uchebnik13

определения	поглощенного газа		или	воздуха	пользовались
1\I е т о Д о м,	п р е Д л о ж е н н ы м		Р и х а р Д о м		и Б л ю м т­
р И Т Т О М (1865).		Исследуемое	вещество с		поглощенным
газом помещали в		стеклянную реторту,		соединенную с эвдио­

метром, установленным над ртутью. Образец нагревали до 140°,

выделяющийся при этом газ собирали и измеРЯ"lИ в граДУJ:lро­

нанном эвдиометре.

М е т о д А м м о н а (l 8 7 9). д"lЯ Уда.lения воздуха обра­

зец почвы сушили при 110°, затем охлаждаJIИ между притертыми

часовы:\ш стеклами и помещали в специальную трубку, через hOTOPYIO пропускали тот или иной газ. По привесу взятой

навески определяли количество поглощенного газа. Зная

удельный вес взятого вещества и адсорбированного газа, про­

изводили расчет не только в весовых процентах, но и в объем­

ных единицах.

М е т о Д Д о б е н е к а (1 8 9 2) . ПО этому методу почву

высушивали в V-образных трубках с ПРИШ.lифованными кра­

нами, которые при охлаждении почвы закрывались. после

охлаждения через трубку пропускали газ. По привесу трубки

устанавливали количество поглощенного вещества

В дальнейшем Чигарев (1935) и Антипов-Каратаев усовер­ шенствовали этот метод 1.

Более перспективным представляется м е т о Д Ф. с о б о л е­ в а (1 93 О), который основан на вытеснении адсорбированного воздуха водой и учете объема выделившегося газа. Предложен­

ный автором прибор представлен на рис. 35. Он состоит из бю­

ретки Д.'1Я воды (1), соединенной со стеклянной трубкой для поч­

вы (2); в нижнюю часть трубки с почвой вставляется металли­ ческая сетка. Трубку с почвой помещают в термостат (3), в крышку которого вставлен термометр (4). С помощью каучу­

ковой трубки сосуд с почвОй соединяется с эвдиометром через

кран (б). Эвдиометр состоит из бюретки на 25 ,ЧЛ, соединенной

тройником с трубкой такой же высоты и диаметра и стеклянной грушей для приведения давления воздуха в эвдиометре к атмос­

ферному. Эвдиометр вмонтирован в термостат. Во время опыта

в сосуде с почвой и в эвдиометре поддерживают постоянную

температуру.

Ход определения: навеску почвы - 25 г высушивают до по­

стоянного веса при l00-1О50С, после чего еще горячую почву пе­ реносят в нагретую до 1000 трубку прибора. Нижний конец труб­

ки закрывают каучуком со стек.пянноЙ па.lОЧКОЙ, а верхний ко­

нец (через стеклянную трубку) присоединяют к трубке с хлорис­

тым кальцием. В таком виде почву охлаждают на воздухе, затем определяют количество поглощенного воздуха. для этого трубку с почвой помещают в ванну с водой определенной температуры,

1 Описание см. в книге «Современные методы исследования физико-хими­

ческих свойств почвы» Вып 3, т. IV, АН СССР, 1948.

9*

131

присоединяют к эвдиометру, в котором с пОмощью груши уста­

навливают давление, равное атмосферному, и дедают отсчет по

бюретке и эвдиометру. После этого медленным током из бюретки

выпускают воду в трубку (" почвой до тех пор, пока вода появит­ ся на поверхности почвы. Через 5-10 АШН снова давление в эв­

диометре доводят до атмосферного и дедают отсчет. Уровень во­

ды в эвдиометре снизится на большую величину, чем в бюретке.

Разница в отсчетах по эвдиометру и бюретке перед опытом

Рис. 35. Схема установки для		определения сорби­
рованного воздуха по Собо~еву:
1 - бюретка для БОДЫ,	2 - стеклянная трубка дЛЯ		ПОЧВЫ,
3 - термостат, 4 - тер"ометр, 5 -		эвДиометр, 6 -	кран,
7 -	ст~клянная груша

и после опыта дает объем вытесненного адсорбированного воз­ духа. Этот объем приводят к нормальным усдовиям, пользуясь

таблицей (см. приложения - табл. 3), к температуре 00 и давле­ нию 760 .м.м, рассчитывают на 100 г сухой почвы. Выделенный

адсорбированный воздух анализируют в газоанализаторе спосо­ бом, описанным ниже.

