному розумінні хорошою структурою буде горіхувата, стовпчаста, призмоподібна, пластинчаста тощо. В агрономічному розумінні цінною буде така структура, яка забезпечує оптимальні умови водного і повітряного режимів ґрунту. Це дрібногрудкувата і зерниста.

За розміром агрегатів структуру ґрунту класифікують так:

1) бриласта – > 10 мм;

2) грудкувато-зерниста (макроструктура) – 10-0,25 мм;

3) розпорошена (мікроструктура) — <0,25 мм (за Саввіновим).

П.А. Костичев запропонував розрізняти водотривку і неводотривку структуру ґрунту.

Структура ґрунту є одним з показників родючості ґрунту. Найбільш цінною є така структура, агрегати якої мають розмір від 10 до 0,25 мм і тривалий час не руйнуються у воді (табл. 1.1).

Таблиця 1.1

Шкала для оцінки структурного стану ґрунту

(за С.І. Долговим, П.У. Бахтіним)

Властивість ґрунтових агрегатів протистояти руйнівній силі води називають водотривкістю.

Агрегатний склад ґрунту визначають різними методами.

Метод Саввінова. Сухе просіювання. Відібрані в полі зразки ґрунту в лабораторії доводять до повітряно-сухого стану. Для цього з них заздалегідь вибирають коріння, стебла та інші домішки, а великі грудки легенько роздавлюють дерев'яним шпателем.

Наважку повітряно-сухого ґрунту 0,5-2,5 кг просіюють крізь набір сит з отворами діаметром 10; 7; 5; 3; 2; 1; 0,5 і 0,25 мм. На нижнє сито одягають піддонник, а верхнє закривають кришкою. При просіюванні слід уникати струшування, щоб запобігти частковому руйнуванню агрегатів. Просіювання проводять шляхом нахилу сит в один і другий бік від 5 до 15 разів, злегка постукуючи при цьому долонею по краю сита. Після просіювання ґрунтові фракції з кожного сита зважують і вираховують їх вміст кожної окремо в процентах до взятої наважки. Масу і процентний вміст фракції діаметром часточок менше 0,25 мм вираховують за різницею між масою наважки і масою всіх фракцій діаметром більше 0,25 мм.

Мокре просіювання. З фракцій, одержаних при сухому просіюванні ґрунту, для визначення водотривких агрегатів складають середню наважку масою 50 г. Для цього з кожної фракції беруть наважку, яка чисельно дорівнює половині її процентного вмісту. Наприклад, якщо в ґрунті фракція 1-2 мм становить 25 %, то беруть наважку 12,5 г. Щоб уникнути забивання сит, в середній зразок не беруть фракцію менше 0,25 мм. Проте при розрахунках вмісту водотривких агрегатів за 100 % приймають наважку 50 г.

Відібрану наважку висипають у циліндр (висота 45 см, діаметр 7 см), наповнений на 2/3 висоти водою, і залишають на 10 хв. для витіснення повітря з ґрунтових агрегатів. Для прискорення цього процесу циліндр накривають притертим склом, обережно нахиляють до горизонтального положення і знову ставлять вертикально. Це повторюють два рази. Через 10 хв циліндр заповнюють водою, накривають склом, перевертають догори дном і тримають у такому положенні кілька секунд, щоб основна маса агрегатів перемістилася вниз.

Рис. 1.1. Мокре просіювання ґрунту за методом Саввінова

Потім циліндр повертають у попереднє положення і знову чекають, поки осяде ґрунт. Після десяти таких перевертань закритий склом циліндр занурюють у воду над набором сит, що в ній стоять (рис. 1.1). Віднімають скло і для рівномірного розподілу ґрунтових агрегатів циліндр повільно водять над верхнім ситом.

