Текст книги "Почвоведение и инженерная геология"

Формы мезорельефа складываются из различных элементов рельефа. При расчленении территорий в системе междуречий выделяются следующие элементы рельефа: вершины водоразделов, склоны, подошвы склонов, шельфы склонов, днища межсклоновых западин, днища оврагов и балок, террасы, уступы и склоны террас.

Сочетания элементов рельефа образуют положительные формы мезорельефа: холмы, бугры, гривы, увалы, гряды, дюны, барханы, озы, камы, друмлины – и отрицательные: балки, ложбины, лощины, овраги, карстовые понижения, промоины (рисунок 9).

Холмом называется небольшое возвышение округлой формы с широким основанием, постепенно сливающимся с равниной. Высота холма 40–100 м, иногда до 200 м.

Бугор характеризуется меньшей высотой (10–25 м) и более крутыми склонами.

Рисунок 9 – Схема соотношения ледниковых и водно-ледниковых форм материковых отложений

Грива, гряда, увал – удлиненные возвышения, отличающиеся от холма тем, что их длина в несколько раз превышает ширину.

Гряды, имеющие форму длинных (до 30–40 км) узких валов моренного происхождения, называют озами. Их ширина 40–100 м; высота 25–30 м.

Друмлины – моренные холмы продолговато-овального очертания длиной до 25 км, шириной 10–150 м, высотой 5–25 м.

Камы – холмы моренного происхождения высотой до 100 м.

Овраги – линейно вытянутые понижения с крутыми или отвесными склонами, не задернованными растительностью, образовавшиеся в результате водной эрозии. Небольшие овраги глубиной до 1–2 м называются промоинами.

Балка отличается от оврага пологими задернованными склонами. В верховьях балка сужается, становится мельче и переходит в лощину, которая, в свою очередь, переходит в плоское понижение, называемое ложбиной.

Размеры оврагов и балок – до нескольких километров в длину, десятков метров в ширину и глубину.

В зависимости от сочетаний перечисленных форм различают следующие виды рельефа:

– холмистый – чередование холмов и равнинных пространств;

– гривистый, увалистый и грядовой – пониженные пространства чередуются с гривами, увалами или грядами;

– волнистый – плоские повышения чередуются с плоскими узкими понижениями;

– полого-волнистый – плоские широкие повышения чередуются с плоскими широкими понижениями с постепенными переходами между ними.

Для определения степени вертикального и горизонтального расчленения рельефа используют легкочитаемые по топографической карте условные линии в местах пересечения различных склонов – водораздельные и подошвенные линии, тальвеги и бровки (рисунок 10).

Водораздельная линия проходит по наивысшим точкам двух противоположных склонов и является границей водораздела. Горизонтали на топографической карте в местах пересечения с водораздельной линией сильно изогнуты.

Подошвенная линия разделяет основание склонов и равнинные участки, служит границей смытых и намытых почв.

Тальвеги представлены наиболее низкими частями дна оврагов, балок, русел рек. На топографических картах горизонтали в местах пересечения с линией тальвега сильно изогнуты.

Бровка – это линия резкого перегиба склона, она отделяет склоны, сильно отличающиеся крутизной. Расположены бровки по краям балок, оврагов, террас. В таблицах 2, 3 представлены группировки рельефа по степени горизонтального и вертикального расчленения.

Таблица 2 – Группировка рельефа по степени горизонтального расчленения

Таблица 3 – Группировка рельефа по степени вертикального расчленения

Большое влияние на почвообразование, дифференциацию почвенного покрова и сельскохозяйственное использование почв оказывает крутизна склонов. По крутизне поверхности различают следующие виды склонов:

очень пологие меньше 1°;

пологие 1–2°;

покатые 2–5°;

сильнопокатые 5–8°;

крутые 8–20°;

очень крутые 20–45°;

обрывистые более 45°;

Рисунок 10 – Отображение рельефа на топографической карте: 1 – склон вогнутый в плане (стрелки указывают направление стока воды); 2 – склон выпуклый в плане;3 – пойма и первая (надпойменная) терраса реки; 4 – две балки с врезанными в их днища оврагами (восточная часть фрагмента карты) и пологий водораздел с двумя вершинами и седловиной между ними (западная часть карты); 5 – высокая (древняя) терраса реки, перекрытая делювиальным шлейфом

Для определения степени повреждения территории оврагами используются коэффициенты овражности и плотности оврагов.

