Изучение водно-физических свойств почв для мелиоративного строительства (Пособие к ВСН 33-2.1.02-85 "Почвенные изыскания для мелиоративного строительства")

1.1. Общие положения

Водно-физические свойства (ВФС) почвогрунтов являются одними из основных показателей, учитываемых при почвенно-мелиоративном районировании изучаемого объекта.

Местоположение опытных площадок для изучения ВФС выбирают после завершения почвенной съемки, либо на основе изучения почвенных материалов прошлых лет и рекогносцировочного обследования объекта, в процессе которого уточняются основные мелиоративные свойства почв: механический состав, мощность мелкоземистой толщи, наличие водоупорных или дренирующих прослоек, глубина залегания грунтовых вод и т.д.

Опытные площадки закладывают на типичных почвогрунтах массива и по возможности совмещают с опытными гидрогеологическими точками.

Количество площадок по изучению ВФС регламентируется ВСН 33-2.1.02-85.

В итоге изучения ВФС представляется табличный, графический и текстовой материал по основным водно-физическим показателям.

По требованию заказчика, указанному в техническом задании, может составляться также карта отдельных и комплекса показателей ВФС почв (см. приложение 14).

1.2. Задачи исследований

Исследования ВФС почвогрунтов на объектах мелиоративного строительства проводятся для определения основных показателей порового пространства, твердой фазы почвы, параметров влагоемкости и фильтрационных свойств, необходимых для обоснования поливных норм, способа и техники полива, режима орошения, параметров дренажа и т.д. Показатели ВФС учитывают также при составлении прогнозов изменения почвенного покрова под влиянием мелиорации.

Задачи водно-физических исследований на разных стадиях проектирования различаются.

В ходе предпроектных изысканий для перспективного проектирования изучаются основные водно-физические показатели, вскрывающие генетическую природу почв, устанавливается корреляция между водно-физическими свойствами почв и их генезисом, разрабатывается обоснование выбора оптимального способа полива в зоне недостаточного увлажнения и двухстороннего регулирования в зоне избыточного увлажнения. Опытные площадки по изучению водно-физических свойств почвогрунтов размещаются на ключевых участках или на участках типового проектирования.

Для обоснования проектов водно-физические показатели, полученные в ходе предпроектных изысканий детализируются с учетом масштаба почвенно-мелиоративных исследований дополнительными опытными площадками, а также дополняются циклом наблюдений за водно-солевым режимом почвогрунтов в зоне аэрации.

На этой стадии задачей водно-физических исследований является также составление прогноза изменения свойств почвогрунтов при сельскохозяйственном освоении мелиорируемой территории.

Состав водно-физических исследований на объектах орошения и осушения существенно различается.

1.3. Состав опытных работ на объектах орошения

Состав опытных работ на объектах орошения по изучению водно-физических свойств определяется особенностями морфологических и физических свойств почвогрунтов зоны аэрации, глубиной залегания уровня грунтовых вод, намечаемым способом полива и составом орошаемых сельскохозяйственных культур.

При глубине залегания грунтовых вод более 3 м от поверхности почвы на объектах орошения обычно выполняют следующий комплекс работ:

- выбор местоположения опытной площадки;

- проходка шурфа глубиной 3 м с добуриванием до глубины грунтовых вод, но не глубже 5 м;

- морфологическое описание разреза и отбор образцов на анализ;

- подготовка площадке, установка оборудования, подвоз воды;

- проведение в два срока (при естественной влажности и при влажности равной 0,5-0,7 от ППВ) опытов и наблюдений за скоростью впитывания и фильтрации воды при поливах напуском, по бороздам и дождеванием;

- зарисовка контуров промачивания в траншеях поперек борозд;

- проведение наливов для определения вертикальной водопроницаемости генетических горизонтов почв или литологических слоев, имеющих мелиоративное значение (солонцовый горизонт, водоупорные, дренирующие и др. слои);

- определение безнапорной водопроницаемости и глубины промачивания при поливах дождеванием;

- определение влажности и плотности почвы перед поливом до глубины 3 м;

- определение плотности пахотного горизонта перед вторым поливом;

- определение влажности почвы перед вторым поливом до глубины 1 м;

- проходка шурфа, определение плотности и влажности почвы после полного насыщения и стекания свободной воды (при ППВ) до глубины 2 м;

- взвешивание и высушивание образцов, расчет влажности и плотности почвы;

- просмотр, отбор и упаковка образцов, отправляемых в лабораторию;

-.составление ведомости анализов с указанием метода их выполнения.

При залегании грунтовых вод выше 3 м на объектах орошения дополнительно изучают:

- фильтрацию по скорости восстановления уровня воды в скважине;

- послойное распределение влажности в период проведения откачек.

Для обоснования проектов рисовых оросительных систем водопроницаемость при дождевании и расходы воды при поливах по бороздам не определяются. В этих случаях время определения фильтрационных показателей должно составлять несколько суток, а размеры делянок увеличивают до 16 м.

Для обоснования проектов орошения незасоленных земель в результате выполнения полного комплекса работ по изучению водно-физических свойств почв должны быть определены следующие показатели:

- предельная полевая влагоемкость (при глубине залегания грунтовых вод менее 3 м от поверхности - динамическая влагоемкость);

- плотность почвы и ее твердой фазы;

- порозность общая и аэрация;

- рациональные поливные нормы;

- водоотдача и коэффициент фильтрации по скорости восстановления уровня воды в скважине - для расчета дренажа (при УГВ менее 3 м от поверхности);

- водопроницаемость при поливах напуском - для проектных расчетов полива культур сплошного сева;

- водопроницаемость водоупорных и дренирующих прослоев - для расчета дренажа активного слоя почвы;

- водопроницаемость с поверхности предварительно спланированных участков - для расчета элементов техники полива на спланированных участках;

- водопроницаемость при поливах по бороздам - для расчета длины борозд;

-  водопроницаемость при дождевании - для определения эрозионно-допустимых поливных норм.

1.4. Состав опытных работ на объектах осушения

На объектах проектируемого осушения в зоне избыточного увлажнения состав работ по изучению водно-физических свойств определяется водным режимом почв.

В полный комплекс полевых работ по изучению ВФС почвогрунтов на объектах осушения без последующего орошения с.-х. культур входят:

- выбор местоположения площадки для проведения опыта;

- подготовка площадки и установка оборудования, подвоз воды;

- бурение скважин и оборудование их для проведения откачек;

-  определение динамической или предельной полевой влагоемкости;

- проходка разреза глубиной до уровня грунтовых вод;

- морфологическое описание почвенного профиля и отбор образцов на анализы;

- определение плотности и влажности почв по генетическим горизонтам или литологическим слоям;

- определение фильтрации по скорости восстановления уровня воды в скважине;

- определение послойного распределения влажности в период проведения откачек - для установления водоотдачи почвогрунтов;

- взвешивание и высушивание образцов, расчет влажности и плотности;

- просмотр, отбор, упаковка образцов и отправка в лабораторию;

- составление ведомости анализов с указанием методов их выполнения.

В итоге выполнения полного комплекса работ по изучению водно-физических свойств почв для обоснования проекта осушения должны быть определены следующие показатели:

- предельно полевая или динамическая влагоемкость;

- плотность почвы и ее твердой фазы;

- порозность общая и аэрации при ППВ;

- водоотдача;

- водопроницаемость почв при наливах с поверхности водоупорных и дренирующих прослоев;

- коэффициент фильтрации по скорости восстановления уровня воды в скважине.

1.5. Состав опытных работ при изучении промываемости засоленных почв

На объектах с засоленными почвами в комплекс работ по изучению промываемости почв входят:

- выбор места закладки опыта;

- подготовка опытной площадки;

- проходка разреза глубиной до 3 м с добуриванием до глубины грунтовых вод;

- морфологическое описание почвенного профиля;

- отбор образцов почвогрунтов для комплексных анализов;

- отбор образцов почвогрунтов для определения засоления и влажности на опытной площадке буром перед каждым тактом промывки до глубины 2 м;

- определение плотности почвы по генетическим горизонтам или литологическим слоям до промывки и после последнего такта промывки;

- отбор проб грунтовой и промывной воды на анализы;

- тампонаж скважин;

- подвоз воды, заливка площадок водой, наблюдение за впитыванием воды;

- мульчирование площадки после впитывания промывной нормы - для определения ППВ и плотности после промывки на 3-9 день после мульчирования до глубины 2 м;

- расчет влажности и плотности почвы;

- упаковка образцов почвогрунтов и проб грунтовой воды для отправки в лабораторию;

- составление ведомости анализов с указанием метода их выполнения.

В итоге выполнения полного комплекса работ по изучению промываемости засоленных почв должны быть определены следующие параметры:

- динамическая влагоемкость или ППВ;

- плотность почвы и ее твердой фазы;

- общая порозность и аэрация;

- водопроницаемость в ходе промывки по тактам;

- состав водных вытяжек из образцов почв до промывки и после каждого такта промывки;

- химический состав грунтовых вод до промывки и после каждого такта промывки;

- химический состав воды, поданной на промывку;

- параметры солепереноса и промывные нормы.

2.1. Отбор проб минеральных почвогрунтов на влажность

Изучая водно-физические свойства почв, определение влажности проводят при естественном состоянии, при насыщении почвы до состояния предельной полевой влагоемкости, а также перед началом повторных поливов.

Влажность почв в естественном состоянии определяется до уровня грунтовых вод.

Предельную полевую влагоемкость почвы, как правило, определяют до глубины 2 м.

Влажность перед вторыми поливами напуском, по бороздам и дождеванием следует определять до глубины 1 м.

Пробы для определения влажности почвогрунтов отбирают из стенки шурфа с учетом границ генетических горизонтов и литологических слоев или при бурении скважин из каждого 10-см слоя до глубины 1 м, а глубже - из каждого 20-см слоя в трехкратной повторности.

Проба почвы должна заполнять примерно 2/3 объема бюкса и быть в рыхлом состоянии. Бюксы с пробами помещают в специальный ящик (рис.1). Чтобы избежать потери влаги из них при высоких температурах воздуха, ящики о пробами обертывают влажной мешковиной. Бюксы с пробами почвогрунтов на влажность следует взвешивать в течение одних суток после их отбора.

     
2.2. Определение влажности почвогрунтов нейтронным влагомером

Нейтронный индикатор влажности (НИВ) используется для определения влажности почвогрунтов любого механического состава в полевых условиях (без извлечения образцов) до глубины 6 метров. Прибор позволяет работать при любых влажностях почвы, при температуре воздуха от -15 до +40 °С и относительной влажности воздуха (при 20°) до 95%.

При работе с НИВ необходимо строгое совладение правил безопасной работы с радиоактивными веществами.

Методика производства работ приводится в инструкции, прилагаемой к прибору.

2.3. Определение плотности мелкоземистых и торфяных почв объемно-весовым способом

Плотностью почвы называют массу единицы объема сухой (высушенной при 105-130 °С) почвы ненарушенного строения.

Плотность почвы определяют как при естественной влажности почвы, так и при влажности, соответствующей предельной полевой влагоемкости. Сравнение значения плотности до и после полива дает представление о способности почвы к набуханию, усадке и образованию трещин. Расчеты общей порозности и аэрации, ППВ проводят с использованием плотности при соответствующей влажности почв.

Для определения плотности минеральных почв в полевых условиях используют бур (рис.2), состоящий из режущих цилиндров и направляющей насадки. В практике полевых исследований применяют цилиндры объемом от 500 (прибор Н.А.Качинского) до 50 см (полевая лаборатория Литвинова).

2.4. Определение плотности почвогрунтов радиационными приборами

Плотность почвогрунтов определяют либо поверхностным гамма-плотномером, либо глубинным гамма-плотномером.

Поверхностный гамма-плотномер предназначен для быстрого измерения средневзвешенной плотности поверхности почвогрунтов до глубины 10-15 см в полевых условиях.

Глубинный гамма-плотномер предназначен для быстрого измерения средневзвешенной плотности глубинного слоя песчаных, супесчаных, суглинистых и глинистых почвогрунтов.

Приборы - переносные и работают по принципу регистрации рассеянного гамма-излучения пересчетным устройством. Результаты исследования получают на месте в полевых условиях.

Искомую плотность грунта определяют по калибровочной кривой, отражающей зависимость отношения скорости счета, измеренной на объекте, и скорости счета, измеренной на контрольно-калибровочном устройстве.

Методика производства работ дается в инструкции, прилагаемой к прибору.

2.5. Определение плотности каменистых почв и расчет порозности по методу Ф.Р.Зайдельмана

При определении плотности каменистых почв объем образца в естественном сложении устанавливают путем точного замера объема выемки, образовавшейся после извлечения пробы. Объем выемки равен объему сыпучего или жидкого материала, которым она заполняется после извлечения образца. Для каменистых почв в качестве заполнителя может быть использован средне- и крупнозернистый песок, освобожденный от механических примесей просеиванием через сито с диаметром отверстий 3 мм. С этой же целью могут использоваться стеклянные или металлические шарики, причем последние особенно удобны, потому что могут быть легко извлечены из выемки магнитом. Наконец, объем выемки можно установить по объему жидкости, заполняющей выемку, дно и стенки которой покрывают тонкой эластичной резиновой или иной пленкой.

Для определения плотности каменистых почв необходимо следующее оборудование: стеклянный мерный цилиндр емкостью 1 л, жесткая волосяная кисть, металлический совок, большой и малый металлические цилиндры с поддоном, сантиметр, почвенный нож, сито с диаметром отверстий 3 мм, песок, высушенный и просеянный через сито 3 мм или иной заполнитель.

Площадку (1,5-2,0 м), предназначенную для взятия почвенных образцов, тщательно выравнивают. Препарируют выступающие части каменистых отдельностей от прилегающего к ним мелкозема. Образцы берут послойно, причем повторность определений двойная или тройная. В некоторых случаях целесообразно ограничиться одной повторностью, увеличив в 2-3 раза размеры выемки. На отделенных от мелкозема выступающих камнях мягким простым карандашом (или краской) делают прочерк по линии касания дневной поверхности площадки с камнем, а также помечают его выступающую часть.

Совком и ножом аккуратно извлекают пробу каменистой почвы таким образом, чтобы не вызывать обвала стенок выемки. Объем пробы должен быть не менее 5-6 л для почв, не содержащих каменистые отдельности более 10 см и не менее 7-8 л при наличии в пробе единичных каменистых отдельностей от 10 до 15 см. Глубина взятия пробы может достигать 15-20 см в случае, если мелкозем, переслаивающий каменистые отдельности, представлен суглинками, и до 8-12 см, если мелкозем представлен песком или супесью.

Далее с помощью совка и жесткой кисти из выемки извлекают разрыхленную и осыпавшуюся в процессе взятия пробы почвенную массу. Для измерения объема выемки ее заполняют песком или иным материалом, объем которого строго учитывают. С этой целью в каждом случае с одной и той же высоты заполняют мерный цилиндр песком и с такой же высоты свободно высыпают песок из мерной емкости в выемку. Однородное уплотнение песка в мерной посуде и в выемке может быть достигнуто стандартным уплотнением путем определенного по частоте (25-30 раз) погружения тонкой металлической пластинки.

Сырую пробу каменистой почвы удобно отбирать в плотный бумажный или пластмассовый мешок. Пробу взвешивают и отбирают образцы для определения влажности (в тройной повторности). Пробу освобождают от мелкоземистой фракции (частиц менее 0,3 см) промывкой всей почвы на сите (3 мм) в текущей воде.

Освобожденные от мелкозема каменистые отдельности сушат до воздушно-сухого состояния и определяют их общую массу . Части каменистых отдельностей, выступающие над дневной поверхностью площадки, погружают индивидуально в малый цилиндр, наполненный водой. Уровень воды в цилиндре перед каждым определением должен соответствовать уровню горизонтальной плоскости, проведенной через сливное отверстие. Затем измеряют объем воды, вытесненной погружением помеченных частей каменистых отдельностей. Сумма этого объема и объема песка, пошедшего на заполнение выемки, есть общий объем извлеченного образца каменистой почвы в естественном сложении ().

