Робота 5. Визначення висоти капілярного підняття води в грунтах різного механічного складу в скляних трубках.

Принципи методу. Капілярною водою називається вода, яка піднімається по тонких порах грунту під дією капілярних сил - меніскових і сил змочування. У капілярі в результаті змочування його рідиною утворюється увігнута поверхня (меніск) і тиск на поверхню рідини дещо зменшується порівняно з плоскою поверхнею. За законом сполучних посудин, щоб врівноважити менший тиск на поверхні рідини поза капіляром, рідина в капілярі має піднятись на деяку висоту. Чим менший діаметр капіляра, тим більша кривизна меніска, тим більша різниця тисків і тим більша висота капілярного підняття. Висота капілярного підняття виражається формулою:

Н = 2 d/r,

де Н – висота підняття води в капілярі,

r - радіус капіляра,

d – величина поверхневого тиску води.

Діаметр капілярів в грунтах залежить від їх механічного складу. Найтонші капіляри мають глинисті ущільнені грунти, найширші – піщані. Тому висота підняття води в грунтах легкого механічного складу буде меншою, порівняно з важкими грунтами.

Практичне значення роботи:

Висоту капілярного підняття води в грунті визначають перед проектуванням і будівництвом осушувальних систем. При осушенні перезволоженних грунтів рівень грунтових вод опускають на глибину, яка дорівнює висоті капілярного підняття. Під час експлуатації осушених грунтів з допомогою системи шлюзів-регуляторів підтримують певний рівень води в каналах-колекторах і відповідно в грунті. При цьому забезпечується надходження капілярної води до кореневої системи рослин.

Крім того, капілярне підняттяводи в автоморфних грунтах має велике значення в грунтоутворенні і житті рослин. Так у посушливих умовах при дефіциті вологи капілярне підняття збільшує запас продуктивної вологи, підвищує родючість грунту. Якщо грунтові води мають високу концентрацію водорозчинних сполук, то капілярне підняття призведе до засолення грунтів.

Необхідне приладдя: три металевих штативи, три скляних трубки діаметром 2-3 см і довжиною 50 см, три хімічних стакани, марля, грунт.

Хід роботи:

1. Скляні трубки з одного кінця обв’язати кількома шарами марлі.

2. Підготувати три зразки грунту: глинистого розтертого і просіяного крізь сито з діаметром отворів 0,25 мм, піщаного і структурного (бажано взяти фракцію 1-5 мм).

3. Через верхній край заповнити трубки приготовленим грунтом. Засипати порціями, постукуючи нижнім кінцем об товстий картон. Заповнити трубки майже до самого верху.

4. Закріпити трубки вертикально на штативах, помістивши їх нижній кінець в стакан з водою на глибину 1 см. Засікти час опускання трубки у воду.

5. Спостерігати за підняттям води по грунтах. Відлік висоти робити через проміжки часу наведені в таблиці. Висоту підняття вимірюють лінійкою від поверхні води в стакані до верхнього рівня капілярного підняття. Положення рівня води записують у нижченаведену таблицю.

 

Таблиця. Результати визначення водопідйомної здатності грунтів різного механічного складу.

 

Час від початку капілярного під-няття води, хв.	Висота підняття води в грунтах, мм
	Глинистий	Піщаний	Структурний

 

6. За даними спостережень побудуйте графік. По вертикальній осі відкладіть у масштабі висоту капілярного підняття води в мм, а по горизонтальній – відрізки часу.

Зверніть увагу, що в глинистому грунті підняття води йде повільно, але на значну висоту (якщо спостерігати 1 добу і більше), у піщаному і структурному грунтах підняття відбувається значно швидше, але на меншу висоту.

Криві підняття води можна нанести різними лініями: суцільною, переривчастою, переривчастою з крапками між рисок.

 

 

Тема: Хімічний склад ґрунту

Завдання: 1. Вивчити загальну схему грунтоутворення звернувши особливу увагу на геохімію грунтоутворення. Знати фактори, які зумовлюють формування хімічного складу грунту, акумуляцію, міграцію, перерозподіл хімічних елементів по профілю грунту, особливості хімічного складу грунтів. Засвоїти визначення таких понять як міграційна здатність хімічних елементів, коефіцієнт міграційної здатності, коефіцієнт концентрації хімічних елементів наземною рослинністю.