Анализ адсорбированного воздуха простой инетрудоемкиЙ. Необходимо только заменить воду насыщенным раствором NaCl.

вкотором растворимость газов значительно меньше, чем в воде.

Для определения емкости поглощения почвы в отношении

к различным газам (С02, N2, 02 И т. д.) абсолютно сухую и на­

гретую до 1000 почву присоединяют к установке с данным газом и при охлаждении в его атмосфере насыщают им почву до

постоянного веса, после чего вышеописанным способом опреде­

ляют объем поглощенного газа.

132

Воздухопроницаемость почвы

Скорость проникновения воздуха или газа в почвенную

тО.1ЩУ называют воздухопроницаемостью. В природных усло­

виях проникновение воздуха или газа в почву происходит под

нлиянием атмосферного давления И.1И воды, затопляющей по­

верхность почвы в период снеготаяния, ливневых дождей и т. п.

За меру воздухопроницаемости почвы принимается количе­

ство воздуха в АIЛ, прошедшего в единицу времени, через пло­

щадь сечения почвы 1 с.м2, при толщине слоя в 1 еЛ1 под опреде-

2

8

	'l-I---Г 9
	6
10 _____	5

":'.--1~""
.'"	.........----:.	'.		'.'
' . '. •	о' :: .. ••			• .~
				Рис. 36. Схема прибора Эванса и Кирхама:
1- КОЛЬЦО, 2 -			стеклянная трубка, 3 - тренога, 4 -:: парафии, 5 -: сосуд, . 6, 7 - краны.
	8 -		термометр, 9 - манометр, 10 - ручнов автомобильныв насос

ленны).[ давление:\I. Выражают ее и в относительных величинах-­ в процентах к скорости движения воздуха в атмосферу.

Для измерения воздухопроницаемости применяют несколькО методов. Приводим описание некоторых из них.

М а н о м е т р и ч е с к и й м е т о Д основан на учете времени

(t l ) выравнивания градиента давдения в сосуде, соединенном

последовательно С. почвой и атмосферой.

Ниже приводится описание метода и схемы прибора Эванса

и Кирхама для измерения воздухопроницаемости поверхности

пОчвы (рис. 36).

В поверхность почвы врезают металлическое кольцо (1),

в центр которого вставлена стеIшянная или из прозрачной пласт·

массы трубка (2), касающаяся поверхности почвы. Трубка

укреплена на треноге (3). Поверхность почвы внутри КО.1ьца

133

заливают парафином. В сосуд (5) автомобильным насОсом нака­

чивают воздух до тех пор, пока столб воды в манометрической

трубке поднимется до отметки 30-40 см. Затем кран (6) на

трубке, через которую поступал воздух, закрывают, открывают

КipaH (7). Воздух из сосуда (5) через шланг и трубку поступает в почву; давление в сосуде падает. Учитывают время выравнива­

ния давления в сосуде с атмосферным через почву - t! И затем

опять так же накачивают воздух в сосуд	(5) и выпускают егn
в атмосферу - t2• Коэффициент воздухопроницаемости
KB~O= :~ ·100.	(36)

Авторы предлагают формулу для вычисления воздухопроницае­ мости КВ в единицах дарси. Дарси - число МЛ газа, протекающее

в секунду (нормально к поверхности пористой среды) через 1 e.~!.!

при вязкости воздуха =	1,01		пуазы, и		градиенте давления в 1 аmм
на 1 см:.?:		-		V 1
	к		2,30 1)		10	(37)
		в -	АР	t g 1 '
			а		1
где "11- вязкость в пуазах, V - объем сосуда, А - отношение
радиуса трубки - , к радиусу кольца '2' Ра -						атмосферное дaВJJe­
ние, [О - высота столба		воды в манометре перед опытом, [1- то

же после опыта.

Проведенные определения в поле показали, что воздухопро­

ницаемость поверхности почвы изменяется от десятых долей до

40 целых единиц дарси и зависит от влажности почвы и ее куль­

турного состояния.