Через 40-60 с, коли всі агрегати діаметром більше 0,25 мм впадуть на сито, циліндр накривають під водою склом і виймають. Перенесені агрегати просіюють під водою на ситах з отворами діаметром 5; 3; 2; 1; 0,5; і 0,25 мм. Рівень води в посудині повинен бути на 5-6 см вищим від борта верхнього сита. Набір сит повільно піднімають на 5-6 см, не оголюючи агрегатів, і швидко опускають на 3-5 см. Витримують у такому положенні 2-3 с. і повторюють операцію десять разів. Потім знімають верхні два сита, а останні струшують ще п'ять разів і виймають з води.

Агрегати, що залишились на ситах, промивалкою змивають у фарфорові чашки. Після відстоювання надлишок води зливають з чашок і ставлять на висушування до повітряно-сухого стану. Зважують чашки і визначають масу агрегатів кожної фракції. Перемноживши масу фракції на 2, одержують процентний вміст водотривких агрегатів у ній.

Практична частина

Завдання 1. Визначення гранулометричного (механічного) складу ґрунту наближеним (в польових умовах) методом.

Хід роботи:

1. Визначення гранулометричного (механічного) складу ґрунту в сухому стані.

Із кожного зразка ґрунту беруть пробу масою 20-40 г і розтирають її на долоні або між пальцями і за відчуттям відносять до тієї чи іншої групи за механічним складом, користуючись табл. 1.2.

Таблиця 1.2

Схема визначення механічного складу ґрунту в сухому стані

2. Визначення гранулометричного (механічного) складу ґрунту у вологому стані.

До розтертого на склі ґрунту додають піпеткою воду за одночасного перемішування маси шпателем до утворення тістоподібної маси. Підготовлену таким чином масу перекладають на долоню руки і плавними рухами скачують шнур товщиною близько 3 мм, з якого потім згортають кільце діаметром до 3 см. Після цього визначають різновидність ґрунту за механічним складом, користуючись табл. 1.3.

Таблиця 1.3

Схема визначення механічного складу ґрунту у вологому стані

Завдання 2. Визначення структурного складу ґрунту.

Хід роботи:

1. Скласти усі сита набору так, щоб зверху було сито з найбільшими отворами, а донизу діаметр їх поступово зменшувався (10, 7, 3, 2, 1, 0,5, 0,25 мм).

2. Внизу колони сит помістити піддон.

3. Із зразка ґрунту взяти наважку 200-300 г з точністю до 0,1 г.

4. Помістити наважку на верхнє сито, закрити кришкою і просіяти ґрунт крізь сита.

5. Почергово зважити фракції структурних елементів, які залишились на ситах і потрапили в піддон.

6. Обчислити відсотковий вміст у зразку ґрунту структурних агрегатів певного розміру за формулою:

,

де – маса кожної фракції, г;

– маса загальної наважки, г.

Отримані у результаті виконання 1 і 2 завдання результати заносимо у таблицю встановленої форми (табл. 1.4)

Таблиця. 1.4

Результати визначення механічного і структурного складу ґрунту

Оскільки з агрономічної точки зору найбільш цінними є структурні агрегати розміром від 0,25 до 10 мм, то слід підсумувати за кожним досліджуваним зразком ґрунту процентний вміст цих фракцій. Далі необхідно повести градацію ґрунтів за наступною шкалою:

- якщо вміст структурних агрегатів розміром 0,25…10 мм складає більше 80 % то це добре структурований ґрунт;

- якщо вміст структурних агрегатів розміром 0,25…10 мм складає 50…80 % то це структурований ґрунт;

- якщо вміст структурних агрегатів розміром 0,25…10 мм складає 10…50 % то це погано структурований ґрунт;

- якщо вміст структурних агрегатів розміром 0,25…10 мм складає менше 10 %, то це безструктурний ґрунт.

Слід звернути увагу на розмір переважаючої фракції: якщо переважають агрегати з розміром більшим 10 мм, то це глибистий ґрунт, якщо переважають агрегати з розміром меншим 0,25 мм, то це пилевидний ґрунт. Також необхідно зробити висновок про вплив механічного складу ґрунту на його структурність.