2.6. Определение предельной полевой влагоемкости (ППВ) мелкоземистых почвогрунтов при глубине грунтовых вод ниже 3 м от поверхности

Предельной полевой (наименьшей, полевой) влагоемкостью почвенной толщи или отдельных ее горизонтов является свойство почвы удерживать после обильного увлажнения поливом максимальное количество влаги в неподвижном или практически неподвижном состоянии в условиях, исключающих испарение и капиллярное увлажнение почвенно-грунтовыми или грунтовыми водами. Величину ППВ любых мелкоземистых почвогрунтов следует определять в полевых условиях при залегании грунтовых вод глубже 3 м от поверхности. Определение влагоемкости почв при глубине грунтовых вод в пределах 3 м от поверхности описано в разделе 2.7.

ППВ удобно определять на тех делянках, на которых устанавливали водопроницаемость при поливах напуском. После второго полива делянку накрывают деревянной рамой и водонепроницаемым материалом (рубероид, полиэтиленовая пленка и т.д.). Сверху укладывают слой соломы, сена или травы и засыпают слоем грунта толщиной не менее 30 см.

Отбор проб на ППВ и определение плотности на этих площадках целесообразно производить через следующее количество суток после мульчирования делянки, проводя параллельно наблюдения за глубиной промачивания почв после впитывания заданной нормы:

• песчаные почвы - сутки;

• супесчаные - 2 сут;

• легкосуглинистые - 3 сут;

• среднесуглинистые - 4 сут;

• тяжелосуглинистые - 5-6 сут;

• глинистые - 8-9 сут.

При средней от начала опыта водопроницаемости почв ниже 0,01 м/сутки влагоемкость следует изучать в лабораторных условиях на монолитах.

При отсутствии нейтронных влагомеров и гамма-плотномеров пробы на влажность и плотность отбирают в шурфах глубиной до 2 м с учетом границ генетических горизонтов. Шурфы выкапывают на месте делянки.

2.7. Определение динамической и предельной полевой влагоемкости в полевых условиях по методу Ф.Р.Зайдельмана

В условиях грунтового заболачивания предельная полевая и наименьшая влагоемкости являются недостаточными показателями для характеристики водоудерживающей способности почв и их водоотдачи. В этом случае водоудерживающая способность почв зависит также и от положения уровня грунтовых вод. Чем ближе к дневной поверхности их уровень, тем выше водоудерживающая способность почв, тем меньше их водоотдача и коэффициент водоотдачи. Поскольку положение уровня грунтовых вод на осушаемой территории определяют нормы (точнее режим) осушения, для расчета дренажа необходимы сведения о динамической влагоемкости почв, значения которой определяют не только свойства почвы, но и положение уровня грунтовых вод. Таким образом, динамическая влагоемкость - максимальный запас влаги, который почва может длительно удерживать после полного насыщения и свободного стекания гравитационной влаги при отсутствии испарения и определенном положении уровня грунтовых вод. Динамическая влагоемкость всегда больше предельной полевой, а при близком стоянии грунтовых вод она приближается к полной влагоемкости. При расчете междренных расстояний данные о динамической влагоемкости позволяют более правильно оценить параметры дренажа и избежать излишнего сгущения сети дренажных линий. Поэтому при проведении мелиоративных исследований и изысканий важно установить влагоемкость почвы при уровнях грунтовых вод, соответствующих принятому режиму осушения.

Динамическая влагоемкость позволяет не только определить запас влаги, удерживаемый при определенном уровне грунтовых вод, но и уточнить глубины оптимального понижения уровня грунтовых вод при осушении.

Сопоставление динамической влагоемкости почв с их порозностью дает возможность выявить зону благоприятной аэрации для развития корневых систем растений и на основе этих данных внести необходимые уточнения в принимаемую норму осушения.

Динамическую влагоемкость, как и ППВ, в сильно обводненных почвах определяют на монолитах.

Монолитные образцы исследуемой почвы извлекают непосредственно из разреза. Для предотвращения поступления воды с поверхности почвы вокруг шурфа создают защиту типа "рамы", а поступающую в разрез воду откачивают мотопомпой.

Монолиты почвогрунта высотой 60-80 или 100 см (в зависимости от предполагаемого понижения грунтовых вод) укладывают в горизонтальном положении и освобождают от боковой крышки. На поверхности почвы по всей длине монолита помещают слой материала, предотвращающего размыв монолита.

Монолит из лейки насыщают водой до полной влагоемкости. Затем снимают его нижнюю торцовую крышку. Освободившееся снизу пространство заполняют песком, после чего монолит устанавливают вертикально в емкость (металлический ящик, цилиндр и т.п.), заполненную обводненным песком. Для предотвращения испарения монолит заворачивают в полиэтиленовую пленку. Уровень воды в емкости поддерживают таким образом, чтобы монолит был на 2 см погружен в воду (рис.5).

2.8. Определение водопроницаемости почвогрунтов с поверхности, по генетическим горизонтам или цитологическим слоям (метод Долгова в модификации Калачева-Маргулиса)

Под водопроницаемостью понимают способность почвы впитывать в себя воду. Этот процесс имеет две фазы: фазу впитывания и фазу фильтрации. В первой фазе происходит последовательное заполнение водой свободных пор под влиянием сил тяжести, напора воды и менисковых сил, возникающих на границе смачивания. Скорость этого процесса сильно изменяется во времени.

Во второй фазе движение воды происходит в порах, уже полностью заполненных водой, только под влиянием градиента напора; оно мало изменяется во времени.

Методика определения водопроницаемости почвогрунтов с поверхности и по генетическим горизонтам или литологическим слоям одинакова. Однако площадки (делянки) для проведения опытов подготавливают по разному, в зависимости от литологии профиля почвы, необходимости проведения значительных объемов планировочных работ, требований агротехники по выращиванию культур сплошного сева.

Для определения скорости впитывания и фильтрации воды при поливах напуском - по полосам (рис.6) методом учетных цилиндров или рам закладывают делянку, имитирующую поливную пашню. Если вблизи опытной площадки имеется богарное или орошаемое поле, занятое культурами сплошного сева, закладывают площадки на целине в на поле, занятом культурами. Размер делянок на супесчаных и суглинистых почвах должен быть не менее 2x2, для песчаных почв - 1x1 м.

2.9. Определение скорости впитывания и расходов воды при поливах по бороздам (метод Астапова в модификации Калачева-Маргулиса)

Делянку для определения скорости впитывания и расходов воды при поливах по бороздам закладывают размером 3,5x3 м. Поверхность делянки вскапывают на глубину 25-30 см и боронуют. Нарезают четыре параллельных борозды. Расстояния между бороздами и их глубина определяются техникой полива, принятой в данном районе.

На опытной делянке днища борозд должны быть расположены на одной высоте и лежать горизонтально; для проверки горизонтальности в крайние борозды наливают немного воды.

Две крайние борозды служат защитой от растекания воды в стороны со средних учетных борозд. В учетных бороздах отмеряют отрезки длиной 2 м и вбивают кувалдой либо деревянной трамбовкой на всю глубину пахотного горизонта стальные щитки для предотвращения растекания учетной воды.

Для поддержания постоянного уровня воды по осевой линии борозд вбивают по два колышка. Уровень воды в бороздах можно отмечать и с помощью проволочных указателей, укрепленных на щитках. Борозды поливают 6-8 см слоем воды. Для предупреждения от размывания борозды при подаче воды у щитков укладывают полиэтиленовую пленку. Перед началом опытов зарисовывает профиль борозд и устанавливают баки с автоматическим регулятором подачи воды.

Перед началом опыта для каждой борозды рассчитывают и заранее отмеряют объем воды, л, соответствующий испытываемой поливной норме по формуле:

,                                                             (2.9.1)

где - расчетный объем, л;

- ширина междурядий, м;

- длина отрезка борозды, м;

- поливная норма, м/га.

Для заданных параметров опытной делянки (длина 2 м) норма 1000 м/га соответствует 140 л на 1 борозду , а на весь опыт, включая и защитные борозды, необходимо предусмотреть 700-800 л воды.

Опыт начинают с подачи воды в учетные борозды с одновременной ее подачей в защитные борозды и защитные отрезки учетных борозд (за щитками). Объем воды, необходимый для заполнения борозды до заданного уровня без учета впитывания воды, определяют по формуле:

,                                                              (2.9.2)

где - объем воды, л, необходимый для заполнения борозды до заданного уровня без учета впитывания воды;

- высота столба воды, дм;

- длина отрезка борозды, дм;

- ширина зеркала воды, дм.

Два первых отсчета количества долитой в учетные борозды воды проводят с пятиминутным интервалом, а затем - через каждые 10 мин до впитывания нормы 1000 м/га.

Для определения объема воды впитавшейся в учетные борозды за первые 5 мин опыта, из общего количества долитой воды, л, вычитают ее объем, определенный по формуле (2.9.2).

В последующие интервалы времени наблюдений учитывают количество доливаемой воды, л. После подачи в борозды поливной нормы 1000 м/га долив воды в учетные борозды прекращают и отмечают время впитывания воды, заполняющей каждую из учетных борозд.

После проведения первых поливов щиты из борозд не вынимают из-за необходимости проведения повторных поливов.

Время начала повторных поливов определяют так же, как описано в разделе 2.8.

Поверхность борозд перед проведением вторых поливов рыхлят. Второй полив ведут до впитывания поливной нормы не менее 1000 м/га.

Форма полевой записи результатов опытов по определению впитывания при поливе по бороздам такая же, как для определения водопроницаемости при поливах напуском.

При камеральной обработке полевых данных по определению впитывания расход воды, м/га, , за каждый интервал времени наблюдения определяют по формуле:

,                                                  (2.9.3)

где - расход воды, л, за интервалы времени;

- учетная площадь, м.

Учетную площадь определяют умножением длины борозды на расстояние между осями борозд.

Скорость впитывания , л/сек на 1 пог. м борозды, за интервал времени определяют по формуле:

.                                                   (2.9.4)

Суммарный расход воды (м/га) от начала опыта для каждого интервала времени наблюдений находят по формуле 2.8.3.

Форма записи результатов камеральной обработки поливов по бороздам (1,4 м).

2.10. Определение безнапорной водопроницаемости почв при дождевании по методу Н.С.Ерхова

Безнапорную водопроницаемость почвы при дождевании методом Н.С.Ерхова определяют в полевых условиях с применением специальной передвижной дождевальной установки ПДУ, схема которой дана на рис.8. Дождеватель ПДУ представляет собой стояк с двумя-тремя дефлекторными насадками одностороннего действия, в которые ввинчивают сменные диафрагмы-вкладыши с отверстиями 3, 4, 6 или 8 мм. Стояк и насадки просты по конструкции, их можно изготовить в любой хозяйственной мастерской (чертежи имеются в ВНПО "Радуга"). Стояк крепится на треножной опоре (например, от геодезических приборов) и соединяется с мотонасосом типа АН-1,5, К-6 или ЦБН-2 посредством резинового шланга диаметром не менее 48 мм. Питание дождевателя водой обычно осуществляется из автоцистерны. Если автоцистерна оборудована насосом "на слив", то его можно использовать для подачи воды на дождеватель с напором 0,05-0,1 МПа и выше. Интенсивность дождя и крупность капель регулируют путем установки диафрагмы-вкладыша соответствующего диаметра и изменением напора на дождевателе посредством изменения числа оборотов двигателя [13].

2.11. Определение по восстановлению уровня воды в скважине в неоплывающих и необводненных с поверхности почвогрунтах по методу Доната-Эркина [4]

В мелиоративной практике СССР и за рубежом для расчета основных параметров дренажа в последние десятилетия наибольшее распространение получил метод определения по восстановлению уровня воды в скважине. Метод весьма близко отражает условия фильтрации воды в боковом (латеральном) направлении к дренам. Он прост, предполагает однократное понижение воды в скважине и последующую фиксацию скорости подъема ее уровня.

По Эркину, метод определения по восстановлению уровня воды в скважине предполагает выполнение следующих операций.

На характерной в отношении рельефа и растительности точке исследуемой почвенной разновидности буром диаметром 10-20 см проходят скважину. При исследовании фильтрационных свойств однородных по механическому составу горизонтов дно скважины должно залегать на 10-20 см выше отличного по своей водопроницаемости слоя. В слабоводопроницаемых почвогрунтах к определению фильтрации приступают спустя 24-48 часов, в хорошо водопроницаемых - через 6-12 часов после завершения проходки скважины, предварительно отлив скопившуюся при бурении воду. Перед началом наблюдений в полевой журнал записывают: глубину установившегося уровня воды от дневной поверхности , глубину скважины , мощность слоя воды в скважине и ее диаметр . После завершения этих измерений насосом, клапанной водочерпалкой или черпаком на длинной ручке (в широких скважинах) откачивают воду. Удобно использовать для быстрой однократной откачки легкую пластмассовую трубу, снабженную клапаном. В варианте, предложенном D.Hilliger (1974), трубу опускают в скважину, заполняют водой и извлекают на поверхность. ( См. рис.10).

2.12. Определение величины поливной струи и продолжительности полива со сбросом заданной нормы

Для определения величины поливной струи на поле (целинные участки распахиваются) устраивают 4 борозды длиной, рекомендованной ниже в таблице. В голове борозд устанавливают трехугольные водосливы. В процессе опыта водосливами регулируют подачу воды поливными струями, близкими к приведенным в таблице.

Рекомендуемые элементы техники бороздкового полива

По мере добегания каждой струи до конца борозды фиксируют время добегания и по формуле (2.12.1) подбирают оптимальную величину поливной струи:

,                                                            (2.12.1)

где - величина поливной струи, л/сек;

- длина борозды, м;

- ширина междурядий, м;

- продолжительность добегания струи до конца борозды, мин;

- коэффициент, равный 0,7-0,9;

- поливная норма, м/га.

Опытные поливы для установления величины поливной струи необходимо проводить в два срока.

При расположении опытных борозд близко к водоисточникам (канал, пруд) опыт можно продолжить, замерив величину сброса воды в концах борозд при поливах заданной нормой. При добегании струи до конца борозд фиксируют время от начала полива и подсчитывают норму добегания и норму доувлажнения как разность между заданной поливной нормой и нормой добегания. Учитывая через интервал времени сброс воды в конце борозды, устанавливают продолжительность дополнительной подачи и всего полива заданной поливной нормой:

,                                                   (2.12.2)

где - продолжительность полива, мин;

- продолжительность сброса воды, мин;

- средний сброс воды за мин.

2.13. Определение исходных данных для расчетов параметров солепереноса (метод промывки малых площадок в модификации А.Т.Якубцева)

Параметры солепереноса (коэффициенты конвективной диффузии, растворимости, дисперсии и др.) используются при расчетах промывных норм, промывного режима орошения, солевого режима почв и в других гидромелиоративных расчетах.

Методы определения исходных данных для расчетов параметров солепереноса основаны на исследовании динамики солей при движении воды через расчетную толщу почвогрунтов в процессе опытных промывок или в естественных условиях.

Для математического моделирования процессов солепереноса в итоге опытных промывок должны быть получены следующие показатели:

- количество и состав воднорастворимых солей в водной вытяжке до промывки и после каждого такта промывки;

- минерализация и химический состав воды, поданной на промывку и грунтовой;

- количество поданной на промывку воды;

- скорость впитывания промывной воды;

- порозность общая и активная;

- предельная полевая влагоемкость.

На солонцеватых и содовозасоленных почвогрунтах определяют также содержание обменных катионов в почвенном поглощающем комплексе.

