Механический состав почв

Таблица 6.

Классификация механических элементов почвы (по Н.А. Качинскому)

3.2.1. Примеры решения задач.

Пример 1. Объём заполненных при стандартных условиях воздухом пор в почве равен 0,32см³/ см³почвы. Содержание О₂ в почвенном воздухе составляет 18% (об.). Рассчитайте объём О₂ в м³/м³ почвы. Найдите массу О₂ в г/м³ почвы, если температура почвы 17⁰С.

Решение. Примем что объём воздуха в почве равен объёму пор в почве. Тогда объём О₂ в почве (V(O₂)) можно определить из следующего соотношения:

V(O₂) = V(воздуха) ∙ (W(O₂)/100) ∙K = 0,32 ∙0,18 = 0,058 (м³/м³),

где К – коэффициент, учитывающий переход от одной размерности к другой

(1 см³ = 10^-6 м³), в данной задаче равный единице.

Далее необходимо учесть, что объём пор в почве и давление воздуха остаются постоянными. Из уравнения Менделеева – Клайперона PV = (m / M) ∙ RT и постоянства давления и объёма, следует, что

m₁(O₂) ∙ T₁ = m₂(O₂) ∙ T₂,

где Т₁и Т₂ – абсолютные температуры; m₁(O₂) и m₂(O₂) – массы кислорода при температурах Т₁и Т₂. В стандартных условиях (Т₁ = 273 К) определим массу кислорода из следующего соотношения:

1 моль О₂ занимает объём 22,4 л О₂, а весит 32 г.

0,058 м³/ м3 содержат m₂ (г) (O₂).

Тогда: m₂ (O₂) = (0,058∙32∙273) / (22,4 ∙290) = 78∙10^-3 (кг О₂ / м₂) = 78 (г O₂ /.м³)

Ответ: объём кислорода, содержащегося в 1м³ почвы, составляет 0,058 м³, масса – 78 г.

Пример 2. Карбонатная почва имеет следующий гранулометрический состав: 42% песка, 28% пыли и 20% глины. Содержание СаСО₃ в почве составляет: 5% в песке, 10% в пыли и 20% в глине. Рассчитайте гранулометрический состав почвы (%): а) в её начальном состоянии; б) после удаления карбонатов реакцией с кислотой.

Решение. Определим массу карбоната кальция в каждой гранулометрической части почвы. Согласно условию задачи, в 100 г почвы содержится 42 г песка, 38 г пыли и 20 г глины. Тогда содержание карбоната кальция в песке 42∙0,05 = 2,1 г, в пыли 38∙0,10

3,8 г, в глине 20∙0,20 = 4 г, а массы чистых песка, пыли и глины после обработки кислотой 42 – 2,1 = 39,9 г песка; 38 – 3,8 = 34,2 пыли; 20 – 4 = 16 г глины.

Процентное содержание песка, пыли и глины в исходно почве (W_i) определяется соотношением:

W_i = (m_i / 100) ∙100 % = m_i(%),

где m_i – масса соответствующих компонентов почвы.

Тогда процентное содержание песка, пыли и глины в исходной почве составит:

W_песка= 39,9%; W_пыли = 34,2%; W_глины = 16%.

Процентное содержание компонентов в почве после удаления из нее карбонатов (W_i¹) можно определить учитывая изменение массы навески почвы:

Δm = Σ Δm_i = 2,1 + 3,8 + 4 = 9,9 (г);

W_i¹ = {m_i / (100 – Δm)} ∙100 = {m_i / (100 – 9,9)} ∙100 = {m_i / 90,1}∙100;

W¹_песка = 44%; W¹_пыли = 38%; W¹_глины = 18%;

Ответ: a) 39,9%, 34%, 16%; б) 44%, 38, 18%.

3.3. Элементный состав почв.\

Почва представляет собой многофазную полидисперсную систему. Почва состоит из твердых частиц (твердая фаза почвы), воды (почвенного раствора) и почвенного воздуха. На долю твердой фазы приходится 40 – 65% объёма почвенной массы. Объём почвенного раствора может меняться в широком диапазоне. До 35% объёма почвы занимает почвенный воздух. Для типичных почв характерно следующее соотношение объёмов твердой, жидкой и газообразной фаз: T: Ж: Г = 2: 1: 1.

Твердая фаза типичной плодородной почвы на 95% состоит из неорганических и на 5% из органических соединений.

Состав почвенных растворов меняется в очень широких пределах. Типичными компонентами почвенных растворов, концентрации которых концентрации других ионов, являются катионы Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, NH₄⁺, Na⁺ и анионы HCO₃^-, SO₄^2-, NO₃^-, Cl^-. При изменении влажности почвы концентрация отдельных ионов изменяется по различным законам.

Почвенный воздух отличается от атмосферного более высоким содержанием СО₂ (обычно от 0,1 до 2 – 3%), а в торфяных почвах на глубине 20 –30 см концентрация СО₂ достигает 10 – 12 % (об.). Содержание кислорода в воздухе верхнего слоя почвы (толщиной 20 см) на 0,5 – 1,5% ниже его содержания в атмосферном воздухе. Также в почвенном воздухе могут содержаться сероводород, метан, гемиоксид и органические соединения (углеводороды, спирты, эфиры, альдегиды).