<<
>>

методика экспериментальных исследований АГРЕГАЦИИ ПОЧВЕННЫХ ЧАСТИЦ


Механизация операций по обработке почвы с применением при осуществлении этих операций мощного механического двигателя — трактора — создала такие возможности воздействия на физическое строение почвы в целях повышения ее плодородия и урожайности, которые были совсем недоступны в*прошлом.
В СССР механизация сельского хозяйства явилась технической базой реконструкции этой отрасли народного хозяйства на основе коллективизации. Все это поставило перед советской наукой ряд новых задач, в частности потребовало быстрейшего разрешения вопроса об условиях правильного взаимодействия при механизированной обработке почвообрабатывающих орудии с почвой.
Понимая важность и значение разработки этих вопросов, я организовал в 1932 г. в Украинском научно-исследовательском институте агропочвоведсния и химизации сельского хозяйства специальную лабораторию механической технологии почв, задачей которой должно было явиться исследование физической и физико-химической природы процессов, происходящих в почве при ее обработке. В связи с малой изученностью вопроса необходимо было начать с лабораторного исследования отдельных элементарных процессов в целях установления основных закономерностей на простых моделях. В качестве одной из первых тем плана работ лаборатории было поставлено исследование сопротивления почв сжатию, сдвигу и растяжению (разрыву) как основных элементарных механических воздействий, имеющих место при обработке почвы. Уже в первых работах лаборатории по этой теме, опубликованных в 1933— Л934 гг., было установлено очень важное положение о записи- мости временного сопротивления почв и грунтов указанным механическим воздействиям от степени влажности их в момент формовки образцов для испытания (8,9). Подобное явление наблюдал впервые в 1924 г. Миддлтон в США (115), но он, повидимому, не оценил большого значения этого факта для механики и механической технологии почв и грунтов,
2 Д. Г. Виленский              17

вследствие чего не продолжил и не развил своих исследований. Чисто эмпирическое отражение это явление нашло и в практике лабораторных испытаний грунтов, формовка образцов которых для испытания, как известно, производится в так называемом «рабочем состоянии» влажности. И только в 1933 г. в работах сотрудников нашей лаборатории Василенко и Сецин- ского этот вопрос получил более полное освещение.
Одновременно в лаборатории, при подготовке образцов почв и грунтов для испытаний иа сжатие, был установлен факт перехода распыленной почвы при перемешивании ее в определенном интервале влажности в агрегированное, комковатое состояние. Почва, распыленная деревянным катком и пропущенная через сито с отверстиями 0,3 мм, подвергалась перемешиванию в фарфоровой чашке деревянной лопаткой при разном содержании воды, вносившейся из бюретки При этом оказалось, что такая распыленная почва при замешивании с водой, начиная с определенного процентного содержания воды, переходила в агрегированное состояние и приобретала комковато-зернистую структуру. Это агрегирование являлось неизбежным следствием перемешивания почвы в определенном, постоянном для каждой почвы интервале влажности и не могло быть устранено ни увеличением продолжительности перемешивания, ни усилением сжатия почвы.

При содержании влаги меньшем, чем нижняя граница интервала влажности, в котором происходит образование агрегатов, почва при всех воздействиях на нее — перемешивании, сжимании (небольшими нагрузками) продолжала оставаться в раздельночастичном, распыленном состоянии. Увеличение влажности выше верхней границы этого интервала тоже переводило почву в бесструктурное, но уже не распыленное, а монолитное, слитое состояние (рис 1).
Установление этого факта вызвало необходимость заняться специальным исследованием процесса агрегации почв и грунтов при обработке их в разном состоянии влажности и изучением свойств образующихся при этом агрегатов Для этого необходимо было прежде всего разработать методику как самого агрегирования почвы, так и измерения величин прочности, связности, скважности, влагоемкости и других свойств агрегатов, так как обычно структура почвы изучалась суммарно и специальной методики исследования отдельных структурных элементов не было.
Главнейшими из существующих методов исследования почвенной структуры являются, а) исследование структуры в полевых условиях способом шлифов, приготовляемых после соответствующего фиксирования почвы (Пигулевский); б) «структурный анализ» почвы, или определение содержания в ней отдельных структурных фракций путем фракционирования на ситах в воздухе или «инертной» (неполярной) жидкости; в) «агрегатный анализ», или определение содержании в почве

водоустойчивых агрегатов путем фракционирования на ситах и воде; предложено несколько методов агрегатного анализа, отличающихся друг от друга способом взятия пробы и подготовки ее к анализу, а также применяемой аппаратурой (Пигулеискпн,
alt="" />
Рис. 1. Образцы моренного суглинка, распыленного, а затем переме'шан- ного и сформованного при разном содержании воДы (слева направо): 10% (бесструктурный, распыленный), 15% (структурный, мелкокомковатый), 19% (структурный, комковатый), 23% (бесструктурный, слитой).