Прибором можно определить возд}хопроницаемость по гене­

тическим горизонтам, соответственно обнажая их, а также в об­

разцах почвы нарушенного или естественного сложения, кото­

рые для этих целей следует брать в специальные цилиндры.

р е о м е т р и ч е с к ИЙ м е т о д. В основу метода положено

непосредственное измерение скорости прохождения воздуха че­

рез почву с помощью реометра. Реометр имеет дросселирующее

устройство, состоящее из трубки с переменным диаметром по

длине. При переходе газа из широкой части трубки в узкую ско­

рость потока газа увеличивается, а давление падает. Перепад

давления измеряется манометром. Количество протекающего че­ рез реометр газа подчиняется уравнению Берну:ш, пользуясь

которым можно вычислить объем газа, протекающего через рео­ метр. Практически реометр градуируют с помощью газовых ча­

сов или аспиратора - моностата (Еремина, 1955).

Реометрический метод определения воздухопроницаемости почвы разработан Добряковым (1937, 1952). Прибор, предложен­

ный им, при изготовлении в лаборатории физики почв МГУ н€'­

значительно изменен. Дана другая форма сосудов для подачи

JЮДЫ, стекло заменено пластмассой, что увеличивает прочность

прибора, изготовлен специальный портативный футляр.

134

на КОТОРУЮ надевается каучуковая, соединяющая почвенный ци­

.1ИНДр с реометром.

Почву в цилиндр берут нарушенного или естественного строе­

ння. Определение можно вести в поле, погружая цилиндр в поч­

ву. Тогда крышку 10 надевают сверху, и воздух входит в поч­

венную толщу. При размещении цилиндров в разных горизонтах

дают характеристику воздухопроницаемости почвы по профилю.

При работе с прпбором сдедует тщательно следить за герметич­

ностью соединений. Место контакта цилиндра с крышкой прома­

зать вакуумной мазью, если имеется щель ~1ежду цилиндром

и ПОЧВОЙ - залить ее ргСЛJ1авленным парафином. Определение uоздухопроницае!lЮСТИ повторяют от 3 до 5 раз.

Добряков (1952 г.) на основании изучения динамики воздухо­

проницаемости почвы в естественном состоянии после макси­

ма.'1ЬНОГО увлажнения (добавляя 20 }им ВОДЫ В верхнюю	часть
ци.'lиндра с почвой) уста НОВИJJ. что почвы структурные	чеР.ЕЗ

60 .ИИН после увлажнения восстанавливают свою воздухопрони­

цаемость, бесструктурные - резко снижают воздухопроницае­

!\JOCTb и не восстанаВJlивают ее в течение часа. На основании этого им даны к.'lассификации почв по структурному состоянию.

Т. а б .'1 И Ц а 25

Кnассификация почв по структурному состоянию

Величина ВоЗДуХоПро'

	Структурное состояние		ницаемости в		М.lj.иuн,
			наблюдаемая		через
		почвы
			60	.мин ПОС.'Jе увлаж­
				нения почвы
	Хорошо	стр) ктурное		60
	Средне	»		40-60
	СJJабо	»		20-40
	Бесструктурное			0-20

Этим методом хорошо улавливаются изменения в структуРе

деРНОВО-ПОДЗ0ЛИСТЫХ почв под влиянием известкования и траво­

сеяния, в то время как методы структурного анализа - Савви­

нова, Виленского (по данным автора) - слабо отражают проис­

шедшие при этом изменения в структуре почв.

Газообмен между почвой и атмосферой (аэрация)

Главными фактораМl-I газообмена между почвой и атмосфе­

рой являются диффузия, изменение температуры почвы в течение

суток, изменение барометрического даВ.'lения, вытеснение возду­

лfi из ПОЧВЫ при выпадении осадков или при орошении, а также

ветер, КОТОРЫЙ при рых.'lоЙ поверхности почвы ~1Ожет выдувать

из поверхностного слоя воздух, заменяя его новым. Значение

этих факторов не однозначно.