Ниже описан метод промывки засоленных почвогрунтов на площадках, гидроизолированных от окружающей территории на глубину изучаемой толщи. Надежный гидроизоляционный экран исключает боковой отток промывной воды, а имитация дренажа приближает условия опытной промывки к производственным. По затратам материалов и трудоемкости метод вполне доступный для выполнения исследований в экспедиционных условиях.

В настоящем разделе освещены вопросы полевых опытных работ: обустройство опытной площадки, технология промывки, оформление материалов полевых и лабораторных исследований.

Расчеты параметров солепереноса, промывных норм и другие выполняют по методу Г.П.Ободзинской (см. разд.4.6) или других авторов.

Обустройство опытной площадки. По периметру площадки размером 4x4 (рис.12) проходят траншею на глубину изучаемой толщи (обычно 1,5 м). Землю из траншеи выбрасывают на внешнюю сторону. Стенки траншеи со стороны площадки тщательно защищают и покрывают полиэтиленовой пленкой с перекрытием места стыковки пленки на 50 см. Верхний край пленки должен возвышаться над поверхностью земли на 35 см. Место стыковки пленки смазывают глинистым раствором. Нижний край пленки на дне траншеи присыпают грунтом слоем 5-10 см. Слегка отклоняют верхний край пленки от стенки площадки и в зазор между стенкой площадки и пленкой заливают раствор бентонитовой (или местной) глины слаботекучей консистенции до образования слоя высотой 10-15 см. Траншею засыпают вынутым грунтом слоем 30-40 см и утрамбовывают. Чтобы не повредить пленку, непосредственно к ней укладывают влажный грунт. От давления грунта глинистый раствор расплывается по стенке и заполняет неровности (трещины, сколы и т.д.). Снова в зазор заливают глинистый раствор и траншею засыпают слоем грунта. Эти операции повторяют до полной засыпки траншеи.

2.14. Отбор монолитов для изучения физических свойств почвогрунтов в лабораторных условиях

Для определения некоторых физических показателей в лабораторных условиях отбирают небольшие монолиты из генетических горизонтов почвы.

Монолиты отбирают в шурфах, оборудуя в них ступеньки. Лопатой и ножом обкапывают и обравнивают призму на 10 см от разметки. Затем осторожно доводят монолит до требуемого размера. Как правило, максимально величина монолита должка составлять 20x20x20 см. Низ монолита отмечают двумя пересекающимися линиями.

Монолит аккуратно оборачивают двумя-тремя слоями марли и опускают в расплавленную смесь парафина и воска (9:1) на несколько секунд. Повторяя эту операцию несколько раз, добиваются появления слоя парафиновой смеси, достаточно надежного для сохранения влаги и прочности монолита. Одну из этикеток помещают под слоем марли, другую - на поверхности монолита и заливают ее небольшим слоем парафина. В этикетке указывают номер разреза, место его заложения, глубину отбора, название почвы, объект.

Этикетку пишут химическим карандашом. После затвердения смеси (парафина и воска) образец готов к транспортировке в специальных ящиках.

Для определения динамической влагоемкости в стационарных лабораториях отбор монолитов из минеральных (в том числе и слабогравелистых) и торфяных почв можно производить буром Ю.Н.Скородумова (рис.13). Этот бур приводится в действие бензиновым мотором "Дружба", с его помощью отбирают монолитные образцы на глубину до 1,5 м без деформации. Кроме того, буром можно "опиливать" колонку почвы с удалением ее излишков на поверхности.

2.15. Составление ведомостей анализов для образцов, отобранных на площадках по изучению водно-физических свойств почв

Образцы, отобранные при определении плотности почв объемно-весовым методом, а также монолиты направляют в стационарную лабораторию с ведомостью анализов.

При составлении ведомости назначают следующие анализы для характеристики физических свойств почв: механический состав, агрегатный состав по С.В.Астапову, плотность твердой фазы.

Кроме вышеуказанного набора анализов, определяют согласно программе исследований: число пластичности, плотность методом парафинирования, динамическую влагоемкость на монолитах, устойчивость кротовых дрен.

Не исключены и другие виды анализов физического состояния почвы в зависимости от ее конкретных особенностей и задач исследования.

Кроме анализов для характеристики физических свойств почвогрунтов в образцах, отобранных при определении плотности, назначают химические анализы в зависимости от типа почвы.

3.1. Определение влажности мелкоземистых почвогрунтов

     
Стандартный метод

Бюксы с пробами почвогрунтов на влажность следует взвешивать в течение одних суток после их отбора. Взвешивать рекомендуется на весах типа ВЛТК-500 значительно повышающих производительность труда по сравнению с весами типа Т-200. Точность взвешивания 0,01 г.

Для высушивания проб применяют сушильные шкафы (термостаты) с электрическим (или другим) подогревом.

Для достижения в термостате температуры 100 °С требуется 3-4 часа. Устойчивая температура 105-110 °С, при которой происходит окончательное высушивание навесок, достигается тогда, когда основная масса воды, забирающая тепло на испарение, удалена (нижнее и верхнее вентиляционные отверстия термостата должны быть открыты).

На окончательное высушивание навесок достаточно для тяжелых по механическому составу грубокомковатых навесок почв 3-4 ч, а для рыхлых и легких по механическому составу - 2 ч. Общее время высушивания навесок составит 6-8 ч.

По окончании высушивания горячие бюксы плотно закрывают крышками и оставляют остывать. Как только бюксы перестанут жечь руки (40-45°), можно начинать взвешивание. Влажность рассчитывают в % от массы "абсолютно сухой" почвы по формуле:

,                                           (3.1.)

где - влажность от массы абсолютно сухой почвы, %;

, , - соответственно - масса бюксов с влажной, сухой почвой и пустого бюкса, г.

При наличии в глинистых почвогрунтах органических веществ не более 5% и в песчаных не более 3%, допускается проводить однократное высушивание при температуре 105±2 °С в течение 8 ч для глинистых и 4 ч для песчаных почвогрунтов.

Загипсованные почвогрунты высушивают при температуре 80±2 °С. Первичное высушивание загипсованных проб производят в течение 8 ч. Повторное - в течение 2 ч.

Форма лабораторной записи определения влажности (N ВФ точки, дата взятия образца, дата определения, фамилия исполнителя)

Ускоренный метод

Ускоренный метод определения влажности применим для почвогрунтов, не содержащих органических остатков и солей в количестве более 5%.

Исходным состоянием для определения времени сушки подлежащих исследованию почвогрунтов является степень влажности, устанавливаемая визуально.

Характеристика начального влажностного состояния несвязных почвогрунтов принята по следующим категориям: воздушно-сухие, маловлажные, влажные, водонасыщенные. Начальное влажностное состояние высушиваемых связных почвогрунтов принято по следующей их консистенции: воздушно-сухие (с нарушенной структурой), в твердом и полутвердом состоянии, в пластичном состоянии, в текучем состоянии.

Пробы почвогрунтов высушиваются при температуре 130 °С.

Для определения влажности почвогрунтов ускоренным методом можно использовать:

1. 1. Электрические сушильные шкафы стационарного типа.

2. 2. Электрические сушильные шкафы с ускоренным теплообменом (CЭШ-3, СЭШ-3М).

3. 3. Электрические сушильные шкафы полевого типа  (из комплекта лаборатории Литвинова).

4. 4. Специальные сушильные приборы Мюллера, изготовленные в ГДР.

Для высушивания грунтов можно использовать стеклянные или металлические бюксы. Для шкафов СЭШ-3, СЭШ-3М и приборов Мюллера используются специальные металлические бюксы.

Все взвешивания выполняются на технических весах с точностью до 0,01 г.

Устойчивый температурный режим при 130 °С устанавливается в течение следующего времени:

1. 1. В электрических сушильных шкафах стационарного типа через 30-40 мин.

2. 2. В шкафах СЭШ-3 и СЭШ-3М с ускоренным теплообменом через 8-10 мин.

3. 3. В сушильных шкафах полевого типа (из лаборатории Литвинова) за 20-30 мин.

4. 4. В приборах Мюллера через 10 минут.

При пользовании сушильными шкафами запрещается:

1. 1. Превышение температуры шкафа более чем на 5 °С.

2. 2. Установка бюксов с пробами не на полки, а на защитный экран.

3. 3. Оставление включенного шкафа без надзора обслуживающего персонала.

Порядок определения. Оттарированные бюксы наполняют на 50-60% их объема почвогрунтом, закрывают крышками и взвешивают. В бюксы к приборам Мюллера помещают ровно 10 г почвогрунта.

Приводят сушильные шкафы в рабочее состояние и дают им возможность нагреваться до температуры 130 °С. Открываются подготовленные к сушка бюксы с пробами: при металлических бюксах надевают крышку на нижнюю часть бюкса, при стеклянных - кладут крышку ребром на верхнюю часть бюкса. Открытые бюксы устанавливают в сушильном шкафу.

Продолжительность сушки устанавливается по таблице 3.1.1 в зависимости от типа почвогрунта и его влажности.

Таблица 3.1.1

По истечении срока сушки бюксы с пробами вынимают из сушильного шкафа при помощи тигельных щипцов, закрывают крышками и для ускорения остывания размещают их на некотором расстоянии друг от друга на 30 минут. При использовании охлаждающего устройства из комплекта к сушильным шкафам СЭШ-3 и СЭШ-3М время охлаждения сокращается до 5 мин. Охлажденные бюксы с сухим грунтом взвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г. Величину влажности грунта в процентах вычисляют по формуле 3.1.1.

3.2. Определение влажности каменистых почв по методу Ф.Р.Зайдельмана

Влажность каменистых почв весовым методом может быть определена двумя принципиально разными приемами. Во-первых, высушиванием крупных образцов, содержащих все фракции камней и мелкозема. Этот прием, весьма громоздкий и сложный, обычно искажает показания влажности в результате неравномерного распределения камней различного размера в параллельных пробах. Вместе с тем отбор в поле средней пробы с характерным содержанием каменистых отдельностей сопряжен с потерей влаги. Поэтому при работе с почвами, содержащими каменистый материал изверженных пород, правильнее отказаться от определения влажности в крупных образцах каменистых почв.

Для массовых определений влажности в таких почвах (и грунтах), где каменистые отдельности образованы изверженными или осадочными породами, не обладающими заметной влагоемкостью и порозностью, - гранитами, гнейсами, сиенитами, песчаниками и глинистыми сланцами, кварцем, кварцитом, конгломератами, брекчией и др., рекомендуется другой, достаточно точный и быстро выполняемый технический прием.

Поскольку влагоемкость камней перечисленных пород достаточно низка, расчет влажности каменистых почв проводят исходя только из влажности мелкозема. Для этого из стенки свежеоткрытого разреза отбирают в обычный алюминиевый бюкс мелкоземистую часть каменистой почвы. Этот мелкозем, однако, обогащен каменистыми фракциями, полное отделение которых от мелкозема сопряжено с потерей влаги. Поэтому быстро удаляют лишь крупные камни, бюкс закрывают крышкой и взвешивают. Взятый образец высушивают при температуре 100-105 °С и определяют общую абсолютно-сухую массу пробы, состоящую из мелкозема и некоторого количества камней.

Высушенную пробу высыпают на бумагу, тщательно растирают комочки мелкозема с тем, чтобы выделить содержащиеся в них камни. Затем пробу переносят на сито с диаметром отверстий 3 мм, просеивают и определяют массу оставшихся на сите камней.

Зная общую сырую массу образца , его сухую массу и массу камней , определяют влажность мелкозема каменистой почвы.

.                                                        (3.2.1)

3.3. Определение плотности твердой фазы почвогрунтов по методу Астапова-Долгова

Плотностью почвенных частиц называют массу в граммах почвенных органических и минеральных частиц в объеме 1 см при сплошном заполнении (без межзеренных промежутков) ими этого объема.

Для определения плотности необходимо следующее оборудование: пикнометры объемом 50-100 см; весы технические с разновесами, песчаная баня.

Все пикнометры перед началом работ нумеруют, трехкратно заполняют дистиллированной водой и взвешивают с точностью до 0,01 г ().

Образец почвы доводят до воздушно-сухого состояния, растирают в ступе, размельчая мелкие корешки, крупный песок, новообразования и т.д., и пропускают через сито с диаметром отверстий 1 мм. Взвешивают четыре навески по 10-15 г. Две из них помещают в пикнометры для определения плотности, а две других - в алюминиевые бюксы для определения влажности.

Пикнометры до половины наполняют дистиллированной водой и медленно кипятят на песчаной бане, пока жидкость не начнет кипеть толчками (1-1,5 ч). Пикнометр с почвой и водой оставляют на ночь для остывания до комнатной температуры.

На другой день доливают пикнометры до полного объема прокипяченной дистиллированной водой комнатной температуры и взвешивают (). Во избежание нагревания пикнометра от рук его надо брать двумя пальцами за горлышко.

Массу сухой почвы () подсчитывают по формуле:

,                                                          (3.3.1)

где - навеска почвы, г;

- влажность почвы, %.

Плотность вычисляют по формуле:

,                                                    (3.3.2)

где - масса сухой почвы, г;

- масса пикнометра с дистиллированной водой, г;

- масса пикнометра с водой и почвой, г.

Форма лабораторной записи для определения плотности твердой фазы почвы

Определение удовлетворительно, если расхождение в двух параллельных определениях не превышает 0,02.

3.4. Определение плотности твердой фазы засоленных почв по методу В.М.Файнциммера

В засоленных почвогрунтах обычная методика пикнометрического определения плотности не дает достоверных результатов, так как растворяющаяся соль уменьшает объем скелета грунта, помещенного в пикнометр. Вследствие этого получаемые результаты завышают истинное значение величины плотности твердой фазы грунта.

Применение нейтральных жидкостей для определения плотности твердой фазы засоленных почв связано с трудностями замены кипячения вакуумированием, требующим дополнительного оборудования и значительной чувствительностью нейтральных жидкостей к изменениям температуры.

При заполнении образцов почвогрунтов в пикнометрах происходит коагуляция грунтовой суспензии. В этом случае после кипячения грунта в пикнометре и дополнения его водой до мерной черты по истечении сравнительно небольшого времени в связи с коагуляцией происходит осветление жидкости, заполняющей пикнометр.

Если осторожно извлечь из пикнометра осветленный раствор и определить его плотность, можно решить вопрос, какое количество солей растворено водой, находящейся в пикнометре, и, следовательно, на какую величину объема этих солей надо вводить поправку. Осветление части жидкости в пикнометре происходит при содержании солей 0,2%.

Наиболее простым методом определения плотности соленого раствора является пикнометрический весовой метод определения плотности этого раствора. Для этого надо иметь дополнительно один малый пикнометр, объем которого не должен превышать 60-80% объема основного пикнометра. Техника определения плотности засоленных грунтов в воде значительно проще чем в нейтральных жидкостях.

Погрешность методики сравнительно невелика и составляет ±0,005 определенного значения плотности грунта, что вполне допустимо.

Последовательность анализа такая же, как в методе С.В.Астапова и С.И.Долгова.

После взвешивания пикнометра с водой и почвой, в случаях, когда верхняя часть жидкости, заполняющей пикнометр, осветлилась, с помощью резиновой груши с наконечником осторожно отсасывают осветленную жидкость в малый пикнометр. Объем малого пикнометра не должен превышать 60-80% объема основного пикнометра. Взвешивают малый пикнометр с осветленной жидкостью, извлеченной из основного пикнометра. Из пикнометра выливают солевой раствор, прополаскивают чистой дистиллированной водой, заполняют такой же водой и взвешивают.

Для партии определяемых образцов достаточно иметь один малый пикнометр, у которого заранее определяют массу вмещающейся в нем воды.

Масса воды в каждом большом пикнометре по отношению к массе воды в малом дает для каждого пикнометра практически постоянное значение , которое фиксируется при записи массы больших пикнометров.