Вершинин, Павлов, Тюлин, Саввинов, Демолон и Энен. и др.); г) определение водоустойчивости структуры'путем размывании ее текучей водой (Вильямс, Чижевский, Саввинов); д) «мп: кроагрегатный анализ» почв по одному из методов мсхаииче: ского анализа с подготовкой почвы по международному ^ето: ду В или одной из его модификаций.
Перечисленные методы, независимо от степени их точности, для наших целей были непригодны, так как они не рассчита-
2*              19

ны на исследование отдельных агрегатов. Поэтому была разработана оригинальная методика исследования как отдельных агрегатов, так и структуры в целом и сконструирована соответствующая аппаратура, пока лишь частично описанная в опубликованных работах (17, 21).
Прежде всего необходимо было разработать методику самого агрегирования почвы. Первоначально перемешивание смоченной почвы производилось рукой в фарфоровой чашке с помощью деревянной лопатки в течение строго определенного
промежутка времени — 1, 3 или 5 минут. В дальнейшем для более точного регулирования процесса был изготовлен специальный прибор. Перемешивание влажной почвы в нем производилось металлическими граблями, зубья которых обтянуты каучуком. Грабли вращаются в толстостенной фарфоровой чашке при помощи вертикальной оси, приводимой в движение электромдтором. Скорость вращения была принята ¦— два оборота в секунду, продолжительность перемешивания — 8 минут. Полученные агрегаты высушивались на воздухе до постоянного веса, затем фракционировались на ситах и поступали обычно в виде фракции 4-—5 мм для различных испытаний.
Так как при работе с агрегатами большое значение имеет знание их объема, то в целях определения объемного веса и скважности агрегатов был сконструирован ртутный волюметр, позволявший быстро производить массовые определения (рис. 2).
При .заполнении одного из цилиндров волюметра ртутью воздух из него вытесняется через отверстие в пробке (пробка плотно привязана), причем имеются два варианта пробок: в одном из них в дно вставлен стеклянный фильтр, не пропускающий ртуть, в другом — очень тонкая капиллярная трубка, которую можно закрыть краном. По окончании определения ртуть перегоняется в другой цилиндр и находящийся в приборе агрегат извлекается. Обычно таким образом определялся объем ?5—50 агрегатов данного образца.
Для определения водоустойчивости агрегатов производились измерения.
а)              размокания в воде как в воздушно-сухом состоянии, так и после предварительного капиллярного насыщения;
б)              размывания каплями воды.
Для первого определения 50 агрегатов, структурной фракции (обычно 4—5 мм), предварительно взвешенных, раскла
дывались на фильтровальной бумаге, помещенной в кристаллизатор и смоченной дестиллированной водой. По истечении часа, когда происходило капиллярное насыщение агрегатов, и кристаллизатор осторожно наливалась вода слоем в 1 см, и затем через час производилось фракционирование в воде для определения степени разрушения агрегатов.
При определении размокания сухих агрегатов в кристаллизатор наливали воду слоем в 1 см, затем туда осторожно бросали агрегаты по одному и через час производили фракционирование в воде*
Размшщгие ‘агрегатов первоначально производилось на проволочной сетке каплями воды, падающими из бюретки Мора с высоты 5 см. Агрегат клался на проволочную сетку с отверстиями 2 мм, и за момент полного разрушения его водой принималось прохождение всей его массы через отверстие сетки. Для испытания бралось 50 агрегатов соответствующей фракции, и прочность (водоустойчивость) их выражалась в мл воды, пошедшей на размывание одного агрегата. В дальнейшем для массовых определений водоустойчивости был сконструирован специальный прибор. Он состоит из сосуда Мари- отта и присоединенной к нему широкой горизонтальной стеклянной трубки с шестью отверстиями, к которым каучуком присоединены узкие, изогнутые коленом трубки с двумя кранами и суженным, как у бюретки, кончиком. Поступающая из сосуда через широкую трубку вода каплями падает через отверстия узких трубок.
Для установки скорости вытекания воды служит верхний кран, а нижний — для открывания и закрывания воды. При наших работах устанавливалась скорость вытекания воды — 2 капли в секунду при объеме капель 0,03 мл. ?
Испытуемые агрегаты помещались по’ одному против каждого крана в особые стеклянные ванночки с 1-мм щелыо в середине, состоящие из двух сближенных между собой под углом 90° и склеенных в таком положении стеклянных пластинок с косо отшлифованным краем.
В дальнейшем вместо ванночек мы применили две стеклянные трубки диаметром 10 мм, соединенные металлическими обоймами таким образом, что щель между трубками точно равнялась 1 мм (рис. 3). Такое изменение значительно упростило изготовление прибора. Над щелью помещались исследуемые агрегаты и, как обычно, размывались каплями воды. Необходимая высота кончика крана над агрегатами была установлена экспериментально и равнялась 5 см. Вода, прошедшая через щель, собиралась в мерные 100-см3 цилиндры для каждого агрегата отдельно, и водоустойчивость определялась количеством воды (в мл), затраченным на полное размывание одного агрегата (прохождение через 1-мм щель)* Полученные для 50 агрегатов данные подвергались соответствующей обработке как для определения средней водоустойчивости, так и

