Методы измерения влажности почвы. Установка и регулировка сушильного шкафа

ВЛАЖНОСТЬ ПОЧВЫ. УЧИМСЯ ИЗМЕРЯТЬ ВЛАЖНОСТЬ ПОЧВЫ

ВЛАГОЕМКОСТЬ ПОЧВЫ

В статье о засолении почвы мы писали о водных режимах. Их легко понять, но они никак не помогут рассчитать норму поли-ва. Для этого придется познако-миться с понятиями «влажность» и «влагоемкость» почвы.

Но для начала рассмотрим строение почвы. Во-первых, она состоит из твердых частиц и пор. К первым относятся песок, глина, гумус - все, что не является жидкостью или газом. А пустоты, которые находятся между этими твердыми частицами, называются порами. Эти поры заполняются газами (воздухом) или водой. В среднем, оптимальное отношение: 50% твердая фаза к 50% порам. Очень важен и размер этих пор. Самые маленькие поры фор мируют вместе «туннели» для воды - капилляры. Это очень важная часть почвы, так как по капиллярам может подниматься вода из более глубоких горизон тов. Считается, что корневая зона может увлажняться грунтовыми водами, если они находятся на глубине не более 3 м. Тогда влага из этих горизонтов и поднимается вверх по капиллярам. Кроме того, при пересыхании почвы, за счет поверхностных сил, вода может удерживаться в этих сосу дах, не позволяя грунту высохнуть слишком быстро. Влажность почвы - это про-центное соотно-шение всей поч-венной влаги к су-хому грунту. То есть, влажность почвы 20% означает, что на 100 г пол-ностью сухой почвы приходится 20 г влаги (или в 120 г почвы на вашем поле 20 г влаги). Очень важно запомнить, что для вычислений берется именно сухая почва, а не влажная. Например, молоко, жирностью 4% означает, что 4 г жира находится на 100 г цельного молока, а не обезжирен-ного (которого, соответственно, 96 г). Тогда как влажность почвы 4% - это 4 г влаги и 100 г сухой почвы (или 104 г почвы с влаж-ностью 4%).

Влагоемкость почвы - это максимальное количество вла-ги, которое почва может в себе удержать. Различают несколь-ко влагоемкостей: ПВ (полная влагоемкость) - максимальное количество воды, которое может вместиться во всех порах почвы. По сути, это полностью залитое поле. В этом случае количество воздуха в пустотах равняется нулю, такая ситуация на поле крайне нежелательна.

Но самый важный показа-тель - это наименьшая влагоем-кость (НВ), зная значения кото-рой, удобнее всего определять необходимость полива. Это то количество влаги, которое почва способна «активно» удерживать с помощью различных сил (адсо-рбция, химические связи, гидро-коллоиды, капилляры и т.п.). Если проще, то наименьшая влагоем-кость достигается тогда, когда по-сле полного насыщения почвы во-дой стекает лишняя влага, которая почвой активно не удерживается (вода с крупных пор).

Поэтому оптимальную влаж-ность почвы и удобнее выражать в процентах НВ. Этот показатель показывает не только содержание влаги на Вашем участке, но и ее форму. Свободная гравитацион-ная влага недоступна растениям, а только вредит им. Слишком высокая НВ (85% и больше) при-годна для развития растений, но повышает риск развития корневых заболеваний.

Как правило, 100% НВ достига-ется при влажности почвы от 20% (легкие почвы) до 40% (суглини-стые почвы). Другими словами, если у вас супесчаная почва, то оптимальные для большинства культур 75% НВ достигается при влажности почвы 15%, если же тяжелая - вплоть до 30%.

Влагоемкость - достаточно ста-бильный показатель. Если в почве не происходит кардинальных пе-ремен (как, например, с теплич-ным субстратом, где создается интенсивный агрофон, вносятся органические удобрения, торф, мелиоранты), то этот параметр до-статочно измерять раз в несколько лет. Он нужен для того, чтобы пра-вильно использовать результаты измерения влажности почвы.

Например, если НВ 30%, а влаж-ность почвы 21 %, то эту влажность почвы можно выразить как 70% нор-мальной влагоемкости.

Это можно выразить как: чтобы заполнить ящик плодами на 60%, сначала нам нужно узнать емкость этого ящика (узнать НВ грунта). Следующий шаг - нам нужно взве-сить плоды, которые уже находятся в ящике (влажность почвы). При этом в одном и том же виде ящи-ков количество плодов может быть разное (достаточно один раз уз-нать НВ своей почвы, влажность меняется постоянно). И вот, если мы знаем, что в ящике емкостью 10 кг находится 3,5 кг плодов, то он заполнен на 35%, значит, нам нужно доложить 2,5 кг плодов.Подобьем первые итоги. Что-бы научиться поливать расте-ния правильно, необходимо:

Определить способ, кото-рым будет измеряться влаж-ность почвы (однократно);

Измерить плотность, затем НВ своей почвы (однократно);

Измерять влажность своей почвы (регулярно);

Перевести влажность по-чвы в % от НВ.

Следить, чтобы влажность почвы не выходила за опре-деленные рамки. Например, не была ниже 60% НВ и выше 80% НВ. То есть, начинать полив нужно при 60% НВ.

КАК ИЗМЕРЯТЬ ВЛАГОЕМКОСТЬ ГРУНТА?

Наименьшая влагоемкость почвы наблюдается, когда после обильного увлажнения (или зато-пления) вся лишняя влага уходит в глубокие горизонты. Поэтому в полевых условиях этот параметр можно измерять при залегании грунтовых вод глубже 3 м, иначе они будут постоянно насыщать грунт новыми порциями влаги.