Коэффициент овражности – отношение площади оврагов (га) к площади земельного фонда (км²). Коэффициент плотности оврагов – число оврагов на площади в 1 км². Для Среднерусской возвышенности средняя расчлененность водосборных бассейнов лощинно-балочным звеном составляет 0,92 км/км², средний коэффициент овражности – 0,6 га/км², средняя плотность оврагов – 14,1 на км².

Степень развития овражной эрозии характеризуется также суммарной протяженностью оврагов на км² площади. Соответственно различают слабую (менее 0,25 км/км²), среднюю (0,25–0,50), сильную (0,50–0,75) и очень сильную (более 0,75) степени.

Очень важными характеристиками рельефа являются длина, форма и экспозиция склона. По длине различают склоны длинные – более 500 м, средние – 500–50 м и короткие – менее 50 м.

По форме профиля выделяют склоны прямые, выпуклые, вогнутые, ступенчатые. Экспозиция склона оказывает влияние на поглощение солнечной радиации и температурные условия склонов.

Вопросы для выполнения задания и самостоятельной подготовки

1. Что такое рельеф? Какие разновидности рельефа выделяют в зависимости от размеров форм земной поверхности? 2. На какие подтипы подразделяется горный, или структурно-тектонический тип рельефа? 3. На какие подтипы подразделяется структурный, или пластовый тип рельефа? 4. На какие подтипы подразделяется скульптурный, или эрозионный тип рельефа? 5. На какие подтипы подразделяется аккумулятивный, или насыпной тип рельефа? 6. Перечислите основные формы и виды мезорельефа 7. Как классифицируются склоны по крутизне поверхности? 8. Какие бывают склоны по форме профиля?

2 ЛАБОРАТОРНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ПОЧВ

2.1 Подготовка образца почвы к анализу

После отбора почвенных проб (образцов) в поле их высушивают в хорошо проветриваемом помещении или в специальных сушильных камерах при температуре воздуха не более 40 ºС. Можно высушить образцы и на улице в тени, прикрыв их бумагой. Исключение составляют пробы, в которых анализ необходимо проводить в состоянии естественной влажности.

Образец почвы 500–1000 г распределяют тонким слоем на листе бумаги. Крупные комочки почвы в образце раздавливают руками, тщательно отбирают корни, включения и новообразования. Затем почву выравнивают в виде квадрата или прямоугольника и делят по диагоналям на четыре части. Две противоположные части почвы ссыпают в картонную коробку и хранят в нерастертом состоянии. В коробку вкладывают один экземпляр этикетки, а другой наклеивают на ее стенку снаружи. На этикетке указывают номер разреза, глубину взятия, место взятия, фамилию, имя, отчество студента и номер группы. Оставшуюся на бумаге почву тщательно перемешивают, разравнивают тонким слоем и из разных мест небольшой ложкой берут на всю глубину слоя почву в два бумажных пакетика так, чтобы общий вес каждого составлял 30–40 г. В дальнейшем почву из одного пакетика будут использовать для определения гумуса (№ 1), второго – для определения механического состава (№ 2).

Оставшуюся часть почвы измельчают в фарфоровой ступке пестиком с резиновым наконечником и просеивают через колонку сит.

Для определения наименьшей влагоемкости отбирают образец в 10 г из почвы, прошедшей через сито 3 мм (№ 3).

Всю остальную почву растирают в ступке и просеивают до тех пор, пока на сите с отверстиями 1 мм не останется только каменистая часть почвы. Эту почву ссыпают в бумажный пакет и используют для большинства анализов (№ 4).

На всех пакетах необходимо указать для какого анализа предназначается почва, фамилию студента и номер группы.

Подготовка почвы к определению гумуса. При подготовке почвы к анализу на содержание гумуса тщательно отбирают корни и различные органические остатки. Среднюю пробу нерастертой почвы разравнивают тонким слоем на листе белой бумаги и пинцетом отбирают корешки и видимые органические остатки.