степени однородности агрегатов по этому признаку. Производя фракционирование в воде и пипетный анализ более тонких фракций, получали представление о степени разрушения агрегатов при их размывании. Рядом исследований была установлена высокая чувствительность описанного метода. Так, например, Рыжов и Ефимов, сопоставив его с микроагрегат- ным анализом, пришли к выводу, что этот метод позволяет гораздо более тонко и точно вскрыть водоустойчивость агрегатов (82).
Для определения связности (механической прочности) агрегатов первоначально применялись весы, в которых одна чашка

Рис. 3. Общий вид прибора для определения водоустойчивости агрегатов.


была заменена специальным приспособлением, состоящим из двух круглых металлических пластинок, прикрепленных к металлическим же серьгам (рис. 4). Нижняя серьга неподвижна и может только приподниматься и опускаться с помощью маховичка, а верхняя подвижно, на шариковом шарнире, подвешена к рычагу весов. Испытуемый агрегат помещался на пластинку верхней серьги, нижняя серьга маховичком опускалась до прикосновения ее пластинки к агрегату, и затем разновесами, помещаемыми на другую чашку весов, определялась нагрузка, при которой происходило раздавливание агрегата между пластинками. Для испытания брались 50 агрегатов, и связность выражалась в граммах нагрузки, разрушавшей один агрегат.
В дальнейшем был сконструирован прибор (рис. 5), представлявший неравноплечие весы, к более короткому плечу которых (1) подвешено приспособление из серег (2), точно

соответствующее описанному, а на длинном плече помещался ползунок (3), передвигавшийся электромоторчиком (4) с помощью тросика — шелковой нитки (5),. переброшенной через блок. В момент разрушения агрегата вследствие прекращения контакта, вызванного отклонением стрелки весов (6), моторчик останавливался и ползунок автоматически регистрировал потребовавшуюся для разрушения агрегата нагрузку. Специальное приспособление на круглых пластинках серег позволяло измерять прибором нагрузку, необходимую как для раздавливания, так и для расклинивания агрегата. Последнее производилось равносторонней стальной призмой.

Рис. 4. Прибор для определения механической прочности агрегатов.


Был сконструирован и изготовлен также специальный чувствительный прибор для определения свйзности влажных агрегатов.
Определение влагоемкости агрегатов производилось путем взвешивания их до и после капиллярного насыщения в специальных тонкостенных латунных ванночках диаметром 10 мм.
Кроме, методики исследования отдельных агрегатом были разработаны оригинальные методы исследования почвенной структуры в целом, в том числе на образцах с ненарушенным природным строением.
Для определения скорости размоканип почвы был применен следующий метод. Из почвы вырезывался цилиндрическим

буром образец размером 3,5 X 6 см, или же образец такого же размера искусственно готовился из почвы, просеянной через 1-мм сито и замешанной при заданной влажности. Обычно для этого бралась навеска 200 г почвы и после тщательного перемешивания с нужным количеством воды, прилитым из бюретки, ею заполнялся стальной цилиндр диаметром 3,5 см, состоящий из двух половинок, вставленных в цельный стальной цилиндр с несколькими винтами в стенках, при ввинчивании крепко сжимающими половинки внутреннего составного цилиндра. Далее, в зависимости от заданий работы, почва в цилиндре или только формовалась при помощи вставляемого в цилиндр деревянного шомпола, на конце окованного, или же подвергалась соответствующему прессованию.