Ранней весной, когда почва на-полнена талыми водами, выбирают типичный участок поля (1,5x1,5 м), который накрывают пленкой и со-ломой, чтобы предотвратить испа-рение влаги. На орошаемых землях анализ можно проводить после обильного полива. Существует и третий вариант - создание неболь-шого участка затопления. Для это-го выбранный участок окружается земляными валами (земля берется вдалеке от площадки, чтобы не нарушать рельеф поля), деревян-ными или железными рамами. Для промачивания почвы нужно использовать 200 л воды на ква-дратный метр, если почвы легкие, до 300 - на суглинистых. В том месте, куда будет наливаться вода, нужно положить фанерку, чтобы не размывать грунт струей. Воду нужно вливать порционно, чтобы ее слой был высотой не более 5 см. Следующую порцию подают после того, как предыдущая впитается.

Во всех трех случаях землю накрывают клеенкой и соломой. Через сутки, трое суток, а на суг-линистых почвах и через 10 суток отбирают образцы почвы через каждые 10 см (0-10, 10-20, 20-30...)и измеряют влажность образ-цов. Полученные данные называют НВ1, НВЗ и НВ10 соответственно. На супесчаных грунтах самый оп-тимальный параметр - НВЗ, на тяжелых - НВ10. НВ1 актуален там, где избытки влаги стекут уже в течение суток (содержание песка близкое к 100%, большое количе-ство крупнозернистой фракции).

Показателем наименьшей влагоемкости будет влажность образ-ца. То есть, если на 100 г высушен-ного в термостате грунта в образце придется 27 г воды, значит, 100% НВ соответствует 27% влажности почвы.

ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ПОЧВЫ

Самым точным методом, кото-рый используют и лаборатории, считается термостатно-весовой. Он очень прост и использует все-го три вида оборудования: весы, термостат и бур, который может заменяться лопаткой. Термоста-том может послужить практически любая печь, духовка или котел, и градусник. Минус этого метода очевиден - узнать влажность по-чвы можно только через 2-3 дня с момента отбора пробы, поэтому определить таким образом необ-ходимость полива будет крайне сложно. Но другие методы изме-ряют не влажность почвы, а другие ее свойства, которые зависят от влажности. Так, например, элек-тропроводимость почвы зависит от концентрации почвенного рас-твора (например, анализ с помо-щью прибора TDS-метра). С одной стороны, она выше, если меньше влажность, с другой же - любое внесение удобрений сильно по-влияет на результат исследования.

Определившись, каким образом Вы планируете регулярно измерять влажность почвы, для определения НВ советуется использовать как термостатно-весовой метод, так и выбранный Вами прибор. Таким образом, Вы проведете своего рода калибровку.

Рассмотрим пример. Если плот-ность Вашей почвы будет состав-лять 1,1 г на кубический сантиметр, согласно термостатно-весовому методу НВ почвы будет 30% ее влажности, а согласно оператив-ному методу - 25%, то ошибка измерения составит 165 т воды на га. Поэтому, определяя влажность почвы выбранным прибором, за 100% НВ нужно будет принимать влажность почвы в 25%.

Измерение влажности с помощью электриче ских приборов чаще всего исследует другие свойства почвы: сопротивле-ния, электропроводимости, индук-тивности и т.п.

Самое широкое распростране-ние получили приборы, которые измеряют диэлектричиеские свой-ства почвы. Чаще всего професси-ональный прибор весит несколько сот грамм, оборудованный специ-альным щупом. После «укола» по-чвы щупом, экран прибора пока-зывает ее влажность в процентах (спустя 3-5 секунд).

Существуют и упрощенные вер-сии такого оборудования для част-ного сектора. Прибор, стоимостью в 200-800 гривен может измерять влажность почвы (с точностью до 10%), ее кислотную среду, более дорогие модели - температуру почвы. Стограммовое водства восточных стран даже не всегда показывает цифры, некоторые модели ограничиваются шка-лами, вроде почва «очень сухая» и т.п. Делать большие ставки на такую электронику не стоит - у нее даже не всегда есть возможность калибровки. Существуют в продаже и ми-ни-модули, которые могут быть частью си-стемы для бюджетной си-стемы автоматизации (например, Ardunino).

ТЕНЗИОМЕТРЫ

Метод измерения влажности тензиометром основан на изме-нении давления внутри трубки прибора. Прибор состоит из ва-куумной керамической трубки и вакуумного манометра (прибор для измерения давления).

Перед использованием тензи-ометр заряжается - погружает-ся в воду до полного насыщения керамической трубки. После он размещается в поле (заглубляется в грунт). Советуется использовать два тензиометра, для разной глу-бины (например, для 20 и 40 см). Чем более сухой становится почва, тем сильнее она "вытягивает" воду с вакуумной трубки прибора, в результате чего давление в ней падает. Второй элемент тензиоме-тра - вакуумный манометр изме-ряет это падение. Эти данные уже с помощью специальных таблиц переводят в фактическую влаж-ность почвы.

Так как прибор фиксирует падение давления, то стрелка отклоняется в минусовую сторону (ниже нуля).Чем дальше она отходит от нулевой отметки, тем ниже влажность почвы. Без таблиц использовать данные прибора нельзя,так как при полной влаго емкости стрелка может показывать от - 10 сантибар (примечание: сантибар - 0,01 бар) на тяжелых почвах до - 40 сантибар на легких, Нужно учитывать и влияние других факторов, в том числе, температуры почвы.

ТАК СКОЛЬКО ЖЕ ПОЛИВАТЬ?

Последнее, что нам нужно сде-лать - рассчитать норму полива. Для этого можно использовать приборы, которые есть в наличии (поливать до тех пор, пока прибор не зафиксирует нужную нам влажность почвы) или рассчитывать норму математическим методом.

Тут все немного сложнее. Первое, что нам нужно узнать - удельный вес сухой почвы (масса 1 см 3 почвы в граммах или 1 м 3 в тоннах), его также называют плотностью. Но для этого не подойдут наши образцы - их объ-ем будет нарушен при сушке. Проще всего узнать удельный вес из таблиц, так как этот параметр не слишком переменчив и больше всего зависит от гранулометрического состава по-чвы. Конечно, рыхление снижает ее удельный вес, но на норму полива это не повлияет.