Затем комки почвы растирают в ступке и вновь отбирают органические примеси, просматривая почву под лупой. После этого ее растирают в фарфоровой ступке и пропускают через сито с отверстиями 1 мм.

Из просеянной почвы берут среднюю пробу 10–15 г, разравнивают ее тонким слоем на листе восковки или пергаментной бумаги и снова отбирают корешки наэлектризованной стеклянной палочкой (ее надо потереть суконкой или шерстяной тряпочкой и быстро провести палочкой над почвой).

Корешки и мелкие кусочки органических остатков, прилипающие к палочке, удаляют. Не следует подносить палочку слишком близко к почве, так как в этом случае к ней прилипают и тонкие минеральные частицы.

После отбора корешков почву вновь растирают в фарфоровой ступке и просеивают через сито с отверстиями 0,25 мм. Оставшиеся после просеивания на сите песчаные частицы растирают в ступке, просеивают и смешивают со всей растертой почвой. Подготовленную почву хранят в бумажном пакете или пробирке, закрытой пробкой.

Подготовка почвы к определению гранулометрического состава. Почву из пакета № 2 высыпают на бумагу, удаляют корешки и органические остатки, растирают в фарфоровой ступке пестиком с резиновым наконечником. Затем просеивают через сито с отверстиями в 1 мм.

Форма записи результатов

Общие сведения об образце:

Разрез № _____________

Горизонт _____________

Глубина взятия образца _________________

Общий вес образца _____________________

Название почвы ________________________________________

Название хозяйства, откуда взят образец ___________________

Оборудование и материалы. 1. Нерастертый образец почвы, высушенный до воздушно-сухого состояния. 2. Фарфоровая ступка с фарфоровыми и резиновыми пестиками. 3. Колонка почвенных сит. 4. Картонные коробки размером 20 10 8 с крышками. 5. Листы плотной бумаги, совочки, шпатели.

2.2 Определение гигроскопической влажности

Величина, характеризующая содержание в почве влаги в данный момент, называется влажностью почвы. Для большинства анализов в лаборатории почву просушивают до воздушно-сухого состояния. Такая почва всегда содержит некоторое количество влаги, называемой гигроскопической. Это связано с тем, что почва способна адсорбировать парообразную влагу из воздуха и прочно удерживать ее на поверхности частиц.

Наибольшее количество гигроскопической влаги почва содержит при полном насыщении воздуха водяным паром. Это количество гигроскопической влаги называется максимальной гигроскопической влажностью.

Гигроскопическая и максимальная гигроскопическая влажность выражаются в процентах от массы сухой почвы. Значение гигроскопической влажности используется в аналитической практике для вычисления сухой массы почвы или коэффициента пересчета результатов анализа воздушно-сухой почвы на сухую.

Знание максимальной гигроскопической влажности позволяет вычислить влажность завядания растений и подсчитать запасы доступной (продуктивной) и недоступной влаги в почве.

Техника выполнения работы. На технохимических весах взвешивают пустой алюминиевый стаканчик (бюкс). В алюминиевом стаканчике отвешивают на аналитических весах 10 г воздушносухой почвы, просеянной через сито с отверстиями 1 мм. Почву в стаканчике сушат в сушильном шкафу 6 ч, после чего стаканчик с почвой снова взвешивают.

Результаты определения гигроскопической воды в почве записывают по следующей форме:

№ бюкса _______________

Масса пустого бюкса (а), г ______________

Масса бюкса с почвой до сушки (в), г _________________

Масса бюкса с почвой после сушки (с), г _________________

Гигроскопическую влажность А (в %) вычисляют по формуле

Для пересчета результатов анализов с воздушно-сухой почвы на абсолютно сухую применяется коэффициент гигроскопичности

который вычисляют по формуле

Оборудование и материалы. 1. Алюминиевые бюксы. 2. Технохимические весы. 3. Термостат или сушильный шкаф. 4. Коробка с почвой. 5. Мерные цилиндры на 100 см³ и 50 см³. 6. Раствор хлорида кальция. 7. Дистиллированная вода.