Затем винты наружного цилиндра отпускались, внутренний цилиндр осторожно вынимался и две его половинки отнимались от образца-. Приготовленные таким образом почвенные цилиндры, а также цилиндры, вырезанные буром из почвы, высушивались при обычной температуре лаборатории до воздушно-сухого состояния, после чего поступали в испытание на скорость размокания. Образцы, вырезанные из природной почвы с ненарушенной структурой, частично испытывались и непосредственно после взятия их в состоянии полевой влажности. Перед испытанием верхние и нижние 2 см цилиндра парафинировались, и только средние 2 см оставлялись свободными от парафина. Парафинирование производилось путем погружения в чашечку, в которую был налит расплавленный парафин с низкой температурой плавления, притом очень тщательно, чтобы вода не могла проникнуть в запарафини-
рованную часть. Когда все цилиндры были подготовлены, производилось их испытание. Для этого цилиндр при помощи специального металлического хомутика, надеваемого на верхнюю запарафинироваиную часть, подвешивался на пилоч ке над стеклянным сосудом с водой (рис. 6). Обычно одновременно подвешивались три одинаково приготовленных цилиндра, затем в сосуд доливалась вода, так, чтобы она покрыла всю незапарафинированную часть цилиндра до начала Еерхней запарафинированной части. После этого по секундомеру учитывалась скорость размокания, принимая за момент полного размокания отваливание и падение на дно сосуда нижней, запарафинированной части цилиндра.
Определение скорости размывания почвенной структуры на целых образцах почвы производилось в специальном приборе, позволявшем исследовать как размывание током воды., идущим снизу, так и струйками воды, падающими на образец сверху (рис. 7).
Прибор состоит из металлического цилиндра (1), книзу конически суживающегося к отверстию (3), переходящему в трубку, на которую надевается каучук, присоединенный к крану (8). Сверху цилиндр герметически закрывается металлической крышкой (2) с не пропускающей воду резиновой прокладкой. Эта крышка привинчивается к цилиндру с помощью винтов (4) и наверху снабжена отверстием, переходящим в трубку (6). В цилиндр вставлены одно над другим три сита, с отверстиями 0,25, 0,5 и 1 мм. На верхнее сито насыпалась навеска почвы 100 г, которая и подвергалась размыванию током воды, идущим снизу. Скорость тока воды устанавливалась с таким расчетом, чтобы обеспечить отмучивание частиц меньше 0,01 мм. Частицы же крупнее 0,25 мм распределялись при отмучивании по фракциям на трех ситах, откуда после окончания испытания смывались в фарфоровые чашки, высушивались и взвешивались. Отмучи- вание продолжалось до того момента, пока не начинала и пи из отверстия прозрачная вода. В результате испытания получались данные как о продолжительности размывания в минутах, так о неразмываемой части структуры крупнее 0,25 мм и распределении ее по фракциям.
Размывание образца сверху струями воды пром пюдилось при помощи сита-дождевателя (9), которое с помощью зажима (10) устанавливалось на штативе таким обргпом, чтобы уровень отверстий его находился на высоте 5 см над уровнем образца на верхнем сите, вставленном в цилиндр (1). Диаметр

снта-дождевателя 10 см, высота бортика — 5 см, дно равномерно покрыто 50 коническими углублениями с диаметром основания в 1 см и круглыми отверстиями в центре углублений диаметром в 0,5 мм. Сверху сито-дождеватель имеет крышку с двумя отверстиями разного диаметра, закрытыми пробками. Сквозь меньшую из пробок в него пропущена трубка для подвода воды, сквозь большую же — широкая стеклянная
alt="" />трубка (12), показывающая уровень воды в приборе. При высоте столба воды в широкой трубке в 12 см сито давало через свои отверстия ровный мелкий дождь с расходом воды 1 литр в минуту. Размывание продолжалось до того момента, пока из нижнего отверстия цилиндра не начинала итти прозрачная вода. Неразмытый остаток на ситах, распределенный по фракциям крупнее 0,25 мм, высушивался и взвешивался, как и в предыдущем случае.
Кроме описанных определений измерялась также скорость смыва- ния ппврруногТн рочвы Это изме- ¦рение производилось на цилиндрических образцах диаметром в 10 см и высотой в 3 см. При исследовании почвы в естественном сложении эти образцы вырезывались при помощи специального бура, при опытах же с искусственными образцами формовались с помощью стальной цилиндрической формы этого же бура описанным выше способом. Вырезанные из почвы или сформованные при различной влажности образцы затем высушивались при обыкновенной температуре до постоянного веса, после чего поступали в испытание. Это испытание производилось на специальном приборе, изображенном на рис. 8. Прибор состоит из сита-дождевателя (2), устроенного так же, как в только что описанном приборе для определения скорости размывания почвы, и круглой площадки под ним (4), диаметром в 10 см, приводимой во вращательное движение пружинным механизмом (7) со скоростью 1 оборота в минуту. Сито уста