Для выполнения расчетов надо принять следующие обозначения:

- масса грунта в пикнометре;

- масса большого пикнометра (пустого);

- масса большого пикнометра с грунтом;

- масса большого пикнометра с водой;

- масса большого пикнометра с водой и грунтом;

- масса воды в большом пикнометре;

- масса малого пикнометра (пустого);

- масса малого пикнометра с водой;

- масса малого пикнометра с солевым раствором;

- масса воды в малом пикнометре.

При расчете, который проводят в определенной последовательности, определяют следующие данные:

1. а) масса грунта в пикнометре

   .

   При работе с воздушно-сухим грунтом необходимо учесть поправку на гигроскопическую влажность этого грунта;

2. б) объем воды, вытесненной грунтом:

   ;

3. в) масса дистиллированной воды в большом пикнометре:

   ;

4. г) масса дистиллированной воды в малом пикнометре:

   ;

5. д) разницу в массах малого пикнометра с водой, содержащей растворимые соли, и малого пикнометра с дистиллированной водой:

   ;

6. е) соотношение объема большого и малого пикнометров:

   ;

7. ж) масса солей в растворе, находящемся в большом пикнометре :

   ;

8. з) объем растворившихся солей, содержащихся в большом пикнометре :

   ,

   
   где - средняя плотность легкорастворимых солей;

9. и) объем грунта, помещенного в большой пикнометр ():

   ;

10. к) плотность грунта по значениям массы грунта и его объема:

    .

Форма записи при определении плотности засоленных почвогрунтов

3.5. Определение плотности твердой фазы заболоченных и болотных почв по методу Ф.Р.Зайдельмана

Плотность торфяных и заболоченных почв тяжелого механического состава определяют по широко распространенной методике с помощью пикнометров, применяемых и для автоморфных почв. При этом, однако, следует иметь в виду, что сухие образцы почв, обогащенные минеральными и органическими коллоидами, после высушивания в результате их дегидратации и коагуляции приобретают большую плотность, чем при высокой влажности в естественном залегании. Поскольку коагуляция коллоидов горизонтов почвенного профиля в диапазоне естественной влажности обратима, в принятую методику определения плотности вводят следующие дополнения.

Непосредственно после растирания (для минеральных) или отбора средней пробы (для торфяных почв) 30-35-граммовую навеску помещают в алюминиевый или стеклянный бюкс и насыщают водой до пастообразного состояния. Бюкс закрывают крышкой. Через 6-8 дней из бюкса извлекают 8-10 г пасты, помещают ее в фарфоровую чашку и разбавляют водой. В виде суспензии навеску переносят в пикнометр.

Оставшуюся в бюксе почву используют для определения влажности. Ход последующих операций не отличается от обычно принятых. Определения плотности, выполненные с такой подготовкой образца, позволяют установить его значения в период длительного избыточного увлажнения почв.

Параллельные определения плотности сухих образцов и образцов, подготовленных к анализу длительным насыщением, показывают значительные расхождения. Плотность почвы после предварительного насыщения обычно меньше, чем плотность воздушно-сухих образцов.

3.6. Определение влажности завядания растений методом проростков в модификации Астапова-Долгова

Параметр влажности устойчивого завядания растений является нижней границей запасов в почве влаги, доступной для растений.

Для определения влаги завядания требуются образцы почвы весом до 1 кг.

Для определения влаги завядания необходимо иметь:

• ступку с деревянным пестиком;

• сито с отверстиями 2 мм;

• алюминиевые бюксы (или другие сосуды) для выращивания растений и определения влажности;

• отрезки стеклянных трубок;

• ячмень (зерно);

• стакан или кружку с носиком (для поливки);

• парафино-вазелиновый сплав;

• плотный деревянный ящик с кромкой;

• весы ВЛТК-500 г;

• сушильный шкаф.

Для выращивания растений используют алюминиевые бюксы высотой 60-70 и диаметром 35-40 мм. Для каждого горизонта почвы опыты проводят пятикратно.

Перед началом опытов образец почвы массой до 60 г измельчают в ступке и просеивают сквозь сито с размером ячеек 2 мм. В каждый бюкс вставляют отрезок неширокой стеклянной трубки размером на 5 см больше высоты бюкса. Трубка предназначена для выхода воздуха из нижней части бюкса при поливе.

В бюкс наливают воду с расчетом, чтобы не произошло излишнее переувлажнение почвы, что может привести к загниванию прорастающих семян.

В увлажненную почву высаживают 5-6 проросших семян ячменя, широкие листья которого позволяют в дальнейшем легко установить начало завядания растения.

До появления всходов бюксы накрывают картоном для предотвращения высыхания образцов почвы. После появления всходов в каждом бюксе оставляют по 3 растения и держат их в хорошо освещенном помещении.

Через две недели, когда корни растений пронизывают всю почвенную пробу, поливают растения в последний раз, поверхность почвы заливают почти остывшей смесью 4 частей парафина и 1 части технического вазелина (по массе). Отверстие стеклянной трубки закрывают ватой. Бюксы помещают в затененное от прямого света место и оставляют до появления первых признаков завядания, наблюдения за которым ведут три раза в день. Бюксы с поникшими листьями растений помещают в плотный ящик. Сюда же помещают широкий кристаллизатор с водой или смоченными опилками.

Бюксы в таком положении оставляют на ночь. Если на следующий день растения восстанавливают тургор своих листьев, их снова вынимают из ящика на несколько часов до появления признаков завядания, а затем помещают в ящик. Если растения в течение ночи не восстановили тургор листьев, устойчивое завядание считается достигнутым.

После достижения состояния устойчивого завядания растений извлекают из бюкса верхнюю часть почвенного образца высотой 1-2 см вместе с парафиновой коркой и верхним несколько пересушенным слоем почвы и остатками семян. Остальную часть почвы крошат в руках, освобождают от избытка корней и помещают в тот же алюминиевый бюкс, в котором и определяют влажность.

Среднее значение влажности из всех повторностей и является почвенной влажностью устойчивого завядания растений или просто влажностью завядания.

Запись осуществляют в следующей форме:

3.7. Определение влажности завядания растений на торфяных почвах

Исследованиями Ф.Р.Зайдельмана и В.Г.Виноградова (1960) установлено, что влажность завядания торфяных почв не соответствует величине максимальной молекулярной влагоемкости. Единственным способом получения влажности завядания торфяных почв является прямое определение этой константы в условиях биологического опыта, при этом используется метод проростков (вегетационных миниатюр). Этот метод целесообразен вследствие того, что корневая система растений, развиваясь в ограниченном объеме почвы, помещенном в алюминиевый бюкс, густо пронизывает образец торфа и полностью усваивает весь продуктивный запас влаги. Определение влажности завядания методом проростков приближает опыт к условиям пахотного горизонта торфяных почв.

В дополнение к методике определения влажности завядания методом вегетационных миниатюр по С.В.Астапову и С.И.Долгову, для устранения поражения корневых систем проростков плесенью, растения на протяжении всего опыта поливают питательной смесью Кнопа (раствор: 1 г Са(NO); 0,25 г KНРО; 0,25 г МnО; 0,125 г KCl; следы FeCI в 1000 см воды).

Образцы из пахотных горизонтов торфяных почв перед анализом измельчать нецелесообразно.

3.8. Ускоренный метод определения недоступной для растений воды по методу Е.Г.Чагиной

Водно-физическую константу почвы, характеризующую содержание воды, недоступной для растений принято называть влажностью завядания (ВЗ). Величину ВЗ рассчитывают по данным МГ (максимальной гигроскопичности), или определяют методом вегетационных миниатюр.

Расчетный метод условный, т.к. коэффициент для пересчета МГ в ВЗ непостоянен для разных почв. Метод миниатюр требует ежедневного ухода за растениями и довольно сложен на завершающей стадии, т.к. определение начала момента завядания растений является субъективным.

Ниже описана модификация метода определения уровня недоступной для растений воды, позволяющая довольно просто установить эту константу. Для проведения опыта требуются следующие материалы: полиэтиленовая пленка, кварцевый (или полиминеральный песок), изолента или липкая лента, алюминиевые бюксы высотой 4 см, диаметром 5 см.

Опыт ведут в разборных сосудах. Из полиэтиленовой пленки размером 15x22 см сворачивают трубку высотой 15 см, концы которой закрепляют канцелярскими скрепками. Диаметр трубки должен быть равен диаметру бюкса. Трубку обертывают чехлом из темной бумаги и вставляют в бюкс.

Готовят серию (4-6) навесок почвы с разной влажностью (; ...). Диапазон величин влажности, близкой к ВЗ, выбирают исходя из общих представлений о водно-физических константах исследуемых почв. Градиент в изменении величин устанавливают в зависимости от гранулометрического состава почвы от 0,25% для легких почв до 1% для тяжелых.

Почву с известной влажностью высыпают, слегка уплотняя, на дно сосуда до высоты 3 см. На этот слой почвы высыпают 1 см сухого песка, а поверх него 10 см слой почвы, влажность которой соответствует НВ. В процессе подготовки почвы для верхнего слоя в нее для лучшего роста растений добавляют азотно-фосфорные удобрения.

На глубину 0,5 см высаживают два наклюнувшихся зерна пшеницы (или другой культуры, для которой хотят определить ВЗ). Поверхность почвы для предотвращения испарения воды засыпают 1 см слоем песка. Во избежание потерь воды со дна бюкса через зазор между его стенками и пленочным сосудом место стыка бюкса и сосуда заклеивают липкой лентой. До появления всходов сосуды накрывают полиэтиленовой пленкой. Растения выращивают при ° 18-20° (без единого полива) до их полного завядания. После этого сосуд демонтируют и определяют глубину проникновения корней в нижний слой почвы (ниже песка). От верхнего слоя почвы песок слегка увлажняется и не служит препятствием для корней. Рост корней глубже прослойки песка зависит от влажности нижнего слоя. При влажности более ВЗ, корни осваивают этот слой. По мере снижения влажности развитие корней замедляется. За величину ВЗ принимают влажность в том сосуде, в котором рост корней прекращается на нижней границе песка с почвой.

Опыт достаточно вести в двухкратной повторности, а при уменьшении градиента влажности нижнего слоя и вовсе без повторности.

В заключение отметим достоинства предлагаемой модификации. Метод прост. Он не требует ухода за растениями. Влаги верхнего слоя достаточно для развития 2-3 листьев и вполне развитой корневой системы, хорошо осваивающей весь объем почвы. В отличие от метода С.И.Долгова по окончании опыта нет необходимости определять влажность почвы. Для проведения опыта достаточно лишь определить гигроскопическую влажность для расчета задаваемых уровней влажности нижнего слоя.

3.9. Определение максимальной гигроскопической влажности по методу А.В.Николаева

Максимальное количество влаги, которую может поглотить почва из атмосферы при относительной влажности несколько ниже 100%, принято называть максимальной гигроскопической влажностью.

По Николаеву на определение берут 10 г почвы, просеянной через сито 1 мм. Навеску помещают в стеклянные широкие и низкие бюксы диаметром 5 и высотой 3 см и устанавливают их в эксикатор с насыщенным раствором KSO. В атмосфере эксикатора создается относительная влажность воздуха 98-99%. Эксикатор закрывают крышкой, шлифованная поверхность которой смазана вазелином.

Эксикатор с бюксом ставят в затемненное место, при этом изменение температуры должно быть наименьшим.

Через 3 дня бюксы взвешивают и опять ставят в эксикатор. Дальнейшие взвешивания осуществляются через каждые 2-3 дня до тех пор, пока разность между предыдущим и последующим взвешиванием будет не более тысячных долей грамма. Эту массу принимают за окончательную. Количество поглощенной воды определяют, высушивая образцы при температуре 105 °С до постоянной массы и выражают его в % к массе сухой почвы.

3.10. Определение максимальной молекулярной влагоемкости почвы по методу А.Ф.Лебедева

Для определения максимальной молекулярной влагоемкости, почву просеивают через сито с отверстиями 0,5 мм. Из просеянной почвы берут среднюю пробу массой 15-20 г и помещают в фарфоровую чашку диаметром 6-7 см, смачивают до состояния полного увлажнения и тщательно перемешивают шпателем.

Затем берут лист фильтровальной бумаги или кусок тонкой неворсистой ткани. Сверху на него кладут металлическую пластинку толщиной 2 мм для глин и суглинков или 1 мм для супесей и песков с круглым отверстием диаметром около 5 см посредине.

Переувлажненную почву переносят шпателем в отверстие пластинки на лист фильтровальной бумаги (или кусок ткани), разравнивают, чтобы почвой было заполнено все отверстие пластинки. Пластинку убирают, а на листе остается аккуратная "лепешка" почвы такого диаметра и толщины, как отверстие пластинки. Этот кружок покрывают сверху еще одним листком фильтровальной бумаги или куском ткани и помещают между 20 листками фильтровальной бумаги с каждой стороны. Набирают несколько таких "слоеных пирожков" (6-10), переслаивают их металлическими или фанерными прокладками и прессуют под давлением 65-66 кг/см в течение 10 мин.

По окончании прессования почву быстро очищают от приставших волокон, переносят в протарированный бюкс. В тяжелых почвах следует проверить законченность водоотдачи, разломив лепешку пополам. Если она сломается при перегибании, значит водоотдача закончилась, и наоборот, если она не переламывается, время под прессом увеличивают до 30, а иногда до 60 мин.

Отжатые лепешки переносят в бюкс, взвешивают, высушивают при 105 °С в термостате. Рассчитывают максимальную молекулярную влагоемкость по формуле 3.1.1.

3.11. Определение устойчивости кротовых дрен в минеральных заболоченных почвах по методу Ф.Р.Зайдельмана

Для определения устойчивости кротовых дрен в минеральных заболоченных почвах применяют метод, основанный на учете водопрочности агрегатов.

Устойчивость кротовых дрен в минеральных заболоченных почвах зависит от механического и микроагрегатного состава, теплоты смачивания, влажности почвы во время строительства дрен.

Образец почвы массой 300-400 г высушивают до воздушно-сухого состояния в сухом, хорошо проветриваемом помещении. Недопустима сушка при температуре выше 40 °С. Затем образец пропускают через сито с диаметром отверстий 5 мм на сито 3 мм. Навеску агрегатов размером 3-5 мм и массой 20 г помещают в цилиндрическую металлическую коробку высотой 20 мм, дно и съемная крышка которой представляет собой сетку с поперечником ячеек 0,5 мм. К обручу коробки присоединяют рукоятку. Сетчатую коробку с образцом помещают в сосуд с водой (высота сосуда 140 мм) и оставляют в нем на 10 мин.

Затем образец в коробке подвергают 50-кратной проводке в сосуде (одна проводка - опускание и подъем навески, продолжительность каждой проводки - 1,5-2 с, всего опыта - 1,5-2 мин).

После этого коробку вынимают из воды и отделяют от держателя.

Остаток образца переносят на фильтр, высушивают до воздушно-сухого состояния, взвешивают. По весу остатка образца судят об устойчивости кротовых дрен.

Определение устойчивости и сроки службы кротовых дрен по массе воздушно-сухих агрегатов после просеивания в воде (Ф.Р.Зайдельман)

При определении массы остатка после водного просеивания учитывается только масса суглинистых или глинистых агрегатов. В расчет не принимают массу ортштейнов, камней, кварцевых зерен и т.п.

При диагнозе устойчивости кротовых дрен следует учитывать их агрессивность в естественных условиях. В зоне избыточного увлажнения особенно перспективно исследование устойчивости кротовых дрен в пойменных почвах, в то время как в подзолистых и дерново-подзолистых почвах кротовые дрены не устойчивы и проводить исследования устойчивости кротовых дрен на этих почвах нецелесообразно.

3.12. Механический анализ почвы ареометрическим методом

При механическом анализе разделяют почвогрунт на фракции (группы частиц близкого размера) и устанавливают их процентное содержание.