Если мы знаем, что в наш ящик нужно доложить плодов на 25% его вместимости, то мы умножаем эту вместимость на 0,25 (10 кг % 0,25 = 2,5 кг). Аналогично и с почвой. Если Вам нужно увеличить влажность по-чвы на 10%, то Вам нужно умножить ее массу на 0,1.

Чтобы узнать массу почвы на Ва-шем участке, нужно ее площадь в квадратных метрах умножить на 0,3 (корневая зона - это 30 см или 0,3 м) и умножить на удельный вес.

Для гектара это будет 10 000 м 2 х 0,3 м = 3000м 3 .

Если 1 м 3 фунта весит 1,1 т, то нам нужно увлажнить: 3 000 м 3 х 1,1 т/м 3 = 3,3 тыс. т почвы. Тогда норма полива (10% от этой цифры) составит 330 м 3 .

Ну и самый простой способ опре-деления влажности почвы - ее нужно сжать в руке. Если сквозь пальцы не начала проникать вода, но, разжав ладонь, почва остается в комке -это удовлетворительная влажность. Скоро придется поливать. Сколько нужно полить? Этот метод не ответит на такие вопросы.

Чтобы измерять влажность почвы термостатно-весовым методом, нужно проделать следующие операции:

Подготовить жаропрочную посуду для образцов. В лабораторных условиях для этого используют алюминиевые бюксы с притертыми крышками. И бюкс. и крышка имеют свой номер, который записывается, чтобы сохранить точность анализа. Посуда должна быть чистой, предва-рительно взвешенной с максималь-ной точностью (бюкс с крышкой вме-сте) - масса 1. Здесь придется или использовать точные весы (согласно методике, весы должны взвешивать до 0,01 г, но подойдут и с точно-стью до 0,1 г). Если нет возможности воспользоваться такими весами, на анализ отбирают больше грунта, но тогда и сушить его придется дольше.

Отобрать пробу грунта с помо-щью бура или лопатки. Поместить их в приготовленную посуду на половину объема (до 2/3).

Взвесить посуду, крышку и грунт вместе - масса 2.

Поставить их на сушку при тем-пературе 100-105°С, пока вес бюкса не перестанет меняться. Так узнаем массу 3.

Перед последним взвешиванием закрыть посуду крышкой и дать ей остыть в плотно закрытом шкафчике.

Сушка позволяет узнать, сколь-ко воды было в образце почвы (масса 2 минус масса 3) и вес сухого грунта (масса 3 минус масса 1). Массу воды делят на массу сухого грунта и умно-жают на 100% - так узнают влажность почвы в момент отбора пробы.

Урожайность культур напрямую зависит от своевременного и оптимального увлажнения почвы. Контроль влажности почвы – важный момент в определении необходимости полива.

Методы контроля влажности почвы

1. Весовой метод с сушкой пробы грунта в термостате при 105 градусах до постоянного значения массы на протяжении 8 часов. Разница веса образца грунта до и после сушки определяет содержание влаги.

2. Ускоренный весовой метод сушки с использование спиртового обжига почвы. Проба грунта смачивается спиртом и обжигается при дефиците кислорода в специальных бюксах. Органика почвы при сгорании спирта практически не выгорает (расхождения до 1,5%). О содержании влаги судят по разнице масс пробы до и после обжига.

3. Тензиометрический метод определения влажности почвы основан на особенности грунта всасывать из окружающей среды влагу до полного насыщения.

Прибор тензиометр представляет собой замкнутый сосуд с определенным объемом воды, соединенным с емкостью, где располагается проба почвы. Одна из стенок прибора выполнена в виде мембраны, способной отклонятся под действием разряжения всасывающей силы грунта. Степень отклонения мембраны от нулевой отметки является индикатором влажности образца почвы. Метод лабораторный для точной оценки влажности проб.

4. Метод определения влажности в зависимости от степени отражения электромагнитной волны влажной поверхностью. Молекулы воды способны поглощать часть высокочастотной энергии электромагнитной волны. Степень ее отражения изменяется в зависимости от степени влажности материала и измеряется датчиком, а процессор высчитывает показатель в зависимости от вида измеряемого материала.

Влагомер почвы МГ – 44 работает по такому методу и предназначен для профессиональной работы в гидрологии. Кроме почвы может измерять влажность различных сыпучих продуктов (зерна, щебня, песка), а также пастообразных продуктов (масла, маргарина) и других материалов. Прибор прост в работе, надежен, имеет жидкокристаллический дисплей. Точность измерения до 1% в диапазоне влажности 0 – 100%.

5. Электровлагомерный метод основан на измерении изменения электродвижущей силы постоянного тока при прохождении участка грунта между двумя металлическими электродами.

При разной влажности грунта электродвижущая сила тока будет разной. Метод косвенный, погрешность допуска измерения до 5%. На степень точности измерения влажности влияет наличие солей в грунте.

Приборы на базе этого метода разработаны для измерений влажности в полевых условиях для более точного определения сроков полива орошаемых участков при температуре почвы 1 – 50 градусов. Время измерения – 1 минута.

Бытовые измерители влажности почвы

На основе электровлагомерного метода измерения влажности почвы в настоящее время производятся бытовые измерители для огородников и садоводов-любителей.

Самый простой индикатор влажности почвы имеет щуп для заглубления и измерительный блок с элементом питания. На градуированной шкале механический индикатор (стрелка) покажет какая влажность почвы на определенной глубине в выбранном месте.

Более сложный прибор конструктивно может быть выполнен в виде многофункционального устройства (4 в одном). На базе одной конструкции установлены модули определения влажности почвы, ее температуры, кислотности и степени освещенности.

Удобны модели с жидкокристаллическим дисплеем и микропроцессором, способным осуществлять измерение и расчет показателей в зависимости от введенных параметров. Примером таких устройств могут служить анализаторы почвы РН300 или KC-300.

Прибор KC-300 весит всего 75 г, имеет жидкокристаллический дисплей с подсветкой и щуп (зонд) длинной 20 см. Питание от одной батарейки 9В, 5 уровней измерения влажности почвы, 9 уровней освещенности, 12 уровней кислотности.