2.3 Определение гранулометрического состава почв методом М.М. Филатова

Твердая фаза почвы состоит из частиц различных размеров, которые называются механическими элементами или гранулами.

Сумму всех механических элементов почвы размером меньше 0,01 мм называют физической глиной, а больше 0,01 мм – физическим песком. Кроме того, выделяют мелкозем, в который входят частицы меньше 1 мм, и почвенный скелет – частицы больше 1 мм.

Отдельные группы механических элементов по-разному влияют на свойства почвы. Это объясняется неодинаковым их минералогическим и химическим составом и разными физическими и физико-химическими свойствами. Относительное содержание в почве или породе механических элементов называется гранулометрическим составом, а количественное определение их – гранулометрическим анализом.

В полевых условиях и в лаборатории гранулометрический состав почв приближенно определяют по внешним признакам и на ощупь. Для точного его установления применяют лабораторные методы, позволяющие находить количество всех групп механических элементов, слагающих почву или породу.

Все группы гранулометрического состава почв и пород (песок, супесь, суглинок песчанистый, суглинок пылеватый и т. д.) можно различать по ряду признаков. Зная эти признаки и имея соответствующий навык, можно быстро и с достаточной точностью определять гранулометрический состав в полевых условиях.

Техника определения гранулометрического состава методом М.М. Филатова. Определение содержания песка в почве проводится так. В мерный цилиндр вместимостью 100 см³ насыпают ту же почву, в которой определялась глина, так, чтобы она при уплотнении заняла объем 10 см³. Затем приливают воды до 100 см³, размешивают стеклянной палочкой и дают отстояться 90 с, в течение которых частицы песка осядут на дно цилиндра, а частицы пыли и глины останутся взвешенными в воде. Осторожно сливают мутную оводуисновавоставшийсяосад ³кдоливаютводыдо100 см, хорошо размешивают, дают отстояться в 90 с и снова сливают мутную воду. Все это проделывают до тех пор, пока после очередного отстаивания в течение 90 с вода остается совершенно прозрачной. Тогда измерив объем оставшегося песка, высчитывают его количество, принимая каждый см³ осевшей почвы за 10 % песка.

Определение содержания глинистых частиц в почве производится нижеследующим образом. В мерный цилиндр вместимостью 50 см³ насыпают почву, просеянную через сито с отверстиями в 1 мм так, чтобы при легком уплотнении (путем легкого постукивания цилиндра) она заняла объем 5 см³. Затем приливают 30 см³ воды и 5 см³ хлорида кальция в качестве электролита. Хорошо размешивают содержимое стеклянной палочкой и, долив цилиндр водой до 50 см³, оставляют на 30 мин отстаиваться. После этого определяют приращение почвы, пересчитав его на 1 см³ сухой почвы и вычисляют процентное содержание глинистых частиц по нижеследующей таблице.

Процент пыли определяют, вычитая из 100 процентов содержание песка и глины. Название почвы по гранулометрическому составу дают, учитывая соотношение песка и глины в почве. Если на 1,0 часть глины приходится 0,8–1,0 части песка, почва называется глинистой, при 2–3 частях песка – суглинистой тяжелой, при 3– 4 частях – среднесуглинистой, при 4–5 частях – легкосуглинистая, при 7–8 – супесчаной, при 9–10 частях – песчаной.

Техника определения гранулометрического состава в поле (метод раскатывания). Гранулометрический состав можно определить в сухом и влажном состоянии. Для его определения образец растертой почвы увлажняют и перемешивают до тестообразного состояния, при котором почвы обладают наибольшей пластичностью. При определении гранулометрического состава карбонатных почв и пород применяют вместо воды 10 %-ю НСl с целью разрушения водопрочных агрегатов. Из подготовленной почвы на ладони скатывают шарик и пробуют раскатать его в шнур толщиной около 3 мм, затем свернуть в кольцо диаметром 2–3 см, по которому и судят о гранулометрическом составе.

1. Наряду с мелкоземом, т. е. частицами меньше 1 мм, в почве много более крупных обломков горных пород – каменистые почвы.