Механический состав почвы можно определить либо методом пипетки, либо ареометрическим методом. Последний метод более производителен и рекомендуется для использования.

Среднюю пробу почвогрунта подготавливают к механическому анализу следующим образом.

Отбирают методом квадратов пробу почвогрунта 200 г в воздушно-сухом состоянии, растирают в фарфоровой ступке пестиком с резиновым наконечником и просеивают через набор сит с диаметром отверстий 10, 5, 2, 1, 0,5 см. Взвешивают фракции, задержавшиеся на ситах и прошедшие в поддон. Если в пробе нет крупных частиц, просеивание сквозь сито, с размером отверстий 1 мм и более не производят.

Из почвогрунта, прошедшего через сито с размером отверстий 0,5 мм, отбирают методом квадратов среднюю пробу в заранее взвешенную фарфоровую чашку. Масса средней пробы должна быть для глин около 20 г, для суглинков - около 30, для супесей - 40 г.

Параллельно отбирают пробы для определения количества гигроскопической воды, плотности почвогрунтов.

Кроме того, методом квадратов отбирают пробу грунта массой около 2 г для испытания суспензии почвогрунта на коагуляцию. Помещают ее в фарфоровую чашку и добавляют 4-6 см дистиллированной воды. Растирают пестиком с резиновым наконечником. Затем доливают 15-16 см дистиллированной воды, кипятят суспензию в течение 5-10 мин. Выливают суспензию в пробирку или мерный цилиндр емкостью 100-150 мм* и доливают дистиллированной воды из расчета, чтобы объем суспензии стал равен 100 см для глин, 70 см - для суглинков, 50 см - для супесей.

_______________

* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

Суспензию взбалтывают и оставляют на сутки. Если суспензия за это время коагулирует, вышедший на дно пробирки или мерного цилиндра осадок должен быть рыхлым хлопьевидным, а жидкость над осадком будет прозрачная. Если суспензия не коагулирует; среднюю пробу почвогрунта переносят в колбу емкостью 750-200 мл, смывая остатки пробы в чашку струей воды. Доливают в колбу воду из расчета, чтобы ее общее количество было десятикратным по отношению к массе средней пробы.

Колбу с почвогрунтом оставляют на сутки, а затем добавляют 1 см 25%-ного раствора аммиака, закрывая ее пробкой с обратным холодильником или воронкой диаметром 2-3 см, и кипятят в течение часа.

Суспензию охлаждают до комнатной температуры и сливают в стеклянный цилиндр емкостью 1 л через воронку диаметром 14 см со вставленным в нее ситом с размером отверстий 0,1 мм. Если суспензия коагулирует, к средней пробе грунта добавляют воду, взбалтывают и сливают в стеклянный цилиндр сквозь сито с тем же размером отверстий, без размачивания в течение суток и последующего кипячения.

Частицы почвогрунта с сита смывают струей воды в фарфоровую чашку и тщательно растирают резиновым пестиком. Образовавшуюся в чашке взвесь сливают в цилиндр сквозь сито с размером отверстий 0,1 мм. Растирание осадка в чашке и сливание взвеси сквозь сито продолжают до полного осветления воды над частицами, оставшимися на дне чашки.

Оставшиеся на дне фарфоровой чашки частицы переносят в заранее взвешенный фарфоровый тигель или стеклянный бюкс, выпаривают на песчаной бане, высушивают в сушильном шкафу до постоянной массы и просеивают сквозь сито с размером отверстий 10, 5, 2, 0,5, 0,25 и 0,1 мм.

Частицы, прошедшие сквозь сито с размером отверстий 0,1 мм, переносят в цилиндр с суспензией, а фракции, задержавшиеся в ситах, взвешивают.

В цилиндр с навеской доливают воду до 1 л. При анализе почвогрунта, суспензия которого при опробовании коагулирует, добавляют 25 см 4% или 6,7%-ного пирофосфорно-кислого натрия (4% - из расчета на безводный пирофосфорно-кислый натрий (NaРО), 6,7% - из расчета на водный пирофосфорно-кислый натрий (NaPO·10НO).

Суспензию взбалтывают мешалкой 1 мин и через 20 с после окончания взбалтывания опускают ареометр, который должен свободно плавать, не касаясь стенок цилиндра.

Первые отсчеты плотности суспензии по верхнему краю мениска производят не вынимая ареометра из суспензии, через 30 с, 1, 2, 5 минут после окончания взбалтывания. Отсчеты по ареометру не должны занимать более 5-7 с. Затем ареометр вынимают из суспензии и опускают его в цилиндр с дистиллированной водой. Последующие отсчеты плотности суспензии производят через 15 и 30 мин; 1, 1,5, 3 и 4 часа.

Ареометр опускают в суспензию за 5-10 с до очередного замера несколько глубже предыдущих. После взятия каждого отсчета ареометр из суспензии вынимают.

Для введения температурной поправки измеряют температуру суспензии с точностью до 0,5 °С в течение первых 5 мин от начала опыта, а затем после каждого замера плотности суспензии - ареометром*.

________________

* Для удобства работы с ареометром берут упрощенные отсчеты, т.е. отбрасывают единицу и переносят запятую на три знака вправо, в результате тысячные деления будут представлять собой целые числа, а десятитысячные, которые берут на глаз, - десятые.

Таблица 3.12.1

     
Температура поправки к отсчетам по ареометру

В отсчеты плотности суспензии вносят поправки на нулевые показания ареометра и высоту мениска.

Поправку на нулевое показание ареометра определяют, наполняя стеклянный мерный цилиндр дистиллированной водой с температурой 20 °С и погружая ареометр в воду. Полученный отсчет плотности воды принимают за единицу плотности.

Поправка, которую вводят в расчет, равна разности между принятой единицей и замеренным отсчетом по ареометру. Ее прибавляют к каждому отсчету по шкале ареометра, если ареометр при проверке показывает менее 1,000 и вычитают, если ареометр при проверке показывает более 1,000.

Поправку на высоту мениска вводят в расчет, если ареометр градуирован по нижнему краю мениска. Если ареометр градуирован по верхнему краю мениска, поправку на мениск не учитывают. Поправку определяют следующим образом. В стеклянный мерный цилиндр, в котором будут производить анализ суспензии, наливают воду с температурой 20 °С, опускают ареометр и производят расчеты по нижнему и верхнему краям мениска. Разница между замеренными отсчетами есть поправка на высоту мениска. Поправку прибавляют к каждому отсчету по шкале ареометра при замерах плотности суспензии.

Поправку на диспергатор определяют следующим образом. В стеклянный мерный цилиндр наливают 950 см дистиллированной воды, опускают ареометр и производят отсчет по верхнему краю мениска. Добавляют в цилиндр диспергирующее вещество в требуемом количестве, затем доливают в цилиндр воду до 1 л, взбалтывают, опускают ареометр, производят отсчет по верхнему краю мениска.

Разность между вторым и первым отсчетами есть поправка на диспергатор. Поправку вычитают из каждого отсчета по шкале ареометра при замерах плотности суспензии.

Расстояние от поверхности жидкости до центра водоизмещения ареометра , соответствующего каждому делению шкалы ареометра (каждому тысячному делению), определяют для каждого ареометра. Расстояние , см, для каждого тысячного деления шкалы ареометра вычисляют по формуле:

,                                                       (3.12.1)

где - число тысячных долей по шкале ареометра от деления 1,030 до 1,000, т.е. 30 (величины постоянные для данного ареометра);

- число тысячных делений по шкале ареометра от 1,000 до поверхности суспензии (величина переменная, зависящая от погружения ареометра) всегда равно отсчету по ареометру;

- длина шкалы ареометра от деления 1,030 до 1,000, см (величина постоянная для данного ареометра);

- расстояние от деления шкалы ареометра 1,030 до центра водоизмещения луковицы, см (величина постоянная для данного ареометра);

- высота подъема воды в цилиндре при погружении ареометра до центра водоизмещения луковицы, см (величина переменная, зависящая от погружения ареометра).

Высоту поднятия воды в цилиндре при погружении ареометра до центра водоизмещения луковицы , см, определяют по формуле:

,                                                           (3.12.2)

где - объем луковицы ареометра для деления на его шкале  1,030 см;

- площадь сечения цилиндра, в котором производят анализ, см.

Объем луковицы ареометра определяют следующим образом. В стеклянный мерный цилиндр емкостью 1 л наливают 900-920 см дистиллированной воды 20 °С. Ареометр погружают до деления 1,030 и отсчитывают подъем уровня воды. Разность между уровнем воды при погруженном ареометре и без него равна объему луковицы.

Расстояние от деления шкалы ареометра 1,030 до центра водоизмещения луковицы определяют в том же цилиндре, погружая ареометр до подъема уровня воды в цилиндре на половину объема луковицы. От этого уровня воды замеряют расстояние до показания на шкале ареометра 1,030. Измеренное расстояние есть величина .

Результаты анализа обрабатывают следующим образом.

Процентное содержание фракций размером более 10, 10-5, 5-2, 2-1, 1-0,5 мм определяют по формуле:

,                                                               (3.12.3)

где  - масса данной фракции, г;

- масса взятой для анализа навески, г.

Вычисления производят с точностью до 0,1%. Массу навески берут с поправкой на гигроскопическую воду или естественную влажность.

Масса средней пробы грунта с поправкой на гигроскопическую воду или природную влажность определяют по формуле:

,                                             (3.12.4)

где - масса средней пробы в воздушно-сухом состоянии или с естественной влажностью, г;

- количество гигроскопической влаги, или естественная влажность, г.

Содержание фракций размером более 0,25 и более 1 мм определяют по формуле:

,                                    (3.12.5)

где - масса данной фракции, высушенной до постоянного веса, г;

- масса средней пробы с поправкой на гигроскопическую воду или природную влажность, г;

- суммарное содержание фракций размером более 0,5 мм, %.

Расчет диаметра частиц , мм, определяют по формуле:

,                                             (3.12.5)*

_______________
     * Нумерация соответствует оригиналу. - Примечание  изготовителя базы данных.

где - путь частиц от поверхности жидкости до центра водоизмещения ареометра, соответствующего исправленному отсчету;

- коэффициент вязкости (пуазы), определяется по табл.13;

- ускорение силы тяжести, равное 981 см/см;

- плотность частиц грунта, г/см;

- плотность воды, равная 1 г/см;

- время от начала взбалтывания суспензии до взятия отсчета, с.

Таблица 13

Содержание частиц менее 0,5 мм вычисляют по формуле:

,                                                (3.12.6)

где - исправленный отсчет по ареометру;

- плотность частиц грунта, г/см;

- плотность воды, принимаемой 1 г/см;

- масса средней пробы грунта с поправкой на гигроскопическую влагу или естественную влажность, г;

- суммарное содержание фракций более 0,5 мм, %.

Строят кривую зернового состава в полулогарифмическом масштабе, откладывая на оси абсцисс логарифмы диаметров частиц, а на оси ординат - процентное содержание частиц. По полученной кривой графически определяют процентное содержание фракций диаметром, мм, 0,5-0,25; 0,25-0,1; 0,1-0,05; 0,05-0,01; 0,01-0,005; 0,005-0,001, менее 0,001.

Результаты анализа представляют в виде таблицы, в которой указывают процентное содержание фракций размером, мм, более 10; 10-5; 5-2; 2-1; 1-0,5; 0,5-0,25; 0,25-0,1; 0,1-0,05; 0,05-0,01; 0,01-0,005; 0,005-0,001, менее 0,001, отмечая процентное содержание влаги.

3.13. Микроагрегатный анализ почвы по С.В.Астапову методом пипетки

Незасоленная почва. Для анализа берут среднюю пробу почвы 500 г, что обеспечивает отсутствие больших погрешностей при проведении анализа.

Навеску доводят до воздушно-сухого состояния. Отдельности диаметром более 1 см разламывают руками на отдельности диаметром до 1 см.

Навеску в воздушно-сухом состоянии просеивают через колонку сит с отверстиями соответственно 10, 5, 3, 1 мм. Всю навеску просеивают порциями по 100 г, чтобы избежать при просеивании растирания агрегатов. После просеивания оставшиеся на ситах и в поддоне агрегаты переносят в пронумерованные фарфоровые чашки.

Каждую пробу взвешивают и высчитывают процент фракции к массе общей навески. Из отсеянных фракций составляют навеску в 20-30 г. При этом из каждой фракции берут массу, пропорциональную ее процентному содержанию.

Пример. Выделено агрегатов при просеивании сухой почвы, %:

Навеску в 20 г для определения прочных агрегатов составляют из расчета:

;

;

;

.

Чем выше содержание пылеватых частиц, тем меньше берут навеску.

Навеску переносят в литровый цилиндр. Одновременно берут пробу почвы для определения влажности и последующего приведения результатов к абсолютно сухой массе.

Воду в цилиндр приливают к стенке, пока все агрегаты не окажутся под водой. Размокание агрегатов продолжается 10 мин. Цилиндр доливают дистиллированной водой до метки 1 л и оставляют на сутки. Его вручную переворачивают 10 раз для равномерного распределения почвенных частиц по всему столбу воды. Ставят цилиндр вертикально и отбирают пробы пипеткой, как это принято при проведении механического состава.

Пипеткой берут пробы 0,05 мм, 0,01 мм, 0,005 мм, 0,001 мм согласно таблице 14, составленной по модифицированной формуле Стокса:

, см/с.                                          (3.13.1)

Время и глубина взятия проб определены при плотности почвы 2,7 г/см.

Время взятия проб при определенной температуре

Для отбора проб используют обычную пипетку емкостью 25 мл. Пробы отбирают следующим образом. Опускают пипетку на указанную глубину за 10-15 с до начала отбора пробы. За 5 с до указанного времени начинают отбор пробы и оканчивают через 5-10 с после него. Заполнение пипетки суспензией длится 10-20 с и должно быть равномерным. Время всасывания часто зависит от качества резиновой груши (аспиратор). Пробу суспензии переносят в стеклянный тарированный бюкс и высушивают в сушильном шкафу 105 °С до постоянной массы.

Время отбора проб суспензии отсчитывают от окончания десятикратного переворачивания цилиндра.

Для выделения агрегатов крупнее 0,25 мм цилиндр наполняют водой доверху и поступают следующим образом.

Колонку из сит с диаметром отверстий 5; 3; 1 и 0,25 мм помещают в кристаллизатор или любую другую емкость с водой так, чтобы  край верхнего из сит был погружен в воду на 5-6 см.

Закрывают цилиндр ладонью или стеклянной пластинкой, перевертывают цилиндр, погружают его горловину в воду над ситовой колонкой и быстро отнимают руку или покровное стекло. Из цилиндра начинают выпадать агрегаты крупнее 0,05 мм. Если они пристали к стенкам, цилиндр, не вынимая из воды, слегка покачивают, пока не смоют их в сито.

По истечении одной минуты агрегаты крупнее 0,25 мм выпадут. Закрыв горлышко стеклом, осторожно вынимают цилиндр. Оставшиеся на стенках агрегаты переносят в сушильные стаканы, высушивают и взвешивают.

Засоленная почва. В этом случае проводят два варианта анализов: агрегатный анализ без отмыва растворимых солей; агрегатный анализ с предварительной отмывкой образцов от растворимых солей.

По первому варианту анализ выполняют так же, как для незасоленной почвы. По второму варианту берут две средние пробы, переносят их на воронки (плотный фильтр) и отмывают от растворимых солей (реакция на Cl). Одну пробу переносят в цилиндр и продолжают анализ по вышеуказанной методике. Другую пробу высушивают и взвешивают и подсчитывают потерю солей в результате отмывки.

Агрегаты крупнее 0,05 мм определяют так же, как для незасоленной почвы.