Народные методы определения влажности почвы

Для определения влажности почвы без приборов в теплице или участке с большим содержанием органики можно взять горсть земли с глубины 10 – 20 см и сжать ее в руке.

Если после раскрытия ладони на коме остаются очертания пальцев, то можно предположить, что влажность такого грунта около 70%. При рассыпании земляного кома почва будет иметь влажность менее 60%, а выступающая влага на коме будет говорить о влажности почвы выше 80%.

На участках открытого грунта ком при влажности менее 60% формироваться не будет и лишь на тяжелых суглинках он может сохранять очертания.

Если шар можно сформировать, но он при легком надавливании разваливается на части, то влажность такой почвы находится в пределах 70 – 75%.

Более плотный шар, смачивающий или местами увлажняющий фильтровальную бумагу при касании, свидетельствует о наличии влаги в такой почве на уровне 80 – 85%.

Скатывание горсти земли в плотный вязкий ком на суглинистой почве свидетельствует о влажности выше 90%, а на супесчаных грунтах ком такой влажности будет еще и сочиться влагой.

Еще несколько простых приемов для определения общей готовности почвы к весенней обработке.

Готовая к обработке почва после вспашки в солнечную погоду просыхает (светлеет) на двух третях гребня после обработки участка плугом без боронования.

Заостренная палка после протягивания по вспаханному участку практически не пачкается о грунт, а почва крошится от ее воздействия.

Взятая с глубины 5 – 10 см горсть земли сжимается в ладонях для формирования кома и бросается с высоты 1 м на землю.
Если ком рассыпается частично, то можно начинать посадки.
Если рассыпается практически полностью, то почва уже начинает пересыхать.
Если ком остается целым со следами деформации – стоит подождать с севом.

Для начала рассмотрим строение почвы. Во-первых, она состоит из твердых частиц и пор. К первым относятся песок, глина, гумус - все, что не является жидкостью или газом. А пустоты, которые находятся между этими твердыми частицами, называются порами. Эти поры заполняются газами (воздухом) или водой. В среднем, оптимальное отношение: 50% твердая фаза к 50% пор. Очень важен и размер этих пор. Самые маленькие поры формируют вместе «туннели» для воды - капилляры. Это очень важная часть почвы, так как по капиллярам может подниматься вода из более глубоких горизонтов. Считается, что корневая зона может увлажняться грунтовыми водами, если они находятся на глубине не более 3 м. Тогда влага из этих горизонтов и поднимается вверх по капиллярам. Кроме того, при пересыхании почвы, за счет поверхностных сил, вода может удерживаться в этих сосудах, не позволяя грунту высохнуть слишком быстро.

Влажность почвы - это процентное соотношение всей почвенной влаги к сухому грунту. То есть, влажность почвы 20% означает, что на 100 г полностью сухой почвы приходится 20 г влаги (или в 120 г почвы на вашем поле 20 г влаги). Очень важно запомнить, что для вычислений берется именно сухая почва, а не влажная. Например, молоко, жирностью 4% означает, что 4 г жира находится на 100 г цельного молока, а не обезжиренного (которого, соответственно, 96 г). Тогда как влажность почвы 4% - это 4 г влаги и 100 г сухой почвы (или 104 г почвы с влажностью 4%).

Влагоемкость почвы - это максимальное количество влаги, которое почва может в себе удержать.

Различают несколько влагоемкостей:

ПВ (полная влагоемкость) - максимальное количество воды, которое может вместиться во всех порах почвы. По сути, это полностью залитое поле. В этом случае количество воздуха в пустотах равняется нулю, такая ситуация на поле крайне нежелательна.

Но самый важный показатель - это наименьшая влагоемкость (НВ) , зная значения которой, удобнее всего определять необходимость полива. Это то количество влаги, которое почва способна «активно» удерживать с помощью различных сил (адсорбция, химические связи, гидроколлоиды, капилляры и т.п.). Если проще, то наименьшая влагоемкость достигается тогда, когда после полного насыщения почвы водой стекает лишняя влага, которая почвой активно не удерживается (вода с крупных пор).

Поэтому оптимальную влажность почвы и удобнее выражать в процентах НВ. Этот показатель показывает не только содержание влаги на вашем участке, но и ее форму. Свободная гравитационная влага недоступна растениям, а только вредит им. Слишком высокая НВ (85% и больше) пригодна для развития растений, но повышает риск развития корневых заболеваний.

Как правило, 100% НВ достигается при влажности почвы от 20% (легкие почвы) до 40% (суглинистые почвы). Другими словами, если у вас супесчаная почва, то оптимальные для большинства культур 75% НВ достигается при влажности почвы 15%, если же тяжелая - вплоть до 30%.

Влагоемкость - достаточно стабильный показатель. Если в почве не происходит кардинальных перемен (как, например, с тепличным субстратом, где создается интенсивный агрофон, вносятся удобрения, торф, мелиоранты), то этот параметр достаточно измерять раз в несколько лет. Он нужен для того, чтобы правильно использовать результаты измерения влажности почвы.

Например, если НВ 30%, а влажность почвы 21 %, то эту влажность почвы можно выразить как 70% нормальной влагоемкости.

Это можно выразить как: чтобы заполнить ящик плодами на 60%, сначала нам нужно узнать емкость этого ящика (узнать НВ грунта). Следующий шаг - нам нужно взвесить плоды, которые уже находятся в ящике (влажность почвы). При этом в одном и том же виде ящиков количество плодов может быть разное (достаточно один раз узнать НВ своей почвы, влажность меняется постоянно). И вот, если мы знаем, что в ящике емкостью 10 кг находится 3,5 кг плодов, то он заполнен на 35%, значит, нам нужно доложить 2,5 кг плодов. Подобьем первые итоги. Чтобы научиться поливать растения правильно, необходимо:

• Определить способ, которым будет измеряться влажность почвы (однократно);
• Измерить плотность, затем НВ своей почвы (однократно);
• Измерять влажность своей почвы (регулярно);
• Перевести влажность почвы в % от НВ.
• Следить, чтобы влажность почвы не выходила за определенные рамки. Например, не была ниже 60% НВ и выше 80% НВ. То есть, начинать полив нужно при 60% НВ.