2. Приготувати водну витяжку грунту.

3. Провести якісний аналіз водної витяжки грунту.

Література: 1. Чорний І.Б., 1995, ст.51-61.

2. Добровольський В.В., 1989, ст.122-131.

3. Добровольський В.В., 1982, ст.37-43.

Робота 1. Приготування водної витяжки грунту.

Необхідне приладдя: фарфорова ступка, технічні терези і важки, дві колби на 200-250 мл, лійка, мірний циліндр на 50-100 мл, дистильована вода, фільтрувальний папір.

Хід роботи:

1. На технічних терезах відважити 25 г розтертого в ступці грунту і висипати його в колбу.

2. Налити в колбу 50 мл дистильованої води і збовтувати суспензію протягом кількох хвилин.

3. Вміст колби відстоюють 10-15 хвилин, а потім фільтрують через складчастий фільтр. Якщо фільтрат каламутний, його треба ще раз профільтрувати через той самий фільтр.

Робота 2. Якісний аналіз водної витяжки.

Принцип методу: Визначення вмісту в ґрунті водорозчинних мінеральних сполук базується на проведенні якісних реакцій, які відомі з курсу неорганічної хімії. За інтенсивністю забарвлення розчину, випадання осаду тощо роблять висновок про наближений кількісний вміст у ґрунті тої чи іншої сполуки.

Практичне значення роботи: Наявність в ґрунтах легко- і середньорозчинних хімічних сполук є важливим показником рівня їх родючості. Високий вміст солей негативно впливає на родючість. Засоленими вважають грунти, які містять більше 0,2% легкорозчинних солей. Такі грунти є малопридатними для вирощування сільськогосподарських культур. У культурних рослин на засолених грунтах порушується мінеральне живлення і фотосинтез, внаслідок чого знижується урожай і його якість.

На родючість грунтів впливає якісний склад хімічних сполук. Найшкідливішими для рослин солями є сода (Na₂CO₃), хлориди (NaCl, MgCl_2, CaCl₂) і сульфати (Na₂ SO₄). Шкідливими для рослин є також закиси заліза і марганцю, аміак, сірководень та інші відновні сполуки.

Наявність в грунтах в оптимальній кількості нітратів, фосфатів, карбонатів кальцію, магнію, доступних для рослин форм калію та інших елементів позитивно впливає на їх родючість.

Отже, визначення хімічного складу грунту дає уявлення про рівень його родючості і придатності для вирощування культурних рослин.

Необхідне приладдя і реактиви: штатив з пробірками, пробіркотримач, підставка для пального із сухим спиртом, 10% розчин азотної кислоти, 0,1 н. розчин азотнокислого срібла, 20% розчин хлориду барію, концентрована соляна кислота, розчин дифеніламіну в сірчаній кислоті, 10% розчин соляної кислоти, 4% розчин щавелевокислого амонію.

Хід роботи:

1. Якісне визначення хлоридів. Відбираємо в пробірку 5 см³ водної витяжки (далі фільтрату) й додаємо декілька крапель 10%-го розчину азотної кислоти і по краплям приливаємо 0,1 н. розчину азотнокислого срібла. При наявності хлоридів азотнокисле срібло реагує з ними по схемі:

NaCl + AgNO₃ = AgCl¯ + NaNO₃.

Хлорид срібла випадає у вигляді білого пластівцеподібного осаду, що вказує на присутність хлоридів в кількості десятих долей відсотка і більше (> 0,1%). При вмісті хлоридів в кількості сотих долей відсотка (0,01%) спостерігається ясна опалесценція (слабкий веселковий перелив кольорів). При незначному вмісті хлоридів (0,001%) з’являється слабка опалесценція.

2. Якісне визначення сульфатів. Відбираємо в пробірку 5 см³ фільтрату, додаємо декілька крапель концентрованої HCl та 2-3 см³ 20% розчину хлориду барію. Розчин в пробірці нагріваємо до кипіння. При наявності сульфатів відбувається реакція:

Na₂SO4 + BaCl₂ = 2NaCl + BaSO₄ ¯.