Расчет результатов микроагрегатного анализа проводят следующим образом. Допустим, что масса средней пробы, пересчитанная на абсолютно сухую навеску, равна 300 г. После просеивания образца через комплект сит выделены фракции различных по крупности агрегатов и пропорционально массе выделенных агрегатов составлена навеска для анализа, равная 20 г сухой почвы (табл.15, 16, 17 и 18).

Результаты просеивания средней пробы через комплект сит при микроагрегатном анализе почвы

Пипеткой объемом 25 мл взяты пробы из цилиндра и выделены микроагрегаты.

Результаты соотношения между фракциями при отборе пробы пипеткой при микроагрегатном анализе почвы

После взятия пипеткой проб на ситах были выделены следующие фракции агрегатов.

Результаты соотношения между фракциями на ситах при микроагрегатном анализе почвы

Фракцию 0,25-0,5 высчитывают по разности 100-(1,14+12,90+64,05)=21,91 (это дает процентное содержание фракции 0,25); 21,91-7,35=14,56.

Результаты микроагрегатного анализа почвы

Если при анализе образец почвы отмывают от растворимых солей, то процент солей вычитают из 100 вместе с процентным содержанием агрегатов крупнее 0,25 мм, а дальнейший расчет производят согласно вышеуказанному.

3.14. Определение нижней границы текучести почвы по методу A.M.Васильева

Граница между текучим и пластичным состоянием определяется погружением конуса стандартной формы и массы (угол 30°, масса - 76 г) в увлажненную почвенную пробу на глубину 10 мм.

Из 100-200 г почвы отбирают растительные остатки, затем почву растирают резиновым пестиком, просеивают через сито с диаметром отверстий 1 мм, помещают в фарфоровую чашку, смачивают дистиллированной водой и тщательно перемешивают до пастообразного состояния. Чашки переворачивают и в таком положении оставляют на сутки.

После этого берут стаканчик высотой 2 и диаметром 5 см, заполняют его почвенной массой с помощью шпателя и ставят на специальную подставку. Почвенная паста не должна содержать пузырьков воздуха. Для этого в процессе наполнения стаканчик постукивают дном по столу. Выравнивают поверхность пасты с краями стаканчика.

Конус смазывают очень тонким слоем вазелина и подносят его так, чтобы острие конуса касалось поверхности пасты. Затем его опускают и он погружается в пасту под действием собственной массы.

Если за 5 с конус погрузится на глубину 10 мм (до риски), то влажность почвы, соответствующая нижней границе текучести, достигнута. Если за это же время конус погружается на меньшую или большую глубину, то тогда пасту приходится увлажнять, перемешивая шпателем, или подсушивать на воздухе, интенсивно помешивая, доводя образец до нужного состояния.

Из образца, доведенного до нижнего предела текучести, отбирают пробу пасты (в бюкс) для определения влажности. Навеска должна быть не менее 10 г. Повторность определения двукратная. Расхождения в определениях не более 2% абсолютной влажности. За окончательную величину принимается среднеарифметическая из параллельных определений.

3.15. Определение нижней границы пластичности почвы

После определения границы текучести оставшуюся почвенную пасту используют для определения нижней границы пластичности почвы.

За влажность границы пластичности принята такая влажность, при которой почва (паста), скатанная в жгут диаметром 3 мм, начинает распадаться на отдельные кусочки размером 3-10 мм. Небольшой кусочек пасты раскатывают ладонью на стеклянной пластине или на листе плотной восковой бумаги до образования колбаски до 3 мм в диаметре.

Если жгут не рассыпается, его сминают и вновь раскатывают, повторяя эту операцию до тех пор, пока жгут не начнет делиться поперечными трещинами на кусочки длиной 3-10 мм. Длина жгута при раскатывании не должна превышать ширины ладони исполнителя.

Кусочки длиной 3-10 мм складывают в бюксы. Когда масса образца в бюксе достигнет 10 г, бюкс взвешивают и дальнейшую сушку и расчет влажности выполняют общепринятым методом. При работе в жарких районах с низкой относительной влажностью бюкс с кусочками жгута в процессе раскатывания держат закрытым во избежание подсыхания образца.

Определение производят двукратно.

Разность между влажностью нижней границы текучести и влажностью нижней границы раскатывания называется числом пластичности почвы.

Число пластичности используют для классификации почвогрунтов и для приблизительной оценки некоторых других показателей.

Классификация пород по числу пластичности (по В.А.Приклонскому)

3.16. Определение степени разложения торфа (по П.Варлыгину)

Наиболее распространенным методом определения степени разложения торфа является микроскопический (морфологический), где гумифицированную массу учитывают по занимаемой ею площади в поле зрения микроскопа.

Метод основан на том, что гумусные тела морфологически выражены и легко отличаются от растительных остатков с клеточной структурой, благодаря чему возможно прямое определение их количества. Метод относится к объемным и применим только к торфу-сырцу, не слишком засоренному илистыми частицами, глиной, песком и т.п.

Метод применим и к сухим торфам, но определения будут менее точными, так как торф относится к необратимым коллоидам, и высохнув один раз, он уже теряет способность снова набухать в воде.

Торф-сырец раскладывают тонким слоем в кристаллизаторе или на пергаменте. Стальным пробничком отбирают среднюю пробу торфа в 100 мм, для чего пробником просекают в разных местах (10-12 раз) образец торфа.

Когда пробничек попадает на грубоволокнистую часть торфа, он часто его не пробивает. В этом случае необходимо нажимать сильнее, чтобы край пробничка его прорезал.

Отобранную среднюю пробу выталкивают поршнем, который свободно ходит внутри канала пробничка и приподнимается при заполнении канала.

Пробу делят на три части и кладут на обычные предметные стекла, прибавляют одну-две капли воды; по пробе слегка постукивают пинцетом, чтобы отделить волокно от гумуса; прибавляют еще три капли воды и полученную массу распределяют равномерно тонким слоем по стеклу.

Необходимо, чтобы слой был тонким и просвечивающим и частицы не налегали друг на друга, иначе под микроскопом трудно различить площадь, занятую волокном и гумусом из-за плохой видимости.

Если волокно очень грубое, его раздробляют пинцетом, чтобы образующиеся частицы были по возможности одинаковой толщины с общим слоем на стекле и лежали бы в одной плоскости.

Подготовленный препарат ставят на столик микроскопа. Определение ведут при малом увеличении (100 раз). Аналитик внимательно просматривает данное поле зрения, действуя микрометром и помещая таким образом последовательно разные участки данного поля в фокус, начинает делать отсчеты. При тонком слое легко различаются остатки, имеющие клеточную структуру и бесструктурные частицы.

Глазомером определяют, какая часть поля зрения занята растительными остатками и какая гумусом.

Если имеются животные остатки или минеральные частицы, площадь, занятую ими, выключают из расчета.

Мысленно все растительные остатки собирают как бы в одно место и глазомером определяют часть поля зрения, занятую ими, т.е. 1/5-1/10-1/2 и т.д. Найденную часть перечисляют на проценты. Так, 1/20 соответствует примерно 5%, 1/10 - 10%, 1/5 - 20% и т.д.

Определив, какой процент площади занимают растительные остатки, остальную площадь относят к гумусу. Например, если растительные клетки занимают 25% площади, то степень гумификации по полю зрения равна 75%. На одном стекле делают обычно три отсчета (3 поля зрения - левое, правое, среднее), всего необходимо просмотреть 10 стекол, т.е. 30 полей зрения. Стекло равномерно передвигают по столику микроскопа, при этом просматриваются 3 поля зрения, более или менее равномерно отстоящие друг от друга.

Степень гумификации для торфа выводят как среднее арифметическое из всех отсчетов. Например, торф сфагново-пушицевый, отсчеты на полях зрения - 45, 50, 55, 40, 45, 55, 55, 40, 45, среднее 47 округляем до 45%.

При сильно колеблющихся отсчетах для разных полей зрения следует делать больше отсчетов.

Освещение рекомендуется дневное, при вечернем освещении надо пользоваться синим стеклом, иначе разница между частицами, имеющими клеточную структуру и не имеющими ее, сглаживается.

Основные затруднения, которые встречаются при определении степени гумификации микроскопическим методом, связаны с качеством приготовления образца, условиями работы (освещение и др.) и рядом особенностей некоторых торфов.

Малоразложившиеся сфагновые торфа часто трудно определять. Работая с такими торфами, труднее правильно распределить пробу по стеклу: иногда могут получаться поля зрения, сплошь заполненные листочками сфагнума, в других - обогащенные мелкими коллоидными частицами и поля зрения с большим количеством пустых мест.

Для таких образцов рекомендуется сделать большее количество отсчетов, чтобы уменьшить элемент случайности, либо просмотреть внимательно все стекло, чтобы получить общее представление о данном торфе и прокорректировать полученные отсчеты.

3.17. Определение ботанического состава торфа под микроскопом

Для определения ботанического состава торфа под микроскопом необходимо отделить неразложившиеся растительные остатки от гумуса. С этой целью образец влажного торфа промывают (отмучивают) через металлическое сито с диаметром отверстия 0,25 мм при слаборазложившемся, а при сильноразложившемся торфе - диаметром 0,1 мм.

Промывает под струей воды из водопровода, при этом торф слегка разминают пальцами, но не протирают через сито. При промывании растительные остатки остаются на сите, а гумус уходит вместе с водой. Торф промывают до тех пор, пока проходящая сквозь сито вода будет прозрачна, что является признаком отсутствия гумуса в данном образце.

Промытый торф вынимают из сита и помещают в кристаллизатор. Если образец для анализа - сухой торф, его размачивают в течение одного или нескольких дней в воде и кипятят до размягчения. Слаборазложившиеся верховые торфы быстро размягчаются при одном заливании кипятком. Для торфа большей степени разложения применяют более действенный способ.

Торф помещают на несколько часов в 10-25%-ный раствор щелочи (едкого натрия или натрия), для ускорения процесса его следует прокипятить в этих растворах.

Затем приступают к определению ботанического состава.

Небольшое количество промытого торфа берут пинцетом и переносят на предметное стекло. Прибавлением нескольких капель воды торф равномерно распределяют по всему стеклу тонким слоем. Размер предметного стекла рекомендуется увеличенный - 6x9 см, что позволяет в один прием рассматривать большое количество торфа и предохраняет от попадания воды на предметный столик микроскопа и в осветительный аппарат.

Увеличение при нормальной аналитической работе должно быть около 100 раз.

Для анализа опытного образца торфа нужно просмотреть не менее двух больших или четырех нормальных предметных стекол. Процентное отношение главнейших торфообразователей определяют визуально.

Следует отмечать все остатки растений, в том числе и встречающиеся единично.

Количество (процентное соотношение) остатков различных растений дает предпосылки для определения вида торфа. Название торфу дают по преобладанию растительных остатков, отмеченных при анализе.

Вид торфа, т.е. его название, определяют по количественным соотношениям торфообразующих растений.

В название торфа входят только те из торфообразователей, количество которых в данном образце составляет не менее 20%. Например, при следующем составе торфообразователей, %:

торф будет называться осоковым.

В случае, когда торф образован не одним, а несколькими торфообразователями, в количестве не менее 20% каждый, все эти торфообразователи входят в название торфа, причем преобладающий из них ставится в название на последнее место, а имеющий самое меньшее количество процентов - на первое. Например, при следующем составе торфообразователей, %:

название торфа будет пушицево-сфагновый.

При другом составе:

торф будет древесно-гипново-осоковый.

Если при ботаническом анализе торфа определение растительных остатков доводят до вида растения (преимущественно для сфагновых мхов или осок), то принцип определения вида торфа остается тот же.

Результаты ботанических анализов в виде названий торфа с подробным списком установленных растений торфообразователей с указанием их количественных соотношений вписывают в общую ведомость.

     
4.1. Основные расчеты порозности и запасов воды в почве по методу Астапова-Долгова

При камеральной обработке результатов водно-физических исследований вычисляют следующие характеристики:

- общую порозность (скважность);

- запас воды в момент работы;

- запас воды, соответствующий ППВ;

- запас воды, соответствующий влажности завядания;

- оптимальную поливную норму.

Порозность или скважность по плотности почвы и плотности ее твердой фазы находят по следующей формуле:

.                                                  (4.1.1)

Затем рассчитывают средневзвешенную порозность по определенным расчетным слоям мощностью, как правило, 0-25, 0-50, 0-100 см по формуле:

,                                   (4.1.2)

где - мощность горизонта или литологического слоя.

Общую порозность, выраженную в процентах от объема почвы, в м/га, пересчитывают умножением величины порозности на мощность слоя или горизонта, в см.

Для выражения влажности в объемных процентах необходимо влажность почвы, выраженную в весовых процентах, умножить на плотность соответствующего почвенного слоя:

,                                                      (4.1.3)

где - влажность, объемные проценты;

- влажность, весовые проценты;

- плотность, г/см.

Среднюю влажность почвы в многослойной толще подсчитывают не путем вычисления простого среднего арифметического значения влажности, выраженной в объемных процентах для всех слоев почвы, а как средневзвешенную величину с учетом мощности и плотности отдельных слоев (горизонтов) почвогрунтов.

Формулы для подсчета средневзвешенной влажности почвы имеют следующий вид:

,                                   (4.1.4)

где - средневзвешенная влажность почвы, весовые проценты;

, , …, - влажность почвы, весовые проценты для 1, 2 и следующих слоев почвы, считая от поверхности вниз;

, …, - мощность слоя почвы, см;

, …, - плотность каждого слоя почвы.

Запасы влаги, м/га, в горизонте или слое почвогрунта мощностью , см, подсчитывают по формуле:

.                                       (4.1.5)

По этой формуле подсчитывают запасы любой категории влаги.

Затем подсчитывают средневзвешенные величины каждой категории влажности (объемные проценты) по расчетным слоям мощностью 0-25, 0-50, 0-100 см.

Не вся влага, доступная растениям, используется ими с одинаковой производительностью. Установлено, что влажность почвы, составляющая от величины полевой влагоемкости 0,5-0,55 для песчаных почв, 0,6 - для супесчаных почв, 0,65 - для легкосуглинистых, 0,7 - для среднесуглинистых, 0,8-0,85 - для глинистых почв, являются границей замедления роста растений. Эти величины влажности С.Н.Рыжов называет нижним пределом оптимального увлажнения, а С.И.Долгов - влажностью торможения развития растений.

Для получения максимальных урожаев сельскохозяйственных растений необходимо в период вегетации (за исключением периода созревания) поддерживать в активном слое почвы влажность выше влажности торможения. Вследствие этого величину оптимальной поливной нормы определяют по формуле:

,                                                         (4.1.6)

где - поливная норма, м/га, для слоя мощностью , см;

        - предельная полевая влагоемкость для того же слоя, м/га;

- коэффициент, равный: для песков - 0,45-0,50, супесей - 0,40, легких суглинков - 0,30, тяжелых суглинков - 0,25, глин - 0,20-0,15.

Поливную норму рассчитывают для слоев 0-25, 0-50, 0-75, 0-100, 0-150 см.

Переход от запасов воды в м/га к мм слоя воды, осуществляют делением на 10.

Воздухосодержащую порозность почвы определяют как разность между общей порозностью (скважностью) и предельной полевой влагоемкостью, выраженной в объемных процентах.

Если воздухосодержащие поры почвы составляют менее 5%, необходимо рекомендовать мероприятия по улучшению структурности почв - применение навоза, запахивание сидератов и т.д.

4.2. Расчет общей порозности и запасов воды в каменистых почвогрунтах по методу Ф.Р.Зайдельмана

Общую порозность всей каменистой почвы рассчитывают по формуле:

,                                              (4.2.1)

где - плотность твердой фазы мелкозема;

- плотность мелкозема;

- доля мелкозема в процентах от общего объема каменистой почвы может быть найдена по формуле:

,                                                  (4.2.2)

где - объем извлеченного образца;

- объем каменистой фракции.