Как измерять влагоемкость грунта?

Наименьшая влагоемкость почвы наблюдается, когда после обильного увлажнения (или затопления) вся лишняя влага уходит в глубокие горизонты. Поэтому в полевых условиях этот параметр можно измерять при залегании грунтовых вод глубже 3 м, иначе они будут постоянно насыщать грунт новыми порциями влаги.

Ранней весной, когда почва наполнена талыми водами, выбирают типичный участок поля (1,5x1,5 м), который накрывают пленкой и соломой, чтобы предотвратить испарение влаги. На орошаемых землях анализ можно проводить после обильного полива. Существует и третий вариант - создание небольшого участка затопления. Для этого выбранный участок окружается земляными валами (земля берется вдалеке от площадки, чтобы не нарушать рельеф поля), деревянными или железными рамами. Для промачивания почвы нужно использовать 200 л воды на квадратный метр, если почвы легкие, до 300 - на суглинистых. В том месте, куда будет наливаться вода, нужно положить фанерку, чтобы не размывать грунт струей. Воду нужно вливать порционно, чтобы ее слой был высотой не более 5 см. Следующую порцию подают после того, как предыдущая впитается.

Во всех трех случаях землю накрывают клеенкой и соломой. Через сутки, трое суток, а на суглинистых почвах и через 10 суток отбирают образцы почвы через каждые 10 см (0-10, 10-20, 20-30...) и измеряют влажность образцов. Полученные данные называют НВ1, НВЗ и НВ10 соответственно. На супесчаных грунтах самый оптимальный параметр - НВЗ, на тяжелых - НВ10. НВ1 актуален там, где избытки влаги стекут уже в течение суток (содержание песка близкое к 100%, большое количество крупнозернистой фракции).

Показателем наименьшей влагоемкости будет влажность образца. То есть, если на 100 г высушенного в термостате грунта в образце придется 27 г воды, значит, 100% НВ соответствует 27% влажности почвы.

Измерение влажности почвы

Самым точным методом, который используют и лаборатории, считается термостатно-весовой. Он очень прост и использует всего три вида оборудования: весы, термостат и бур, который может заменяться лопаткой. Термостатом может послужить практически любая печь, духовка или котел, и градусник. Минус этого метода очевиден - узнать влажность почвы можно только через 2-3 дня с момента отбора пробы, поэтому определить таким образом необходимость полива будет крайне сложно. Но другие методы измеряют не влажность почвы, а другие ее свойства, которые зависят от влажности. Так, например, электропроводимость почвы зависит от концентрации почвенного раствора (например, анализ с помощью прибора TDS-метра). С одной стороны, она выше, если меньше влажность, с другой же - любое внесение удобрений сильно повлияет на результат исследования.

Определившись, каким образом вы планируете регулярно измерять влажность почвы, для определения НВ советуется использовать как термостатно-весовой метод, так и выбранный вами прибор. Таким образом, вы проведете своего рода калибровку.

Рассмотрим пример. Если плотность Вашей почвы будет составлять 1,1 г на кубический сантиметр, согласно термостатно-весовому методу НВ почвы будет 30% ее влажности, а согласно оперативному методу - 25%, то ошибка измерения составит 165 т воды на га. Поэтому, определяя влажность почвы выбранным прибором, за 100% НВ нужно будет принимать влажность почвы в 25%.

Измерение влажности с помощью электрических приборов чаще всего исследует другие свойства почвы: сопротивления, электропроводимости, индуктивности и т.п.

Самое широкое распространение получили приборы, которые измеряют диэлектричиеские свойства почвы. Чаще всего профессиональный прибор весит несколько сот грамм, оборудованный специальным щупом. После «укола» почвы щупом, экран прибора показывает ее влажность в процентах (спустя 3-5 секунд).

Существуют и упрощенные версии такого оборудования для частного сектора, он может измерять влажность почвы (с точностью до 10%), ее кислотную среду, более дорогие модели - температуру почвы. Приборы восточных стран даже не всегда показывает цифры, некоторые модели ограничиваются шкалами, вроде почва «очень сухая» и т.п. Делать большие ставки на такую электронику не стоит - у нее даже не всегда есть возможность калибровки. Существуют в продаже и мини-модули, которые могут быть частью системы для бюджетной системы автоматизации (например, Ardunino).

Тензиометры

Метод измерения влажности тензиометром основан на изменении давления внутри трубки прибора. Прибор состоит из вакуумной керамической трубки и вакуумного манометра (прибор для измерения давления).

Перед использованием тензиометр заряжается - погружается в воду до полного насыщения керамической трубки. После он размещается в поле (заглубляется в грунт). Советуется использовать два тензиометра, для разной глубины (например, для 20 и 40 см). Чем более сухой становится почва, тем сильнее она "вытягивает" воду с вакуумной трубки прибора, в результате чего давление в ней падает. Второй элемент тензиометра - вакуумный манометр измеряет это падение. Эти данные уже с помощью специальных таблиц переводят в фактическую влажность почвы.

Так как прибор фиксирует падение давления, то стрелка отклоняется в минусовую сторону (ниже нуля). Чем дальше она отходит от нулевой отметки, тем ниже влажность почвы. Без таблиц использовать данные прибора нельзя, так как при полной влагоемкости стрелка может показывать от - 10 сантибар (примечание : сантибар - 0,01 бар) на тяжелых почвах до - 40 сантибар на легких. Нужно учитывать и влияние других факторов, в том числе, температуры почвы.

Так сколько же поливать?

Последнее, что нам нужно сделать - рассчитать норму полива. Для этого можно использовать приборы, которые есть в наличии (поливать до тех пор, пока прибор не зафиксирует нужную нам влажность почвы) или рассчитывать норму математическим методом.

