ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИСПЕРСНОСТИ ПОЧВ БОТАНИЧЕСКОГО САДА ТувГУ

Имажап М. А.

магистрант 2 года обучения кафедры физики

Научный руководитель: Чебодаев Михаил Иванович, к.ф.-м.н., доцент кафедры

физики.

Ключевые слова: почва, анализ почв, ботанический сад, дисперсность, образцы почв, сито, диаметр

частиц, удельная поверхность, дисперсная фаза, межфазная поверхность.

Аннотация: Для определения дисперсности почв ботанического сада ТувГУ, определены обработка

результатов исследования.

Введение

Работа выполняется по заказу ботанического сада ТувГУ.

Почва

–

пoверхностный

слой

земной

коры,

который

образуется

и

развивается

в

результате

взаимодействия

растительности,

животных,

микроорганизмов,

материнской

порoды

и

является

самoстоятельным

природным

образованием.

Насколько

этoт

слой

окажется питательным для растений определяется его составом, свойства которого зависят, в

тoм числе, и от размеров почвообразующих частиц. Частицы наименьших размеров обладают

наиболее активной способностью поглощения и обмена. Это определяет многие физические

и химические свойства почв. Стeпень дрoбления минеральной части почв на элементарные

почвенные частицы называется дисперсностью почвы. Благoдаря дисперсности в почвах

можно выделить три фазы: твердую, жидкую, газообразную, находящиеся во взаимодействии

друг с другом [3]. Поэтому целью работы является выявление дисперсного состава почвы

ботанического

сада

ТувГУ.

Для

достижения

поставленной

цели

в

ходе

исследования

решались следующие задачи:

1. Подготовка почвы для дисперсного анализа;

2. Проведение дисперсного анализа;

3. Обработка результатов исследования.

1. Подготовка почвы для дисперсного анализа.

Взятие проб

Отбор проб для исследования физического анализа отбирали весной 2018 г. Отбирали

пробы на глубине 20 – 30 см от поверхности и из каждого горизонта берем пробу массой 1 кг.

И эти слои почвы выделяют на 4 вида:

А

— лесная подстилка;

В — гумусовый слой;

С — почвообразующая или материнская порода;

D — подстилающая порода;

Часть А

– формируются в верхней части почвы за счет отмирающей биомассы

зеленых растений.

Часть В — гумусовый горизонт. Почва выделяется наиболее темной окраской от

почти черной до каштановой. Также зависимости содержания гумуса окраска его изменяется

от белесовато-серой до серой.

Часть С – порода, на которой образовалась почва, слабо затронутая или не затронутая

почвообразовательным процессом.

Часть Д – если почвообразующая порода имеет небольшую мощность и с глубиной

быстро

сменяется

другой

породой

с

иными

свойствами,

то

последняя

выделяется

как

подстилающая порода [1].

В этом случае слои почвы обозначаются через индексы: А, В, С и Д (на рис. 1)

Рис. 1. Слои почвы

Просеивание

Из образца сухой почвы выбираем пробу массой 100 г. Из почвы удаляем сор, крупные

корни отбираем. Просеиваем через колонку сит диаметром 10мм, 7 мм, 5 мм, 3 мм, 2 мм, 1

мм, 0,5 мм и 0,25 мм (на рис. 2)

Рис. 2. Набор сит для просеивания

Набор сит колонке устанавливаем следующим образом, верхнее сито устанавливаем с

отверстием 10 мм, затем 7, 5, 3, 2, 1, 0,5 и 0,25 мм. Внизу колонки сит ставится поддон, а

сверху

–

крышка.

Почву

просеиваем

с

небольшими

порциями,

избегая

сильных

встряхиваний.

Просеивание повторяем до тех пор, пока вся проба почвы не пройдет сквозь сито.

Подготовленный таким образом образец тщательно перемешиваем и сохраняем в пакетике с

соответствующей этикеткой.

Взвешивание

После просеивание почвы взвешиваем на технических весах. Каждый слой отдельно

взвешиваем. Почва состоит из 4 – х слоев, часть А – самый верхний слой почвы, часть В и

часть С – средние слои, а часть Д – самый нижний слой почвы.

В таблице № 1 приведены

массы дисперсных фаз разных слоев почвы [3].

Масса дисперсных фаз разных слоев почвы

Табл. № 1

Размер частиц, мм

Слои почвы

Масса

дисперсных фаз, г

(Часть А)

Масса

дисперсных фаз, г

(Часть В)

Масса

дисперсных фаз, г

(Часть С)

Масса дисперсных

фаз, г

(Часть Д)

10

0

5,81

40,39

16,39

7

3,04

9,47

30,48

13,12

5

3,10

6,76

21,06

11,10

3

5,16

9,12

30,79

11,48

2

4,90

5,89

17,53

6,75

1

8,06

8,16

18,61

5,01

0,5

36,47

14,50

8,76

29,00

0,25

520,15

320,58

230,79

295,78

<0,25

196,16

239,79

188,99

209,29

2. Определение дисперсности почвы

Дисперсность – основная характеристика дисперсных систем и мера раздробленности

вещества.