2. В почве более 90 % песчаных частиц и небольшое содержание физической глины. В сухом состоянии комок почвы легко раздавливается. Из влажного образца нельзя скатать ни шнура, ни даже шарика – песчаная почва.

3. Почва похожа на песчаную, но содержит несколько больше физической глины. В сухом состоянии образует непрочные комки. Из влажного образца нельзя скатать шнур, но можно скатать шарик величиной с грецкий орех – супесчаная почва.

4. В почве содержится до 60 % физической глины. При царапании ножом сухой глыбки образуется черта. Из влажного образца можно скатать шарик, который при сдавливании образует лепешку с трещинами по краям. При раскатывании шарика образуется шнур, который при изгибании образует трещины – суглинистая почва.

5. В почве содержится до 80 % и более физической глины. Сухие комки очень твердые и плохо поддаются раздавливанию между пальцами. При растирании ощущается очень однородная масса. Из влажного образца можно скатать шарик, который при раздавливании образует лепешку без трещин по краям. При раскатывании шарика образуется длинный тонкий шнур, который не ломается и не дает трещин при изгибании – глинистая почва.

Форма записи результатов

Оборудование и материалы. 1. Технохимические весы. 2. Коробка с почвой. 3. Мерные цилиндры на 100 см³ и 50 см³. 4. Раствор хлорида кальция. 5. Дистиллированная вода. 6. Образец почвы, просеянной через сито 1 мм. 7. Стеклянные палочки.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие первичные минералы широко распространены в рыхлых породах, почвах и почему? 2. Какие минералы называются вторичными и какова их роль в почвовобразовании и плодородии почв? 3. Как характеризуются гранулы (механические элементы) и чем отличаются их группы по составу и свойствам? 4. Что называется гранулометрическим составом и каковы принципы построения классификации почв по гранулометрическому составу? 5. Как проявляется влияние гранулометрического состава почв (легких, средних и тяжелых) на их агрономические свойства?

2.4 Определение агрегатного состава почвы и водопрочности почвенных агрегатов методом Н.И. Саввинова

Под структурой почвы понимают совокупность агрегатов или структурных отдельностей различной величины, формы, пористости, механической прочности и водопрочности.

Агрегаты диаметром больше 0,25 мм называют макроагрегатами, мельче 0,25 мм – микроагрегатами.

Агрономически ценной является комковато-зернистая структура с размером агрегатов от 0,25 до 10,0 мм, обладающих пористостью и водопрочностью. Такая структура обусловливает наиболее благоприятный водно-воздушный режим почвы. Водопрочными называются агрегаты, которые противостоят размывающему действию воды.

В задачу агрегатного анализа входит: 1) определение содержания агрегатов того или иного размера в пределах 0,25–10 мм; 2) выявление количества водопрочных агрегатов из выделенных структурных отдельностей.

Число агрегатов определенного размера находят методом «сухого» агрегатного анализа, а водопрочных агрегатов – методом «мокрого» агрегатного анализа.

Метод «сухого» агрегатного анализа. Из образца нерастертой воздушно-сухой почвы берут среднюю пробу 0,5–2,5 кг. Осторожно выбирают корни, гальку и другие включения. Среднюю пробу просеивают через колонку сит с диаметром отверстий 10; 5; 3; 2; 1; 0,5; 0,25 мм. На нижнем сите должен быть поддон. Почву просеивают небольшими порциями (100–200 г), избегая сильных встряхиваний. Когда сита разъединяют, каждое из них слегка постукивают ладонью по ребру, чтобы освободить застрявшие агрегаты.

Агрегаты с сит переносят в отдельные фарфоровые или алюминиевые чашки. Когда всю среднюю пробу просеют и разделят на фракции, каждую фракцию взвешивают на технохимических весах и рассчитывают ее содержание в процентах от массы воздушносухой почвы.

Коэффициент структурности при сухом просеивании определяют по формуле

Главное качество почвенной структуры – водопрочность, т. е. способность комочков противостоять размыванию водой.