Тут все немного сложнее. Первое, что нам нужно узнать - удельный вес сухой почвы (масса 1 см3 почвы в граммах или 1 м3 в тоннах), его также называют плотностью. Но для этого не подойдут наши образцы - их объем будет нарушен при сушке. Проще всего узнать удельный вес из таблиц, так как этот параметр не слишком переменчив и больше всего зависит от гранулометрического состава почвы. Конечно, рыхление снижает ее удельный вес, но на норму полива это не повлияет.

Если мы знаем, что в наш ящик нужно доложить плодов на 25% его вместимости, то мы умножаем эту вместимость на 0,25 (10 кг % 0,25 = 2,5 кг). Аналогично и с почвой. Если Вам нужно увеличить влажность почвы на 10%, то Вам нужно умножить ее массу на 0,1.

Чтобы узнать массу почвы на Вашем участке, нужно ее площадь в квадратных метрах умножить на 0,3 (корневая зона - это 30 см или 0,3 м) и умножить на удельный вес.

Для гектара это будет 10 000 м2 х 0,3 м = 3000м3.

Если 1 м3 грунта весит 1,1 т, то нам нужно увлажнить: 3 000 м3 х 1,1 т/м3 = 3,3 тыс. т почвы. Тогда норма полива (10% от этой цифры) составит 330 м3.

Ну и самый простой способ определения влажности почвы - ее нужно сжать в руке. Если сквозь пальцы не начала проникать вода, но, разжав ладонь, почва остается в комке - это удовлетворительная влажность. Скоро придется поливать. Сколько нужно полить? Этот метод не ответит на такие вопросы.

Чтобы измерять влажность почвы термостатно-весовым методом, нужно проделать следующие операции:

• Подготовить жаропрочную посуду для образцов. В лабораторных условиях для этого используют алюминиевые бюксы с притертыми крышками. И бюкс и крышка имеют свой номер, который записывается, чтобы сохранить точность анализа. Посуда должна быть чистой, предварительно взвешенной с максимальной точностью (бюкс с крышкой вместе) - масса 1. Здесь придется или использовать точные весы (согласно методике, весы должны взвешивать до 0,01 г, но подойдут и с точностью до 0,1 г). Если нет возможности воспользоваться такими весами, на анализ отбирают больше грунта, но тогда и сушить его придется дольше.
• Отобрать пробу грунта с помощью бура или лопатки. Поместить их в приготовленную посуду на половину объема (до 2/3).
• Взвесить посуду, крышку и грунт вместе - масса 2.
• Поставить их на сушку при температуре 100-105°С, пока вес бюкса не перестанет меняться. Так узнаем массу 3.
• Перед последним взвешиванием закрыть посуду крышкой и дать ей остыть в плотно закрытом шкафчике.
• Сушка позволяет узнать, сколько воды было в образце почвы (масса 2 минус масса 3) и вес сухого грунта (масса 3 минус масса 1). Массу воды делят на массу сухого грунта и умножают на 100% - так узнают влажность почвы в момент отбора пробы.

Почва состоит из твердой, жидкой и газообразной фаз. Основной является твердая составляющая. Она включает органические, органоминеральные и минеральные соединения.

Целью работы является определение содержания в почве жидкообразной (чаще водной) составляющей. Почва даже в воздушно-сухом состоянии содержит некоторое количество влаги, называемой гигроскопической w г. Это связано с адсорбированием парообразной влаги из воздуха и прочным удерживанием ее на поверхности частиц.

Наибольшее количество гигроскопической влаги почва содержит при полном насыщении воздуха водяными парами (т.е. при φ=100%), это максимальная гигроскопическая влага w макс.г.

Влажность почвы в полевых условиях характеризуют полевой влажностьюw п. Содержание влаги в почве колеблется в значительных пределах, т.к. почва может находиться как в абсолютно сухом, так и в переувлажненном состоянии.

Количество воды в почве оценивается показателями влажности.

Отношение массы содержащейся воды в почве m в к общей массе образца m, выраженное в процентах, называется относительной влажностью ω ,

Относительная влажность изменяется от 0 до 100%.

Отношение массы воды в почве к массе ее сухого вещества m с, выраженное в процентах, называется абсолютной влажностью W ,

Абсолютная влажность изменяется от 0 до бесконечности.

Отношение массы воды в почве к массе сухого вещества, выраженное в долях единицы, называется влагосодержанием U ,

U = , кг/кг. (3)

В почвоведении наиболее часто пользуются показателем абсолютной влажности. При составлении проектов мелиорации почв пользуются как относительной, так и абсолютной влажностью.

Между относительной и абсолютной влажностями существует взаимосвязь. Ее выводят из соотношений:

Если числитель и знаменатель умножить на величину , то используя выражение (2), можно получить:

Аналогичным образом можно записать

Если числитель и знаменатель умножить на величину , то используя выражение (1), находим:

Между влажностью и массой почвы существует взаимосвязь. Из выражения (1) можно рассчитать массу воды в почве

а также массу сухого вещества

m с = m - m в = m - = , кг.

В одном и том же образце при изменении влажности и соответственно общей массы почвы количество сухого вещества остается постоянным. В связи с этим для пересчета массы почвы m 1 с одной влажности w 1 на массу почвы m 2 c влажностью ω 2 можно воспользоваться равенством

. (4)

Формула (4) часто используется на практике и известна под названием формулы пересчета массы почвы с одной влажности на другую.

Методы определения влажности подразделяются на прямые и косвенные. Прямые методы основаны на удалении воды в процессе сушки и определении потери массы, соответствующей испарившейся влаге. Косвенные (физико-химические)основаны на зависимости физических (химических) свойств почвы от содержания влаги в ней.

К прямым методам определения влажности почв относятся:

· Стандартный .Влажность определяется сушкой в сушильном шкафу при температуре 100-105°С. В бюкс помещают около 5 г почвы, просеянной через сито с отверстиями 1 мм. Бюкс с открытой крышкой помещают в сушильный шкаф и сушат около 3 часов. Затем бюксы вынимают из шкафа, закрывают крышки, охлаждают, взвешивают. Повторные сушки по 2 часа проводят до достижения постоянной массы почвы или пока разница не будет превышать 0,01 г. Взвешивания производят на технических весах 1 класса с точностью 0,01 г.