Запас влаги () в слое мощностью , см, определяют по формуле:

,                                             (4.2.3)

где - влажность мелкозема в весовых процентах;

        - доля мелкозема в процентах от общей массы каменистой почвы

,                                              (4.2.4)

где - общая масса образца почвы;

- масса каменистых отдельностей.

Порозность аэрации мелкозема каменистой почвы определяют по формуле:

,                                                (4.2.5)

где - порозность мелкозема, %, определяемая по формуле:

.                                                       (4.2.6)

Порозность аэрации всей каменистой почвы устанавливают по формуле:

.                                                        (4.2.7)

4.3. Расчет коэффициентов дисперсности и структурности почвы

Результаты механического и микроагрегатного анализов позволяют рассчитать показатели дисперсности и структурности почвы, характеризующие потенциальную способность ее к оструктуриванию.

Существует несколько способов расчета этих показателей.

"Фактор дисперсности" почвы (Н.А.Качинский, 1932 г.) определяется как процентное отношение фракций ила (частиц <0,001 мм) микроагрегатного () и механического () анализов почв

.                                                (4.3.1)

Чем выше фактор дисперсности, тем менее прочна микроструктура, а значит, и структура почвы. По данным Н.А.Качинского, фактор дисперсности мощных, тучных и обыкновенных глинистых и суглинистых черноземов не превышает 10%, в дерново-подзолистых и каштановых почвах он составляет 10-20%, а в столбчатом горизонте солонцов его величина возрастает до 60-80%.

Фактор структурности (Фагелер, 1932 г.) представляет собой обратную величину "фактора дисперсности". Его рассчитывают по соотношению выхода фракции ила () при механическом и () микроагрегатном анализах:

.                                                (4.3.2)

При наличии данных только механического анализа фактор структурности рассчитывают по методу А.Ф.Вадюниной.

,                                                (4.3.3)

где - количество механических элементов диаметром менее 0,005 мм для гумусовых горизонтов и менее 0,001 мм для подгумусовых;

- количество механических элементов диаметром более 0,005 мм.

Чем выше фактор структурности, тем выше потенциальная способность почвы к оструктуриванию. Этот способ неприменим для почв засоленного и солонцоватого ряда.

Факторы дисперсности и структурности рассчитывают для почв тяжелого механического состава.

4.4. Расчет естественных сезонных изменений водно-физических свойств минеральных почв по методу Голованова-Кабанова

Современные методы расчета водного режима и обоснования мелиоративных мероприятий сельскохозяйственных угодий основаны на представлении минеральных почв и грунтов, как неизменяемой во времени пористой среды, со стабильными водно-физическими свойствами. В ходе естественных почвенно-гидрогеологических процессов в поверхностных слоях почвенного покрова развиваются многообразные процессы, приводящие к существенному изменению его свойств, которые во многом определяют формирование водно-воздушного и теплового режимов сельскохозяйственных угодий.

Исследованиями МГМИ установлены общие закономерности пространственно-временных изменений плотности сложения почвенного покрова и подстилающих грунтов, которые позволили разработать метод приближенного расчета сезонных изменений комплекса водно-физических свойств, связанных с естественными изменениями плотности.

Для гумидной зоны сезонные изменения свойств выражаются прежде всего в том, что в весенний период в активном слое наблюдается разрыхление, приводящее к существенному изменению водовместимости почвы. Это обстоятельство необходимо учитывать при обосновании параметров осушительных систем. На протяжении вегетационного периода происходит постепенное уплотнение активного слоя, которое достигает максимума осенью. Эти изменения свойств должны учитываться при обосновании увлажнительных мероприятий. Таким образом, для учета естественных сезонных изменений свойств минеральных почв и грунтов при проведении научных исследований, а также в практике проведения изыскательских и проектных работ, направленных на создание совершенных мелиоративных систем, необходимо иметь количественные характеристики этих изменений свойств почв.

Применение предлагаемого метода в практике мелиоративных расчетов будет способствовать повышению надежности прогнозов водного режима сельскохозяйственных угодий, расположенных в зоне ежегодного сезонного промерзания почвенного покрова и подстилающих грунтов. При этом создаются предпосылки для более обоснованного принятия решений по выбору расчетных значений параметров мелиоративных систем.

Теоретические предпосылки

Известно, что основным источником энергии физико-химических процессов, происходящих в атмосфере, на поверхности Земли и в активном слое, является лучистая энергия Солнца. В этих условиях состояние активного слоя целиком и полностью определяется комплексом внешних воздействий. Следовательно, пространственно-временные изменения свойств активного слоя должны обладать гармоничностью относительно внешних воздействий, и в частности, иметь сезонную цикличность, присущую климатическим почвообразующим факторам.

Предполагается, что за рассматриваемые промежутки времени на исследуемых объектах отсутствуют явления направленного необратимого переноса твердой фазы, такие как суффозия, смыв почвы водными токами, ветровая эрозия и аналогичные им процессы, а также явления интенсивной минерализации твердой фазы. В этих условиях масса твердой фазы активного слоя принимается постоянной во времени.

В пределах рассматриваемой территории отсутствуют смещения твердой фазы в горизонтальных направлениях и деформационные процессы активного слоя адекватно определяются вертикальными перемещениями твердой фазы.

Для сельскохозяйственных угодий в условиях обычного сочетания природно-климатических воздействий частицы твердой фазы и влага почвенного покрова и грунтов принимаются несжимаемыми.

Рассматриваются длинно-периодичные (сезонные) пространственно-временные изменения плотности и комплекса водно-физических свойств.

Методика расчета сезонных изменений водно-физических свойств активного слоя

Предлагается описывать естественные изменения плотности активного слоя почвенного покрова функций простого гармонического колебания:

,                              (4.4.1)

где - значение плотности активного слоя в некоторый момент времени в слое , г/см;

- значение плотности, отвечающее состоянию максимального уплотнения в данный год в слое , г/см;

- минимальное значение плотности в слое для рассматриваемого года, г/см;

0,0172 - частота сезонных колебаний плотности, сут;

- время, отсчитываемое от начала календарного года, сут;

- начальная фаза сезонных колебаний плотности, рад.

В соответствии с неравномерным в пространстве развитием сезонных процессов, изменяющих плотность почвенного покрова, можно ориентировочно оценить изменения во времени коэффициента вариаций плотности по площади функцией:

,                         (4.4.2)

где - значения коэффициента вариации плотности активного слоя в момент времени ;

, - соответственно, максимальное и минимальное значения коэффициента вариации плотности для климатических условий данного года;

- начальная фаза сезонных колебаний коэффициента вариации плотности, в первом приближении принимаемая по соотношению .

Описание сезонных изменений температуры активного слоя почв и грунтов зоны аэрации возможно по зависимости:

,                                      (4.4.3)

где - температура в слое в момент времени , °С;

и - соответственно, максимальная и минимальная температура активного слоя в данный год, °С ;

- начальная фаза колебаний температуры в слое , рад.

Определение начальной фазы колебаний температуры в некотором слое на глубине  от поверхности выполняем по формуле:

,                                             (4.4.4)

где - глубина расчетного слоя от поверхности почвы, м.

Определение общей пористости, в слое , в некоторый момент времени , производим по значению плотности в этот момент времени, или по значению, рассчитанному по зависимости (4.4.1):

,                                                 (4.4.5)

где - плотность (удельная масса) твердой фазы, принимаемая величиной постоянной во времени, г/см.

Удельная поверхность и максимальная гигроскопичность принимаются в качестве постоянных во времени величин.

Максимальная молекулярная влагоемкость принимается линейно зависящей от пористости, т.е. . Экспериментально, определив параметр , мы получим возможность расчета переменных значений , соответствующих различным значениям пористости.

Для проведения фильтрационных расчетов, в зонах полного и неполного насыщения, в деформируемых пористых средах необходимо определение переменного во времени коэффициента влагопроводности:

,                                      (4.4.6)

где - общая пористость в долях от объема, определяется по зависимости, см/см ;

- параметр гидроструктурности, определяется по зависимости (4.4.7);

- кинематическая вязкость почвенной влаги, см/сек;

- температура в слое , определяемая по выражению (4.4.3), °С;

- объемная влажность, см/см ;

- максимальная гигроскопичность в долях от объема, см/см .

Определение параметра гидроструктурности осуществляется на основании одновременного экспериментального определения следующих величин:

- коэффициента фильтрации, см/сек;

- общей пористости, см/см;

- кинематической вязкости, см/сек, по зависимости:

.                                                 (4.4.7)

Этот параметр может быть принят в качестве постоянной во времени величины для данного вида грунта.

Деформационные процессы, развивающиеся в активном слое, приводят к изменению максимальной высоты капиллярного поднятия - в слое , которая существенным образом влияет на формирование режима влажности в зоне аэрации. Определение изменений максимальной высоты капиллярного поднятия предлагается осуществлять по модифицированной зависимости Б.В.Дерягина:

,                                                          (4.4.8)

где - плотность почвы в некоторый момент времени в слое , г/см;

- общая пористость в момент времени , в слое , см/см;

- параметр максимальной высоты капиллярного поднятия, см·м/г.

Параметр максимальной высоты капиллярного поднятия принимается величиной постоянной во времени для данного вида почв или грунтов и определяется по зависимости:

,                                                      (4.4.9)

где - удельная поверхность частиц твердой фазы на единицу массы, м/г*;

- удельная масса почвенной жидкости, г/см;

- поверхностное натяжение на границе раздела вода-воздух, принимается постоянной величиной равной 7,42·10, н/м;

- ускорение свободного падения, м/сек.

________________

* - Удельная поверхность определяется методом Кутилека.

Для расчетов влагопереноса в деформируемых почвах и грунтах в условиях неполного насыщения необходимо определять основную гидрофизическую характеристику (ОГК), т.е. взаимосвязь капиллярно-сорбционного давления почвенной влаги с влажностью.

Определение (ОГХ) для деформируемых минеральных почв и грунтов выполним по зависимостям Голованова А.И. и Ведерникова В.В.:

1. а) в диапазоне влажности от полного насыщения до

   - максимальной молекулярной влагоемкости, т.е. при

   

   ;                                     (4.4.10)

2. б) в диапазоне влажности от максимальной молекулярной влагоемкости до максимальной гигроскопичности - , т.е. при

   

   ,                                          (4.4.11)

   
   где, кроме описанных выше величин, - капиллярно-сорбционная составляющая напора почвенной влаги, м.

Таким образом, в деформируемых минеральных грунтах капиллярно-сорбционная составляющая напора почвенной влаги становится функцией переменных во времени пористости - и максимальной высоты капиллярного поднятия - .

     Особенности подготовки исходной информации к определению сезонных изменений водно-физических свойств почв и грунтов

Определение мощности активного слоя осуществляется по данным наблюдений метеорологических станций, прилегающих к объекту, на которых ведутся наблюдения за температурным режимом. В первом приближении мощность активного слоя можно принять равной мощности сезонного промерзания почв и грунтов. В качестве расчетных значений при обосновании параметров мелиоративных систем с успехом можно применить карты глубин промерзания, или карты, характеризующие распределение по территории СССР глубин проникновения нулевой изотермы (с различной обеспеченностью), представленные в руководствах по строительному делу.

Для территории Европейской части СССР значение начальной фазы сезонных колебаний плотности принимается для прикладных расчетов равным 0,5 радиан. При проведении научно-исследовательских и других работ, с повышенными требованиями к точности описания изменений свойств почв, рекомендуется уточнять значение начальной фазы сезонных колебаний плотности непосредственными экспериментальными наблюдениями, в соответствии с региональными особенностями гидротермического режима почв и грунтов.

Максимальное значение плотности почв и грунтов естественного сложения - является наиболее устойчивым и легкоопределимым параметром, так как это значение соответствует так называемому "равновесному" состоянию почвы, которое наблюдается в конце вегетационного периода (конец августа - сентябрь). По данным натурных исследований в многолетнем разрезе меняется относительно мало, и поэтому в прикладных инженерных расчетах может приниматься величиной постоянной во времени для данного вида почв и грунтов, определенной на основании однократного определения в течение нескольких лет.

Минимальное значение плотности , необходимое для расчетов по зависимости (4.4.1), отвечает состоянию почвенного покрова в конце зимнего периода, и поэтому его определение представляет наибольшие трудности. Применение, например, радиоизотопных методов исследования свойств почв (приборы ВПГР-1 и ППГР-1) позволяет непосредственно экспериментально определить значения плотности в конце зимы, т.е. , однако это целесообразно при проведении научных исследований. В обычных расчетах минимальные значения плотности могут быть определены по данным вегетационных наблюдений по зависимости:

,                                           (4.4.12)

где - значение плотности почвы в активном слое в состоянии, отличном от равновесного в некоторый момент времени , в слое , г/см.

Предпочтительнее в качестве величины брать значения плотности, отвечающие весеннему периоду, так как при этом точность определения величин значительно повышается.

При экспериментальном определении значений плотности естественного сложения с заданной точностью необходимо учитывать изменение уровня пространственной неоднородности. Наиболее однороден почвенный покров в равновесном состоянии, в котором коэффициент вариации плотности имеет минимальные значения для данного вида почв и грунтов. В конце зимы плотность сложения менее всего однородна, поэтому при определении минимальных значений плотности по зависимости (4.4.12) на основании весенних наблюдений необходимо увеличение длины ряда при опробовании массива, по сравнению с летним и осенним периодом. Для ориентировочной оценки уровня пространственной неоднородности в конце зимы можно использовать формулу:

,                                        (4.4.13)

где - значение коэффициента вариации плотности почвы в активном слое в момент времени (например весной) в слое .

Пример расчета

Задача: требуется определить значения водно-физических свойств дерново-подзолистой почвы в слое, залегающим на глубине 0,3-0,4 метра от поверхности, соответствующие 1-й декаде июня (155 сут).

Исходные данные:

1. а) опробование плотности почвы выполнено в 1-й декаде мая 125 сут и определено для этого периода 1,42 г/см.

   На основании наблюдений плотности почвы, выполненных в конце вегетационного периода, установлено максимальное значение плотности почвы 1,65 г/см, 2,65 г/см и 0,05 см/см.

2. б) Фильтрационные опробования свойств массива выполнены в 3-й декаде сентября 265 сут, которые позволили установить коэффициент фильтрации интересующего нас слоя 0,8·10 см/с, при 11 °С.

3. в) На основании данных наблюдений на близлежащей метеорологической станции определяем для расчетного года значения температуры почвы 20,2 °С, -13,7 °С.

4. г) Удельная поверхность частиц твердой фазы составляет величину 95 м/г, а удельная масса почвенной влаги 1 г/см и ускорение свободного падения 9,81 м/с.

Порядок расчета: определяем по зависимости (4.4.12) минимальное значение плотности почвы:

г/см.

Определяем плотность почвы в момент времени, заданный условиями задачи, т.е. для первой декады июня. Для чего используем зависимость (4.4.1):

• г/см.

Рассчитываем по зависимости (4.4.3) среднедекадную температуру для первой декады июня, для чего сначала определяем значение начальной фазы колебаний по зависимости (4.4.4)

рад.

     
°С.

Находим значение общей пористости по (4.4.5):

см/см.

Для выполнения фильтрационных расчетов для момента времени, определенного условиями задачи, необходимо определить параметры, входящие в уравнение (4.4.6). Сначала определяем параметр гидроструктурности , по выражению (4.4.7), для чего по температуре 11 °С находим кинематическую вязкость:

см/с.

Затем определяем пористость в расчетном слое в момент определения коэффициента фильтрации:

г/см

см/см.

Находим параметр гидроструктурности по выражению (4.4.7):

см/с

и находим кинематическую вязкость для интересующего нас момента времени 155 сут:

см/с.

Тогда выражение, определяющее изменения коэффициента влагопроводности под влиянием изменений влажности, для первой декады июня расчетного года примет, в соответствии с (4.4.6), вид:

см/c.

