Способ определения водопроницаемости почвы Советский патент 1992 года по МПК G01N33/24 

Изобретение относится к сельскому хо1- зяйству, в частности к почвоведению, земледелию, мелиорации, и может быть использовано прет почвенно-мелиоратйв- ных исследованиях, осуществляемых для научных и производственных целей.

Цель изобретения - расширение информативности способа за счет определения водопроницаемости по горизонтам и профилю почвы

Пример. Почвы участка дерново-сред- неподзолистые среднесуглинистые на покровном суглинке. Участок использовался под пашней, за несколько лет до приведения исследований была осуществлена мелиорация почвы на глубину 45-50 см.

Была выбрана площадка, по состоянию поверхности почвы и микрорельефу характерная для всего участка в целом Металлическая рама 50 х 50 см была погружена режущей кромкой в пахотный горизонт на глубину 7 см С наружной стороны рамы во избежание растекания воды пахотный горизонт был уплотнен и насыпан уплотнитель- ный валик высотой 3-5 см, примыкающий к раме В центре этой рамы была установлена вторая рама размерами 25 х 25 см; она была заглублена на 10 см, уплотнение вблизи этой рамы не проводили На площадке, ограниченной внутренней рамой, а также между внутренней и внешней рамами были установлены два тонких (2-3 см) колышка, заглубленных на 8-10 см, верхний конец возвышался над поверхностью почвы на 5 см. Растительность с поверхности, ограниченной рамами осторожно, не разрушая корневой системы, срезана

ч ел

СП

00 00

Рамы заполнили водой, избегая размыва поверхности почвы, слоем 5 см. Постоянно поддерживали уровень воды, фиксируя его по исчезновению-появлению мениска у колышков, доливая воду в рамы. По центральной раме фиксировали расход воды во времени. Одновременно учитывали температуру воды в центральной раме и испарение влаги с Открытой водной поверхности (последнее составило за б ч менее 1 мм и учтено не было).

Исходя из площади учетной рамы и расхода воды были рассчитаны коэффициенты водопроницаемости во время исследования при данной температуре воды (Kt) во формуле

v 0ХЮ ,

Kt g х у , ММ/МИН,

где в- объем просочившейся воды, см ;

S - площадь учетной рамы, см ;

Т - время просачивания, мин;

10 - коэффициент пересчета в мм, мм/см, был пересчитан на Кю (водопроницаемость при стандартной сопоставимой температуре 10°С) по формуле

У Kt

мо 0,7 + 0,03 t где t - конкретная температура воды, °С;

0,7; 0,3 - эмпирические коэффициенты.

Результаты исследования приведены в табл.1.

Параллельно на площадке определили плотность почвы (объемный вес (0В), г/см и ее влажность. Были отобраны образцы для определения плотности твердой фазы почвы (удельный вес(УВ), г/см2), которая была определена в лаборатории. Это позволило определить общую порозность почвы (ОП, %) по формуле

УВ-ОВ

ОП

УВ

100.

Влажность в % от массы почвы была пересчитана в % от объема почвы ее умножением на коэффициент, численно равный плотности почвы (0В) конкретного горизонта.

По разности ОП и влажности в % от объема почвы был получен объем пор, не занятых водой, и, следовательно, способный поглощать воду. Результаты приведены в табл. 2 на графике (см. чертеж).

Исходя из данных табл. 1 за 6 ч просочился в почву слой воды (фактически без пересчета на температуру), равный 172,3 мм, его определили умножением времени экспозиций на соответствующие Kt и суммированием полученных значений за все время наблюдения.