· Ускоренный. Как и стандартный, основан на высушивании навесок почвы в сушильном шкафу. Отличие - в высушивании навески почвы при более высокой температуре, а именно 150-160°С. Повышенная температура в шкафу позволяет значительно сократить время удаления влаги из почвы. Точность анализа при этом понижается, так как при этой температуре процессы окисления и распада органического вещества происходят более интенсивно, чем при температуре 100-105°С.

· Ускоренные. С применением для сушки ламп - термоизлучателей и электрических осветительных ламп.

К косвенным (физическим) методам определения влажности почв относятся:

· Нейтронный метод . Его сущность заключается в том, что при облучении быстрыми нейтронами вещества, содержащего влагу, скорость нейтронов уменьшается от воздействия атомов водорода. Интенсивность потока замедленных нейтронов пропорциональна объемному водородосодержанию, по которому можно определить влажность.

· Емкостной метод . Основан на зависимости электрических свойств от влажности вещества. При этом измеряются диэлектрическая проницаемость, диэлектрические потери материала посредством измерения емкости электрического конденсатора, в котором роль диэлектрика играет исследуемый материал.

· Метод холодной сушки . Основан на обезвоживании почвы погло-тителями: СаСl 2 , Н 2 SО 4 , Р 2 О 5 и др. Пробу почвы (8-10 г) помещают в вакуум-эксикатор, на дне которого находится один из указанных поглотителей. Из эксикатора выкачивают воздух до 1-2 см рт. ст. Затем эксикатор ставят на 4 часа на кипящую водяную баню, после чего сушка считается законченной.

· Пикнометрический метод . Навеску влажной почвы m погружают в пикнометр, заливая до метки водой, после чего определяют ее массу в воде m 1 . Массу абсолютно сухой почвы m с вычисляют по формуле

где r 1 - плотность твердой фазы почвы.

Затем рассчитывается абсолютная влажность почвы

Для полевых определений влажности почв метод дает приемлемую точность.

Целью работы является определение влажности почвы.

Последовательность выполнения работы

Определение влажности почв с любым содержанием влаги в работе производится ускоренным методом: сушкой в сушильном шкафу при температуре 150-160°С.

Порядок выполнения анализа

1. Каждый студент взвешивает бюкс на технических весах 1 класса с точностью до 0,01 г.

2. В бюкс помещается около 7 г почвы.

3. Взвешивается бюкс с почвой.

4. Бюкс с почвой в открытом виде помещают в сушильный шкаф, предварительно прогретый до температуры 170°С.

5. Сушку ведут при температуре 150-160°С в течение 45 мин.

6. По окончании сушки бюкс вынимают, закрывают крышкой и охлаждают в эксикаторе в течение 5-10 мин.

7. После охлаждения бюкс с почвой взвешивают.

8. Общую убыль массы образца принимают за содержание влаги в аналитической пробе.

9. Расчет влажности производят по формулам (1), (2), и (3). Результаты заносятся в табл. 1.

Экспериментальные данные проверяются и подписываются преподавателем в конце лабораторных занятий. После выполнения расчетов оформленная работа подлежит защите.

Пример оформления работы

Объект сушки:

Температура сушки в сушильном шкафу °С.

Время сушки мин.

Таблица 1. Результаты определения влажности почвы

Контрольные вопросы

1. Виды влажности почв.

2. Показатели влажности почв. Их взаимосвязь.

3. Пересчет массы почвы с одной влажности на другую.

4. Масса сухой почвы.

5. Прямые методы определения влажности.

6. Косвенные методы определения влажности.

Влажность земли является важнейшим агротехническим параметром в почвоведении, геологии, экологии, садоводстве, который оказывает серьезное воздействие на качественное функционирование экологической системы – биогеоценоза. На сегодняшний день существует множество способов его измерения. В статье расскажем про определение влажности почвы, сравним эффективность различных приборов для ее измерения.

Причины необходимости увлажненности земли

Влажность – это один из главных факторов, влияющих на плодородность грунта. Она реализует такие задачи:

• обогащение овощных и плодовых культур водой;
• увлажненность грунта влияет на количество воздуха, уровень соли, а также наличие вредных компонентов;
• обеспечивает пластичную и плотную структуру земли;
• влияет на температуру, а также теплоемкость;
• не допускает выветривания грунтов;
• показывает способность почвы к агротехническим и сельскохозяйственным процессам.

Для полноценной жизнедеятельности растительного организма его клеткам, а также тканям следует в достаточном объеме получать воду, в частности во время активации жизненные процессов.

Оптимальные уровни увлажненности грунта

Совет #1. Следует учесть, что уровень оптимальной влажности во время всходов должен быть выше, нежели в процессе дозревания сельскохозяйственных культур.

Как определить увлажненность земли

На сегодняшний день существуют такие методы исчисления влажности грунта:

• термостатно-весовой;
• радиоактивный – представляет собой измерение излучения радиоактивных веществ, находящихся в земле;
• электрический – в данном случае производится определение почвенного сопротивления, проводимости, индуктивности, а также емкости;
• тензометрический – метод основывается на разнице напряжения воды между границами фаз;
• оптический – этот способ характеризуется отражаемостью световых потоков;
• экспресс-методы, в частности органолептический.

Самыми легкими и распространенными считаются термостатно-весовой, а также органолептический методы. Первый является наиболее точным, а второй, в свою очередь, требует мало времени и не нуждается в специальном оборудовании. Приспособления для определения электрического сопротивления указаны в таблице.

Определение электрического сопротивления

В данном случае применяются датчики, которые изготовлены из гипса. В этих датчиках размещено 2 электрода, подключенных непосредственно к счетчику. Электрическое сопротивление материала находится в зависимости от наличия в нем жидкости, что, соответственно, измеряет уровень увлажнения земли. В грунте проделывают отверстия до нужной глубины с последующим размещением в них датчиков. Важным является близкий контакт между чувствительным элементом, а также землей (это необходимый фактор для всех влагомеров).