Для определения ОГХ по уравнениям (4.4.10) и (4.4.11) прежде всего находится значение высоты максимального капиллярного поднятия почвенной влаги, соответствующее пористости почвы в расчетный момент времени. Сначала находим параметр по выражению (4.4.9):

.

По найденным выше значениям пористости и плотности по выражению (4.4.8) находим значение максимальной высоты капиллярного поднятия в расчетном слое в первой декаде июня:

м.

В уравнениях (4.4.10) и (4.4.11) определены все необходимые параметры, за исключением - максимальной молекулярной влагоемкости. Определив осенью значение 0,13 см/см и имея значение общей пористости 0,38 см/см, находим параметр :

,

который в дальнейшем используется в качестве постоянной величины. Тогда уравнения (1.10) и (1.11), описывающие значения капиллярно-сорбционной составляющей под влиянием изменений влажности , для первой декады июня будут иметь вид:

при ,

, при .

Аналогичным образом можно рассчитать значения водно-физических свойств в минеральных естественно-деформируемых почвах и грунтах, соответствующие любому моменту вегетационного периода.

4.5. Оформление результатов водно-физических исследований

Расчетные величины водно-физических показателей по каждой опытной точке сводят в таблицы 4.5.1 и 4.5.2.

Таблица 4.5.1

     
Водно-физические свойства почвогрунтов

Таблица 4.5.2

     
Основные водно-физические свойства почвогрунтов

Кроме этих таблиц, составляют диаграммы водно-физического состояния почвы при ППВ, из которых по оси абсцисс откладывают объемные проценты, а по оси ординат - глубины горизонтов, см.

Соответственно глубинам горизонтов строят кривые естественной влажности, предельной полевой влагоемкости, аэрации, порозности, механического состава.

Подобные диаграммы наглядно показывают соотношение между водно-физическими показателями почвы (рис.4.5.1).

4.6. Расчет параметров солепереноса и промывных норм по результатам опытных промывок (Г.П.Ободзинская)

При решении задачи о промывке почвогрунтов величины промывных норм в значительной степени будут определяться значениями параметров солепереноса, которые являются членами уравнений, описывающих процесс переноса солей. Ограничиваются определением основных параметров солелереноса, учитывающих влияния различных факторов (фильтрационную, физико-химическую неоднородность, массообмена и др.), которыми являются коэффициенты конвективной диффузии - , гидродисперсии - , сорбции (массообмена) - , растворения - .

Разработано несколько математических моделей переноса солей в почвогрунтах. Выбор расчетной аналитической зависимости производится по следующим данным: характеру засоления (поверхностное, объемное), типу засоления (хлоридный, сульфатно-хлоридный, содовый и т.д.), начальному распределению солей до промывки (равномерное, ступенчатое и т.д.), положению уровня грунтовой воды и влажности почвогрунтов до промывки (водонасыщенный, неводонасыщенный), величине поданной промывной нормы.

В пособии даны наиболее простые расчетные схемы по определению гидрохимических параметров. Они основаны на представлении об однородной среде. Для учета гетерогенности (неоднородности) порового пространства разработаны двух- и трехпараметрические модели, основанные на представлении о наличии активных областей со сквозной пористостью и тупиковых зон. Имеются программы ВНИИГиМ на ЭВМ "Минск-32" для расчета двух ( и ) и трех (, , акт) параметров - " SALT-1" и " SALT-2". По ним определяют указанные параметры методом подбора по выходным кривым концентраций, полученным при проведении промывки на лабораторных монолитах.

Для сложных моделей солепереноса, встречающихся при промывках содовых, солонцовых и солонцеватых почв, все полученные решения уравнения конвективной диффузии с учетом катионного обмена в почве двух разновалентных ионов очень сложны и пока мало пригодны для использования на практике. Поэтому расчет параметров солепереноса и промывок для содово-засоленных и солонцеватых почв осуществляют по вышеуказанным схемам и приведены ниже.

Определение коэффициента конвективной диффузии для водонасыщенных почвогрунтов (близкое залегание грунтовых вод, 1-3 м, высокая естественная влажность), тип засоления хлоридный, сульфатно-хлоридный, сульфатный, хлоридно-сульфатный, начальная эпюра засоления равномерная - проводится по формуле С.Ф.Аверьянова.

                  (4.6.1)

     
; ; ;

; ; ,

где - начальное содержание солей в исследуемом слое почвогрунта, %;

- минерализация промывной воды, г/л;

- промывная норма нетто, м (за вычетом испарения о водной поверхности при проведении промывки);

- концентрация солей на глубине отбора проб почвогрунта через суток от начала промывки, г/л;

- активная пористость.

Для коэффициента конвективной диффузии установлена линейная зависимость его от скорости фильтрации , тогда в приведенной формуле ; , здесь - коэффициент дисперсии, м.

Для облегчения расчета коэффициента по формуле (4.6.1) составлен график ; .

Порядок расчета следующий:

1. 1. по полученным в результате промывки величинам вычисляются значения и ;

2. 2. по графику (рис.4.6.1) по значениям и   находим значение ;

3. 3. по значениям при известных , определяем , . При значениях 10 или при опреснении почвогрунта до относительной концентрации 0,2 коэффициент диффузии может быть определен по упрощенной формуле С.Ф.Аверьянова

   ,                                                     (4.6.2)

   
   где - параметр, зависящий от степени опреснения , находится по таблице 4.6.1.

   	0,001	0,005	0,01	0,02	0,04	0,06	0,08	0,10	0,12
   	2,19	1,82	1,65	1,45	1,24	1,10	0,99	0,91	0,82
   	0,14	0,16	0,18	0,20	0,25	0,30	0,35	0,40	0,45	0,50
   	0,76	0,70	0,65	0,60	0,48	0,37	0,27	0,18	0,09	0,0

   График для определения параметра Пекле ()

   

   Рис.4.6.1

   

   - допустимое содержание солей на глубине в % или г/л

   - исходное содержание солей на глубине в % или г/л

   - минерализация поданной на промывку воды в г/л

   

   - скорость фильтрации промывных вод, м/сутки

   - продолжительность промывки, сутки

   - глубина опреснения, м

   - активная пористость почвогрунтов в долях от объема.

   Для неравномерного начального распределения солей по глубине параметры и определяют по формуле Л.М.Рекса:

   ;

   *;

   ________________

   * Формула соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

        
   ; ; ; ,                         (4.6.4)

   
   здесь - начальное содержание солей в -ом горизонте, % или г/л;

   - расстояние от поверхности земли до -го горизонта, м;

   - количество горизонтов отбора проб почвогрунта.

   Расчет по формуле (4.6.4) осуществляется подбором. ВНИИГиМом разработана программа для определения параметра на ЭВМ Минск-32.

   Определение параметра дисперсии для водоненасыщенных почвогрунтов (глубокое залегание грунтовых вод), тип засоления хлоридный; сульфатно-хлоридный, хлоридно-сульфатный, сульфатный (легкорастворимые соли).

   При засолении почвогрунтов легкорастворимыми солями (NaCl, NaSO, CaCl, MgCl, MgSO и др.) при промывке "сухих" почвогрунтов переход их из твердой фазы и связанной влаги происходит довольно быстро. В этом случае ограничиваются учетом только конвективного и диффузионного членов уравнения переноса солей. Расчет коэффициента конвективной диффузии или параметра дисперсии приводится по известному количеству солей , внесенному через засоленную толщу мощностью за время промывки .

   Параметр определяется по формуле Н.П.Куранова:

   ;

        
   ; ,                                           (4.6.5)

   
   здесь - исходные запасы солей в слое ;

   - запасы солей после промывки;

   - недостаток насыщения.

   Таблица 4.6.2

        
   Значения в зависимости от

   	0	0,0002	0,002	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,07	0,08
   		2,00	1,50	1,10	0,90	0,78	0,68	0,62	0,50	0,45
   	0,09	0,10	0,15	0,20	0,25
   	0,41	0,37	0,21	0,10	0,10

   Для ориентировочных расчетов солевого режима можно воспользоваться рекомендациями Союзгипроводхоза и Средазгипроводхлопка для значений параметра дисперсии "", приведенных в таблице 4.6.3.

   Характеристика почв	Тип засоления
   	хлоридный сульфатно-хлоридный	сульфатный хлоридно-сульфатный
   	Величина, м
   1. Легкие (супеси и легкий суглинок)	0,2-0,7	0,9 (1,1)*
   2. Легкосуглинистые	0,4-0,9	1,1 (1,3)*
   3. Среднесуглинистые или аналогичные им по водопроницаемости	0,5-1,1	1,3 (1,5)*

4. 4. Тяжелосуглинистые или аналогичные им по водопроницаемости

   0,9-1,3

   1,5 (1,7)*

5. 5. Глинистые и другие с низкой водопроводимостью

   1,0-1,5

   1,7 (1,9)*

6. 6. Такырные глинистые с очень низкой водопроводимостью

   1,7

   1,9 (2,1)*

   ________________

   * - для гипсированных почв

4.7. Статистическая обработка результатов водно-физических исследований (А.М.Кремер, А.Т.Якубцев)

Почвенный покров отличается более или менее выраженной пространственной неоднородностью водно-физических свойств: естественной влажности, объемной массы, порозности, водопроницаемости и т.п. Для изучения варьирования величин какого-нибудь свойства выполняют ряд его измерений, которые обрабатывают статистическими методами.

Распределение вычисленных или измеренных величин

Вычисляют размах варьирования , равный разности между наибольшей и наименьшей из встреченных величин:

.

Весь интервал изучаемых величин разбивают на более мелкие одинаковые подинтервалы.

Подсчитывают количество измерений (или вычисленных величин), приходящихся на каждый подинтервал.

Принимая общее количество обрабатываемых величина за 100%, вычисляют (в процентах) долю величин каждого подинтервала:

.

Это называется эмпирической частотой встречаемости вычисленных или измеренных величин.

Необходимо иметь в виду, что эмпирическая частота встречаемости величин данного свойства достаточно точно воспроизводима при повторных изысканий* (т.е. достаточно достоверна), если 100 только у симметричных и близких к ним распределений, достоверность частот получается уже при 30.

________________

* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

Таблица, в которой указано число величин каждого подинтервала и частота их встречаемости в процентах, называется таблицей распределения.

Для наглядности распределение можно изобразить графически: в виде гистограммы, дифференциальной или интегральной кривых распределения.

Для построения гистограммы по оси абсцисс прямоугольных координат откладывают в каком-то масштабе границы подинтервалов и вертикальными столбиками изображают частоту встречаемости величин каждого подинтервала, выраженную также в каком-то масштабе.

Построение дифференциальной кривой распределения отличается тем, что ординаты частот, возведенные из середины подинтервалов, соединяются плавной кривой.

Для построения интегральной (кумулятивной) кривой распределения за ординату каждого подинтервала принимают сумму частоты данного подинтервала с частотами предшествующих. При правильных вычислениях ордината середины последнего подинтервала должна быть равна 100%.

Вычисление обобщенных показателей величины изучаемого свойства

Для этого используют некоторые числовые характеристики распределения.

Медиана - величина изучаемого свойства, делящая все распределение на две равные части: частота встречаемости более малых и более больших величин, которая составляет по 50%.

Наиболее легко медиану определяют графически по кумулятивной кривой распределения: из точки кривой с ординатой 50% на абсциссу опускают вертикаль, которая и указывает величину медианы .

Мода - наиболее часто встречающаяся величина свойства. Распределение величин может иметь одно или несколько (одинаковых или различающихся) модальных значений; модальные значения могут иметь разную выраженность или отсутствовать совсем.

Модальные величины определяют из таблицы распределения или по графику дифференциальной кривой распределения: из наиболее высокой точки кривой опускают вертикаль и ее абсцисса представляет собой моду .

Среднеарифметическое представляет собой сумму всех величин свойства, деленную на количество величин:

,

где - среднеарифметическое;

- количество измеренных или вычисленных величин;

- значения отдельных величин;

- знак суммы.

Среднеквадратическое отклонение является мерой рассеяния величин изучаемого свойства в распределении:

(обозначения те же).

Отношение среднеквадратического отклонения к среднеарифметическому значению называется коэффициентом вариации:

.

Сплошное изучение водно-физических свойств какого-то слоя почвы на всей площади ее контура обычно невозможно и заменяется выборочным опробованием в нескольких точках. Обобщенные показатели, вычисленные на основании серии таких измерений по указанным выше формулам, называются поэтому оценками соответствующих показателей.

Интервальная (доверительная), оценка среднеарифметического вычисляется по формуле: и означает, что истинное значение среднеарифметического с доверительной вероятностью (надежностью) лежит в интервале от до ; надежность этого значения выражается в долях единицы (или в процентах). Величина определяется по табл.4.7.2 в зависимости от объема выборки и необходимой доверительной вероятности .

Такой способ вычисления интервальной оценки среднеарифметического применим во всех случаях при 30, если же известно, что варьирование величин подчинено нормальному закону, то результат справедлив при любом объеме выборки.

Величина является максимальным значением вероятной (с вероятностью ) ошибки, а отношение ее к величине , выраженное в процентах, - относительной ошибкой среднеарифметического.

Принадлежность сомнительных вариант в совокупности вариант, представленной малыми выборками, можно осуществлять путем установления доверительного интервала и определения вероятности нахождения сомнительного значения (варианты) в пределах , где - среднеарифметическое рассматриваемой выборки, состоящей из значений . В ориентировочных расчетах можно определить через следующим образом:

. Коэффициент зависит от объема выборки (табл.4.7.1).

Таблица 4.7.1

     
Значение коэффициента

Пример. Дана выборка: 48, 54, 69, 74, 76, 81, 93, установить возможность выбраковки крайних значений ряда при 95% уровне вероятности.

Имеем: 8, , 72, 2,37; 0,33.

Находим: 0,33·(93-48)=14,85. Тогда доверительный интервал составит 72±2,37·14,85 или 72±36, то есть от 36 до 108. Следовательно, с 5% вероятностью ошибки можно утверждать, что все значения приведенной выборки от 48 до 93 лежат в пределах доверительного интервала и выбраковке не подлежат.

Вычисление расчетных показателей

Расчетным показателем называется такая величина свойства, которая будет использована в проектных расчетах мелиоративных мероприятий. В зависимости от смысла и назначения расчета в качестве расчетных могут использоваться различные величины:

- обобщенные показатели величин свойства - среднеарифметическое, медиана или модальное значение. Вычисляются, как указано выше;

- гарантированное с заданной надежностью максимальное или минимальное значение оценки среднеарифметического.

Таблица 4.7.2

     
Определение величины

Определяется по интервальной оценке среднеарифметического. Надежность избранного расчетного значения равна . Гарантированное с этой надежностью минимальное значение среднеарифметического равно и максимальное значение . Гарантированное с заданной надежностью максимальное или минимальное значение величины свойства. Определяется по таблице распределения имеющихся величин или по графику кумулятивной кривой распределения.* Более удобен второй способ: например, для определения такой величины свойства, при которой более высокие значения встречаются не чаще 10% случаев, на кумулятивной кривой находят точку с ординатой 90%; абсцисса этой точки представляет собой величину искомого расчетного показателя.

________________

* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

Расчет регрессии

Имеется двухмерный ряд наблюдений (выборка):

Вычисляются следующие величины:

1. 1) Средние арифметические:

   ; ;

2. 2) Отклонения:

   ; .

3. 3) Суммы квадратов отклонений и их произведений:

   ;

   ;

   .

4. 4) Коэффициенты регрессий:

   ; ; .

5. 5) Свободный член уравнения регрессии (соответствующий осредненному коэффициенту ):

   .

6. 6) Коэффициент корреляции:

   .

7. 7) Квадратическая ошибка коэффициентов регрессии и :

   ; .