Чем богаче почва минеральными и органическими коллоидами, тем шире возможности для ее агрегации. Процесс образования структуры протекает под влиянием коагуляции коллоидов, склеивания механических элементов коллоидными пленками, а также под воздействием корней растений, гиф грибов, оплетающих почвенные комки и зерна и проникающих внутрь их.

Особенно большое значение для образования структуры почвы имеет гумус. Как коллоидное вещество, он под влиянием катионов кальция и магния способен переходить в необратимую форму и давать прочный и не растворимый в воде гель. Этот гель, играющий роль клея, и придает структурным агрегатам водопрочность.

Метод «мокрого» агрегатного анализа. Навеску почвы 50 г составляют из отсеянных структурных фракций. Из каждой фракции отвешивают на технохимических весах количество структурных отдельностей (в граммах), равное половине процентного содержания данной фракции в почве. Фракцию меньше 0,25 мм не включают в среднюю пробу, чтобы не забивались нижние сита при просеивании почвы. Поэтому навеска всегда бывает меньше 50 г.

Подготавливают набор из пяти сит с диаметром отверстий (сверху вниз) 3; 2; 1; 0,5; 0,25 мм. Сита скрепляют металлическими пластинками и устанавливают в баке с водой так, чтобы над бортом верхнего сита находился слой воды 5–6 см.

Навеску высыпают в литровый цилиндр и насыщают водой, которую приливают осторожно по стенкам цилиндра, чтобы вытеснить из почвы воздух, не защемляя его (защемленный воздух разрушает агрегаты). Увлажненную почву оставляют на 10 мин в покое, после чего цилиндр доливают водой доверху. Для полного удаления воздуха цилиндр закрывают часовым стеклом, наклоняют до горизонтального положения и ставят вертикально. Когда воздух будет удален, цилиндр закрывают пробкой, следя, чтобы под ней не осталось воздуха, и быстро переворачивают вверх дном. Держат в таком положении, пока основная масса агрегатов не упадет вниз. Затем цилиндр переворачивают и ждут, когда почва достигнет дна. Так повторяют 10 раз, чтобы разрушить все непрочные агрегаты.

При последнем обороте оставляют цилиндр дном кверху, переносят к набору сит и погружают в воду над верхним ситом. Под водой открывают пробку цилиндра и, не отрывая его от воды, плавными движениями распределяют почву на поверхности верхнего сита.

Через минуту, когда все агрегаты больше 0,25 мм упадут на сито, цилиндр закрывают пробкой под водой, вынимают из воды и отставляют.

Почву, перешедшую на сито, просеивают под водой следующим образом: набор сит поднимают в воде, не обнажая оставшихся агрегатов на верхнем сите, и быстрым движением опускают вниз. В этом положении держат 2–3 секунды, чтобы успели просеяться агрегаты, затем медленно поднимают вверх и быстро опускают вниз. Сита встряхивают 10 раз, затем вынимают из бака два верхних сита, а нижние встряхивают еще 5 раз. Оставшиеся на ситах агрегаты смывают струёй воды в большие фарфоровые чашки. Избыток воды в чашках сливают. Из больших чашек агрегаты смывают в заранее взвешенные маленькие чашечки, затем высушивают на водяной бане до воздушно-сухого состояния и взвешивают. Масса фракций, умноженная на 2, дает процентное содержание водопрочных агрегатов того или иного размера. Процент агрегатов меньше 0,25 мм определяют вычитанием из 100 суммы процентов полученных фракций.

Таблица 5 – Оценка структурного состояния почвы

Коэффициент при мокром просеивании определяют по формуле

Форма записи результатов

Оборудование и материалы. 1. Образец нерастертой почвы массой 500 г. 2. Колонка почвенных сит. 3. Технохимические весы. 4. Алюминиевые или фарфоровые чашки. 5. Мерные цилиндры на 1000 мл. 6. Водяная баня или электроплитка. 7. Кастрюля с водой вместимостью 10 л. 8. Резиновые груши.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое структура почвы и в чем особенности ее оценки в морфологическом и агрономическом отношении? 2. Какие процессы определяют образование структуры, ее утрату и каковы приемы восстановления структуры почвы? 3. В чем заключается роль структуры почвы в формировании ее свойств, режимов и плодородия?