136

Роммель (1922) считает главным постоянно действующим фактором газообмена диффузию газов; А. Г. Дояренко

(1926) - изменение температуры почвы в течение суток - «ды­

хание» ее.

ПО данным Дояренко, при

	средней скважности		почвы	и			3
	оБЫЧl:JОЙ суточной		амплитуде
	КО.lебания температуры за счет
	~<дыхания»	обменивается		на			/
	атмосферный воздух 10 -12%					2
	почвенного	воздуха	(от	об­
	щего содержания его) , что
	вполне УДОВ.lетворяет суточную
	потребность растений в кисло-
	роде.					Рис.	38. Воронка Люндегорда:
	Периодически может сильно
					1,	2 -	БЫВОДllblе отверстия. 3 - ОТ8ерстие

возрастать рО.1Ь других факто­	ДЛЯ термометра

ров газообмена. Интенсивность

аэрации опреде.lяет и наличие свободных, незаполненных водой

пор в почве. Ес.1И объем пор суглинистых почв, через которые

совершается газообмен, меньше 10% объема почвы, то интен­

сивность аэрации недостаточная для нормального развития

растений, УдОВ.'lетворительная при 10 - 150/0 и хорошая при

15 - 25% (по данным Копецкого (1914), Дояренко (1924), Уоде­

ра (1937), Качинского (1947).

Структурная почва обеспечивает нормальное соотношение

пор, занятых водой и воздухом.

Интенсивность газообмена между почвой и атмосферой опре­ деляют косвенно, по количеству вьщелившейся из почвы С02 И.1И

другого газа и непосредственно - путем измерения количества

проникшего и выделившегося из почвы воздуха - «дыханием»

почвы, И по величине диффузии одного какого-нибудь компонен-

1а почвенного воздуха.
О п р е Д е л е н и е С 02 В при з е м н о м	с л о е в о з Д у х а
Для этой цели можно использовать воронку	Люндегорда (1924,

рис. 38), диаметром 30-40 С,М. Края ее переходят в цилиндри­ ческие плечики высотою 10 см. Воронку врезают в поверхность

пОчвы на глубину П.1ечек. Увлажненную почву вокруг воронки

утрамбовывают для изоляции от атмосферного воздуха. При

взятии пробы воздуха одно отверстие воронки (1) закрывают, другое (2) через каучуковую трубку соединяют с газовой пипет­ кой, в которую берут пробу почвенного воздуха. После взятия

пробы открывают второе отверстие для выравнивания давления под колпаком. Первую порцию воздуха, заполняющего воронку, следует удалить и затем брать пробу для анализа, в которой с помощью титрованного раствора Ва(ОН)2 или на газоанализа­ торе определяют С02• Пробу берут через час.

Берут также пробу атмосферного воздуха и в ней определяют

137

СО2• Количество выделившейся из почвы СО2 вычисляют по раз­

нице между первым и вторым определением и пересчитывают

в кг/га в один час.

Макаров (1952) сконструировал специальный домик для

изучения газообмена по выделяющейся из пОчвы СО2•

Перед началом определения срезают, в целях устранения

влияния ассимиляционного процесса на содержание СО2, над­

земные части растений.

Стеклянный домик Макарова размером 30Х60Х50 СЛ1 ставят

на поверхность почвы и врезают его на 3--5 ел! Б почву. Землю

вокруг домика увлажняют и уплотняют. Через 30 АtиН после

установки из домика аспиратором берут пробу воздуха - 2 л СО скоростью 0,5 л в минуту.

для определения СО2 воздух пропускают с помощью аспира­

тора через титрованный раствор Ва (OHk По разности ко­

нечной и начальной концентрации СО2 определяют количество

выделившейся СО2 с данной поверхности ПОЧБЫ за 30 мин. Затем

производят расчет выелившейсяя СО2 за один час в кг/га. Раз­

ница температуры воздуха внутри домика по сравнению с на­

ружным воздухом к концу определения достигает 1-3°, под же­

лезным колпаком она значительно больше, поэтому целесооб­

разнее применять стеклянные воронки или домики.

По данным Макарова, количество выделившейся с поверхно­

сти почвы СО2 зависит от температуры.