Современные виды датчиков применяют грануловидный материал, окружающий специальную мембрану и перфорированные крышки, которые произведены из стали либо ПВХ. Таким образом достигается более долгий период эксплуатации датчиков, быстрейший отклик, а также точнейшие измерения. Эти датчики допустимо применять в системах полива, которые контролируются автоматически. Приборы для определения влаги, оборудованные диэлектрическими зондами, указаны в таблице.

Измерения с применением диэлектрических зондов TDR и EDR

Определение показателей увлажненности земли при помощи этого способа осуществляется посредством исчисления диэлектрической среды, зависящей от увлажненности грунта. Проверка наличия влаги в земле провоцирует смену ее диэлектрической постоянной, а это дает возможность вымерять соотношение между данными параметрами. Достоинством этого вида датчика является способность передавать измерения без участия проводов.

На сегодняшний день представлены также приспособления, зонды которых постоянно находятся в трубе на необходимой глубине. Показания в этом случае снимаются автоматически, а потом передаются наблюдателю. Соответственно, и цена данных приборов на порядок выше. Приборы для измерения при помощи почвенных тензиометров указаны в таблице.

Метод тензиометра для измерения влажности

Тензиометр состоит из керамического фильтра, пластиковой трубы и вакуумного манометра, непосредственно после заполнения водой который опускают в землю для исчисления давления. Жидкость передвигается по керамическому элементу, что вызывает смену давления в трубе, а также изменения показаний счетчика. После процедуры гидратации либо осадков в земле вода не попадает в трубку, до момента смещения потенциалов между грунтом и тензиометром. Приспособления представляют собой трубки, доступные для приобретения, разной длины для исчисления показателей влаги в земле на разнообразных глубинах.

Приборы применяются, как правило, для определения начала, а также конца полива. Их предпочтительнее размещать на разные глубины, к примеру 20 или 40 сантиметров. Исходя из результатов исследования прибора, возможно измерить период начала полива (основываясь на данных устройства, размещенного близко к поверхности), а также время конца орошения (согласно показаниям приспособления, находящегося глубже).

Как повысить увлажненность грунта

Для увеличения влажности, например в теплице, следует производить опрыскивание культур, дорожек, тепловых приборов, а также стеклянного потолка и увеличить количество орошений. Помимо шлангового полива, на сегодняшний день в хозяйствах используется: дождевание, подпочвенное орошение и капельный полив. Наиболее популярный вид – это дождевание, в данном случае одновременно поливаются растения, понижается температура листвы, а также испарения, ликвидируется перегрев культур.

Совет #2. Для уменьшения уровня увлажненности земли в тепличной конструкции следует осуществить вентиляцию, поднять температурные показатели воздуха, урезать количество и объем поливов .

Влияет ли регион на увлажненность грунта

Для Подмосковья характерны подзолистые, дерново-подзолистые почвы, серые лесные, черноземы. Для территории Урала – глинистые, песчаные и подзолистые. В Сибири распространены подзолистые почвы. В Поволжье – черноземы и подзолистые, а в Ленинградской области зачастую встречаются подзолистые грунты.

Как рассчитать оптимальный период и размер полива

Множество проведенных исследований указывают на то, что самыми оптимальными показателями потребности растительного организма в воде можно назвать физиологическое состояние данного растения, сосущая сила листвы, концентрация и осмотическое давление клеточного сока и пр.:

• зачастую практикуется для определения поливных сроков визуальный способ, то есть по внешним признакам;
• следующий ориентировочный метод – это измерение увлажненности грунта на ощупь;
• примерные нормы орошения возможно определить при помощи суммарной радиации. Последняя в данном случае измеряется в периодах между процедурами полива.

Схема полива для разной влажности грунта

Влажность земли относится к главным факторам плодородия. Рассмотрим главные требования к орошению грунта на различных этапах культивации овощных, а также плодовых культур:

• умеренный полив – нельзя допускать переувлажнения, а также полного высыхания грунта;
• опрыскивание листы во время цветения – обильный полив осуществляется в летнее время, после окончания цветения в период покоя растения проводится редко;
• опрыскивание в теплые сезоны – земле летом требуется обильный полив, уменьшаемый в холодное время.

Ответы на распространенные вопросы

Вопрос №1. Как определить, достаточно ли в земле влаги?

Нужно взять в руку немного земли и сжать ее, если влага между пальцев не проступила, раскройте ладонь. Комок почвы не распался – это означает, что уровень влажности удовлетворительный.

Вопрос №2. Как можно повысить влажность почвы в тепличной конструкции?

В данном случае необходимо увеличить полив, немного понизить температуру, а также осуществлять опрыскивание растений, почвы и дорожек водой.

Вопрос №3. В какой период роста растений им необходимо наибольшее количество влаги?

Во время вегетации растительные организмы больше всего нуждаются в интенсивном поливе.

Вопрос №4. Какой метод измерения влажности грунта является оптимальным?

Наиболее простыми и популярными являются термостатно-весовой, а также органолептический методы.

Ошибки садоводов, приводящие к заболачиванию почвы

• Основная оплошность заключается в неотрегулированном орошении земель.
• Еще следует отметить отсутствие известкования и корректной подкормки почв, подверженных заболачиванию.
• Также садоводы зачастую забывают об организации дренажной системы. Все это в целом негативно сказывается на качестве грунта.

Как таковые понятия нехватки влаги либо переувлажнения довольно относительны. Повышенная влажность грунта в сочетании с масштабными минеральными подкормками, а также благоприятными показателями температуры активирует интенсивный фотосинтез, стремительный рост культур и увеличение общей биомассы. Соответственно, при уменьшении температуры аналогичное увеличенное увлажнение влияет уже негативно. Как видим, такой параметр, как влажность почвы очень важен в процессе выращивания любой культуры на различных типах грунтов и в различных климатических широтах.