Пользуясь значением объема пор, занятых воздухом (табл. 2), рассчитали спой почвы, в котором разместилась вода, впитавшаяся в почву. Слой почвы 0-10 см (0-100 мм) имеет объем пор, занятых воздухом, которые могут быть заполнены водой,

29,91%, т.е. если перевести этот объем в слой воды (мм), то верхний 100 мм слой почвы способен поглотить 29,91 мм воды. Осуществив по данным табл. 2 расчет на глубину 140 см (максимальная глубина от0 бора образцов) и просуммировав данные по всем горизонтам, получают величину 172,2 мм. Таким образом слой воды, впитавшийся в почву в процессе определения водопроницаемости за 6 ч, примерно равен

5 объему пор, которые могли быть заполнены водой, в слое почвы 0-140 см. Следовательно, результат 6-го часа наблюдений (Кю 0,29 мм/мин) соответствует водопроницаемости слоя на глубине 140 см.

0 На графике водопроницаемости (см. чертеж) отмечаются следующие участки: плавное в снижение водопроницаемости в течение первых 70 мин наблюдений, стабилизация в промежутке времен и 70-1100 мин,

5 снижение водопроницаемости в промежутках 100-130 мин, 130 мин - 3 ч и ее относительная стабилизация.

Очень важна глубина залегания наиболее слабопроницаемого для воды горизон0 та, который начинает определять водопроницаемость почвы в целом с 3-го часа наблюдений. За первые 3 ч просочилось воды в почву (расчеты поданным табл. 1): 2,24 х 10+1,87 х 10+ 1,44 х 10 + 1.15 х 10

5 + 0,91 х 10 + 0,74 х 10 + 0,53 х 30 + 0,49 х 30 + 0,38 х 30 + 0,34 х 30 135,7 мм.

Учитывая большой объем впитавшейся воды, расчет целесообразнее проводить с глубины 140 см к поверхности. Слой от глу0 бины проникновения воды к 3-му часу наблюдений до 140 см (максимальная глубина проникновения воды) поглотил воды (в интервале 3-6 ч) 173,3 - 135,7 36,3 мм. Слой 110-140 мм способен поглотить (расчет ана5 логичен приведенному для слоя 0-10 см) 400 мм X 4.07% 1Вомм ,3мм.

Для слоя 90-100 см

200мм Х7.41 % .. 0

0100% -™.8мм.

14,8мм + 16,3 мм 31,1 мм -слой воды, поглощенный в интервале глубин 90-140 см. Глубина проникновения воды к 3-му часу меньше 90 см на величину почвенного 5 слоя, имеющего емкость 36,6 мм - 31 1 мм 5,5 мм.

В слое 70-90 см емкость

200мм X 13,72 % 0, л

1Ш% 27,4 мм

Далее составили пропорцию

27,4 мм - 20 см 5,5 мм - х

5,5 X 20 27,4

4 см.

т.е. глубина проникновения воды к концу 3-го часа наблюдений на 4 см меньше 90 см (90 - 4 86 см). Таким образом горизонты, характеризующиеся наиболее низкой водопроницаемостью Кю 0,34 - 0,29 мм/мин, залегают глубже 86 см

В процессе определения водопроницаемости первый перегиб наблюдался на 70 мин от начала наблюдений. Это соответствует слою лросочившейся воды 88,9 мм Этот результат получили умножением соответствующих Kt на время экспозиции и суммированием результатов Для нахождения глубины залегания горизонта, который обусловил стабилизацию водопроницаемости через 70 мин после начала определения, выяснили мощность горизонта, имеющего возможность поглотить 88,9 мм воды:

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к почвоведению, земледелию, мелиорации. Цель - расширение информативности способа за счет определения водопроницаемости по горизонтам и профилю почвы. Согласно способу, предусматривающему создание на поверхности почвы слоя воды и поддержание ее уровня. учет количества воды, поглощаемой почвой в зависимости от времени экспозиции, и определение коэффициента водопроницаемости в зависимости от времени экспозиции, дополнительно определяют объемный вес, удельный вес и объемную влажность почвы по горизонтам, для каждого горизонта определяют общую пороэность, по разности между последней и объемной влажностью определяют объем пор. занятых воздухом, по сопоставлению полученной величины и количествами воды, поглощаемых подвой, определяют время, необходимое для заполнения водой пор, занятых воздухом определенного горизонта, а по коэффициенту водопроницаемости, соответствующему данному времени, судят о коэффициенте водопроницаемости данного горизонта 1 ил., 2 табл. -г Ё