Кроме того, интенсивность выделения СО2 из почвы зависит

от типа и разности почвы и характера растите.1ЬНОГО покрова

Эти обстоятельства надо учитывать при изучении газообмена

между почвой и атмосферой.

О п р е Д е л е н и е «д Ы Х а н и я» по Ч в ы. Для определения

КО.'1ичества воздуха, вошедшего в почву и выделившегося из нее

за тот или иной промежуток времени, вследствие изменения

температуры употребляют приборы - Дояренко (1926), Трофи­

мова и др.

Чаще Бсего в лабораторной практике применяется прибор

Трофимова.

В лаборатории физики почв МГУ при изготовлении этого

прибора сделаны некоторые изменения: сосуд Д.1Я воды имеет форму прямоугольного параллелепипеда, ИЗГОТОВ.1енного из про­

зрачной пластмассы, а не из стекла, из пластмассы изготовлены

и пробирки. Кроме того, сделаны специальные гнезда для проби­ рок и портативный футляр. Прибор (рис. 39) имеет следующее

устройство· сосуд для воды (1) ВЫСОтой 4 СЛ1, шириной 5 и дли­ ной 12 см. Объем сосуда соответств)ет 240 Л1Л. В верхней части

его имеется отверстие для наполнения сосуда водой (2), оно

герметически закрывается БИНТОМ.

В дне сосуда проделаны два отверстия (3) диаметром около

5 ,0.1,0.1 на расстоянии 5 СЛ1 друг от друга, в которые герметически

вделаны тр) бки (4) Полости трубок заканчиваются книзу кону-

138

ляра шурупами закреП.1ены полые металлические трубки (10) /

высотою до 4 ел'!. В эти трубки вставляют пружины, на которые /

ставят «башмачки» ДJ1Я пробирок в форме цилиндрического rHe~j_f

да с ножкой. «Ножку» вставляют в трубку на пружинку, благо,

даря которой пробирка плотно прижимается к ш:шфу, после че­

го ПО.10жение их фиксируется боковым винтом (12).

Прибор удобен для определения газообмена в поле и в лабо­

ратории.

При определении в rюле металлический ЦЮIИндр погружают

в почву на изучаемую Г.1убину. При нагревании почвы в первой

половине дня воздух в почве расширяется, входит через правую

пробирку в сосуд С водой, вытесняя соответствующий объем воды

в левую пробирку; во второй половине дня и ночью почва охлаж­ дается, воздух в ней сжимается и в правую пробирку из баJ1лона с водой втягивается соответствующий объем воды, а из левой пробирки в баллон на место ушедшей воды входит воздух. О масштабе суточного газообмена судят ПО КО.'IИчеству воды

втой или другой пробирке.

Влаборатории взятую в цилиндр пробу почвы приводят

ктемпературе лаборатории. Затем, помещая цилиндр с почвой

внагретый песок или воду при герметически закрытом дне, по­

вышают температуру почвы на 10° и делают отсчет.

Объем выделившегося воздуха вычисляют в процентах к объему

пор, не занятых водой. Пусть за день выделшIOСЬ 5 мл воздуха из литра почвы. Скважность почвы взятого образца была 50~o;

влажность его - 25% по объему. Тогда объем воздуха во взятом

образце почвы будет составлять 50-25 = 25%, или 250 МЛ. Газо-

обмен D. % =		5·100	=	2 % от общего количества воздуха в образце.
		250
Газообмен		можно		рассчитать на единицу поверхности почвы:
					(38)
где l-'e -	объем выделившегося воздуха, S - площадь почвы, через
которую	идет	газообмен D. = "5О ,мл			(где 50 - площадь цилиндра)
				<J С,М
или 0,1	мл!ем2 ·108		=	10000L/га.

Контроль определения двойной, лучше тройной.

Д и Ф Ф у з и о н н ы й г а з о о б м е н. Обычной или концентрацион­

ной диффузией называют процесс перемещения компонентов

газовой смеси в направлении от большей к меньшей концентрации.

Количество вещества - Q, переносимого диффузионным потоком.

подчиняется первому закону <Рика

dc	(39)
Q =-DSt dx'

где минус означает перенос вещества в сторону убывающей кон­

центрации;

140