D = 1/d,

где D – дисперсность, d – диаметр частиц.

Удельная

поверхность –

характеристика

степени

раздробленности

дисперсной

системы.

Она

определяет

межфазную

поверхность,

приходящуюся

на

единицу

объема

дисперсной фазы.

S

уд

= S / V

где S

у д

– удельная поверхность частиц, S – площадь межфазной поверхности, V – объем

дисперсной фазы [2].

В

таблице

№

2

приведены

удельные

поверхности

частиц

кубической,

сферической

и

цилиндрической формы

Удельные поверхности частиц кубической, сферической и цилиндрической формы

Табл. № 2

Для частиц кубической формы:

(Sуд) = 6d

2

/ d

3

= 6 / d = 6D

Для частиц сферической формы:

(Sуд) = (4 π r

2

)/(4 / 3 π r

3

) =

= 3 / r = 6 / d = 6D

Для частиц цилиндрической

формы:

(Sуд) = (2 π r h)/(4 / 3 π r

2

h) =

= 2 / r = 4 / d = 4D

d, мм

D, мм

S

уд

, мм

-1

d, мм

D, мм

S

уд

, мм

-1

d, мм

D, мм

S

уд

, мм

-1

10

7

5

3

2

1

0,5

0,25

0,100

0,143

0,200

0,333

0,500

1,000

2,000

4,000

0,600

0,857

1,200

2,000

3,000

6,000

12,000

24,000

10

7

5

3

2

1

0,5

0,25

0,100

0,143

0,200

0,333

0,500

1,000

2,000

4,000

0,600

0,857

1,200

2,000

3,000

6,000

12,000

24,000

10

7

5

3

2

1

0,5

0,25

0,100

0,143

0,200

0,333

0,500

1,000

2,000

4,000

0,400

0,571

0,800

1,333

2,000

4,000

8,000

16,000

3. Обработка результатов исследования

1.

Удельные

поверхности

частиц

кубической,

сферической

и

цилиндрической

формы:

Удельная поверхность связана с дисперсностью и формой частиц. Тогда, чем меньше

размер кубической, сферической и цилиндрической формы частиц, тем больше дисперсность

и удельная поверхность почвы. Это наглядно показано на графике, изображающей резкое

увеличение удельной поверхности при уменьшении размеров частиц (на рис. 3).

Рис. 3. График удельных поверхностей частиц кубической, сферической и цилиндрической формы

2. Масса дисперсных фаз разных слоев почв

На рисунке 4. показано, результаты определения верхний слой почвы т.е. часть А. При

уменьшении

размер

частиц

или

при

увеличении

дисперсности,

масса

дисперсных

фаз

увеличиваются

от

размера

частиц

10

мм

до

размера

частиц

3

мм.

Резкое

увеличение

дисперсных фаз в размере частиц – 0,25 мм.

Рис. 4. Размер частиц и масса дисперсных фаз (часть А)

На рисунке 5. показано, результаты определения средний слой почвы т.е. часть В. При

уменьшении

размер

частиц

или

при

увеличении

дисперсности,

масса

дисперсных

фаз

уменьшаются в размерах частиц 5 мм, 2 мм, 1 мм.

Рис. 5. Размер частиц и масса дисперсных фаз (часть В)

На рисунке 6. показано, результаты определения средний слой почвы т.е. часть С. При

уменьшении

размер

частиц

или

при

увеличении

дисперсности,

масса

дисперсных

фаз

уменьшаются и резкое увеличение масса дисперсных фаз в размере частиц 0,25 мм.

Рис. 6. Размер частиц и масса дисперсных фаз (часть С)

На рисунке 7. показано, самый нижний слой почвы т.е. часть Д. При уменьшении

размер частиц или при увеличении дисперсности, масса дисперсных фаз уменьшаются от

размера частиц 10 мм до размера частиц 1 мм.

Рис. 7. Размер частиц и масса дисперсных фаз (часть Д)

Резкое увеличение масса дисперсных фаз в размере частиц 0,25 мм. Это означает, что

большинство из них – песок, в размере частиц от 1 мм до 0,05 мм (крупные пески от 1 мм до

0,5 мм, средние пески от 0,5 мм до 0,25 мм, мелкие пески от 0,25 мм до 0,05 мм). А если

камни, то размер частиц более 3 мм, гравий от 3 мм до 1 мм. Пыль в размере частиц от 0,05

мм до 0,001 мм.

Литература

1. Василевский А.С. Физика твердого тела. Уч. пособие. 2010.

2. Физика почв: лаб практикум / А. А. Корчагин, М. А. Мазиров, Н. И. Шушкевич;

Владим. гос. ун-т. – Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2011.

3. Физика почв, Лекционный курс, Часть 1, Козлова А.А., 2012.