29 91 X 100 + 24 59 X 100 + 14 38 X 100 Ч- 15,65 X 100 + fe 65 X 100 + 12,15 X 100

100

Это объем воды, который может быть поглощен верхним 50-сантиметровым слоем Он больше объема свободных пор аэрации искомого слоя с емкостью 88,9 мм (96,7 - 88,9 7,8) на 7,8 мм Составили про- 5 порцию по слою 40-50 см

10 см - 12,15 мм воды

X - 7,8 мм воды

Х 6см

Таким образом глубина залегания ис- 10 комого горизонта 50 см - 6 см 44 см ( 45 см) Аналогично осуществляют расчет глубин для остальных характерных участков графика водопроницаемости

Водопроницаемость верхних горизон- 15 тов плавно снижается до глубину 45 см, т.е. глубины мелиоративной обработки с величин Кю более 2 мм/мин до примерно 0,6 мм/мин Влияние плужной подошвы отсутствует в интервале глубин 45-60 см. Кю 20 стабилизируется на уровне 0,55-0,5 мм/мин В интервале глубин 60-70 см сравнительно резко снижается до 0 38 мм/мин. Глубины, соответствующие значениям Кю, нанесены на график водопроницаемости, представ- 25 ленный на чертеже

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа обусловлена получением дополнительной информации практически без дополнительных затрат. 30 Предлагаемый способ по сравнению с известным требует существенно меньших трудозатрат (пример 3 чел /дн на исследуемый объект) Исключаются все активные действия по прямому определению водопроница- 35

емости (большая площадь вскрытия шение сложения почвы, затопление р из-за дренирующего действия тре т д.) Способ расширяет функцион возможности определения водопро мости почв по горизонтам и може использован при почвенно-мелиора исследованиях для решения научных изводственных задач.

Формула изобретения Способ определения водопрони сти почвы, включающий создание на хности почвы слоя воды и поддержа уровня учет количеств воды, поглощ почвой в зависимости от времени эк ции, и определение коэффициента во ницаемости в зависимости от вр экспозиции отличающийся те с целью расширения информативнос соба за счет определения водопрони сти по горизонтам и профилю дополнительно определяют объемны удельный вес и объемную влажность по горизонтам, для каждого горизонт деляют общую порозность, по разниц ду последней и объемной влажн определяют объем пор, занятых воз по сопоставлению полученной вели количества воды, поглощаемых почв ределяют время, необходимое для за ния водой пор, занятых воз определенного горизонта, а по коэ енту водопроницаемости, соответст му данному времени судят о коэффи водопроницаемости данного горизон

емости (большая площадь вскрытия, нарушение сложения почвы, затопление разреза из-за дренирующего действия трещин и т д.) Способ расширяет функциональные возможности определения водопроницаемости почв по горизонтам и может быть использован при почвенно-мелиоративных исследованиях для решения научных и производственных задач.

Формула изобретения Способ определения водопроницаемости почвы, включающий создание на поверхности почвы слоя воды и поддержание ее уровня учет количеств воды, поглощаемых почвой в зависимости от времени экспозиции, и определение коэффициента водопроницаемости в зависимости от времени экспозиции отличающийся тем что, с целью расширения информативности способа за счет определения водопроницаемости по горизонтам и профилю почвы, дополнительно определяют объемный вес, удельный вес и объемную влажность почвы по горизонтам, для каждого горизонта определяют общую порозность, по разнице между последней и объемной влажностью определяют объем пор, занятых воздухом, по сопоставлению полученной величины и количества воды, поглощаемых почвой, определяют время, необходимое для заполне- ния водой пор, занятых воздухом определенного горизонта, а по коэффициенту водопроницаемости, соответствующему данному времени судят о коэффициенте водопроницаемости данного горизонта.

Водопроницаемость исследуемой почвы

Порозность почвы

Таблица

Таблица 2

MM/

fa

tffO,

MUH

TSeff

86CM

We

g .