навливалось на штативе в стороне от круглой площадки так, чтобы уровень отверстий в дне его находился на высок' 5 см над уровнем образца на круглой площадке Далее на *гу площадку клалась круглая стеклянная пластинка диаметром в 10 см, на которую помещался испытуемой образец, после чего пускался в ход пружинный механизм, вращавший площадку с образцом со скоростью 1 оборота в минуту. Сито, подающее воду, устанавливалось над образцом на высоте 5 см и образец подвергался размыванию в течение 15 минут. Это размывание производилось над металлической ванной или стеклянным сосудом, и в случае надобности проводился агрегат ный и микроагрегатный анализ материала, полученного при смывании образца. Остаток образца на стекле по окончании испытания на смывание снимался с круглой площадки вместе со стеклом, высушивался, взвгши* вался, и по убыли определялось количество смытых частиц Результаты испытаний выражались в виде процента смытой почвы по отношению к исходному образцу в целом или с перечислением на единицу времени. Обычно бралось среднее из трех параллельных испытаний. Если же образец размывался целиком раньше 15 минут, то отмечалось время размывания в минутах.
Описанная методика после предварительных испытаний была применена для изучения процесса агрегации почвенных частиц, а также для исследовании почвенной структуры в других целях, в частности при исследовании эрозии. Постановлением Первого Всесоюзного совещания по борьбе с эрозией почв в СССР в 1936 г. в Москве эта методика была рекомендована в целом, как одно из двух существующих направлений лабораторного и лабораторно-полевого исследования почв для выяснения свойств их, определяющих податливость эрозии. Определение по описанной методике скорости размокания и размывания отдельных hi рега- тов и целых образцов почв было признано совещанием необходимым при всякого рода эрозионных обследованиях (6, стр. 17). Точно так же методы исследования водоустойчивости агрегатов Всесоюзным совещанием по крупномасштабному картированию почв колхозов и совхозов были рекомен-

дованы для применения как в почвенно-химических лабораториях, так и в агрохимических лабораториях МТС при почвенных анализах для картографических целей ¦ (53). 
<< | >>
Источник: Виленский Д.Г. Агрегация почв, ее теория и практическое приложение. 1945

Еще по теме методика экспериментальных исследований АГРЕГАЦИИ ПОЧВЕННЫХ ЧАСТИЦ:

  1. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛОВЫХ ОРГАНОВ
  2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛОВЫХ ОРГАНОВ
  3. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЧВЕННОЙ БИОТЫ
  4. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЧВЕННОЙ БИОТЫ
  5. Занятия по исследованию почвенных животных,рекомендуемые во время летней практики студентов
  6. ИССЛЕДОВАНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ ГРУПП ПОЧВЕННЫХ ОРГАНИЗМОВ
  7. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙИ ИНДИКАТОРНЫХ СВОЙСТВ ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ
  8. ТЕОРИЯ АГРЕГАЦИИ ПОЧВ
  9. Эфир и элементарные частицы
  10. ОСНОВНЫЕ ИТОГИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХИССЛЕДОВАНИЙ АГРЕГАЦИИ ПОЧВ
  11. ОТДЕЛЕНИЕ КРУПНЫХ ЧАСТИЦ
  12. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХИССЛЕДОВАНИЙ АГРЕГАЦИИ ПОЧВ
  13. Виленский Д.Г. Агрегация почв, ее теория и практическое приложение, 1945
  14. Франция Почвенная реферативная база Франции,цит. по переводу «Почвенный справочник», 2000.(Referentiel pedologique, AFES, 1998)
  15. Развитие экспериментальной экологии
  16. Методы экспериментальной эмбриологии
  17. Глава II МЕТОДИКА
  18. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ИЗМЕНЧИВОСТИ У БАБОЧЕК
  19. 5-12. Экспериментальная эволюция. Наследование приобретенных свойств