Сульфат барію випадає у вигляді білого дрібнокристалічного осаду, що свідчить про вміст сульфатів в кількості декількох десятих відсотка і більше. Сильна біла каламуть вказує на вміст сульфатів в кількості сотих долей відсотка. Слабка каламуть, помітна лише на чорному фоні, утворюється лише при вмісті сульфатів в кількості тисячних долей відсотка.

3. Якісне визначення нітратів. В пробірку переносимо 5 см ³ фільтрату і по краплям додаємо розчин дифеніламіну в сірчаній кислоті. При наявності нітратів розчин забарвлюється в синій колір.

4. Якісне визначення кальцію. 10 см³ фільтрату наливаємо в пробірку, підкислюємо 1-2 краплями 10% розчину НСІ й додаємо 5 см³ 4% розчину щавелевокислого амонію. При наявності кальцію відбувається реакція:

CaCl₂ + (NH₄)₂ C₂O₄ = CaC₂O₄¯ + 2NH₄Cl.

При вмісті кальцію в кількості десятих долей та одиниць відсотка випадає білий осад щавелевокислого кальцію, а при вмісті кальцію в кількості сотих і тисячних долей відсотка спостерігається слабке помутніння розчину.

5. Результати аналізу записати в таблицю. Присутність сполуки вказати знаком «+», а відсутність - «-». При цьому вказати інтенсивність забарвлення, помутніння тощо.

 

Таблиця. Результати якісного аналізу водної витяжки ґрунту

 

Назва зразка грунту	хлориди	сульфати	нітрати	кальцій

Дайте письмові відповіді на такі запитання:

1. За результатами якісного аналізу водної витяжки зробіть висновок про придатність даного грунту для вирощування культурних рослин.

2. Які хімічні сполуки в грунтах є шкідливими для рослин. Які корисними?

 

Тема: Хімічний склад грунту.

Завдання: 1. Повторити теоретичний матеріал вказаний в попередній роботі. Запам’ятати хімічні сполуки, які є шкідливими для рослин, і сполуки, присутність яких, підвищує родючість грунту.

2. Підготувати солянокислу витяжку грунту.

3. Провести якісний аналіз солянокислої витяжки.

Література: 1. Чорний І.Б., 1995, стор. 51-61.

2. Добровольский В.В., стр. 122-131.

3. Добровольский В.В., стр. 37-44.

Робота 3. Приготування солянокислої витяжки грунту.

Необхідне приладдя і реактиви: фарфорова ступка, технічні терези і важки, колби на 200-250 мл, лійка, мірний циліндр на 50-100 мл, дистильована вода, 10% розчин соляної кислоти, фільтрувальний папір, скляна паличка.

Хід роботи:

1. Приготувати водну витяжку згідно методичних вказівок попередньої роботи.

2. Грунт, що залишився на фільтрі, перенести назад в колбу, де знаходиться залишок взятої наважки.

3. Налити в колбу з грунтом 50 см³ 10-процентної соляної кислоти і збовтувати суспензію протягом 30 хвилин.

4. Дати суспензії відстоятись протягом 5 хвилин, після чого профільтрувати. Фільтрат повинен бути прозорим.

Робота 4. Якісний аналіз солянокислої витяжки.

Практичне значення роботи: Агрохімічними дослідами встановлено, що підвищення кислотності грунтового розчину зумовлює підвищення розчинності малорозчинних солей грунту і, як наслідок, їх доступність для рослин. Одним з джерел підвищення кислотності середовища є кореневі виділення рослин та продукти життєдіяльності мікроорганізмів. Саме вони переводять середньо розчинні сполуки у доступну для рослин форму.

Тому визначення вмісту в грунті середньорозчинних сполук (разом з водорозчинними) дає уявлення про рівень забезпеченості рослин поживними елементами і ступінь засоленості грунту.

Необхідне приладдя і реактиви: штатив з пробірками, пробіркотримач, фарфорові чашки, підставка для пального з сухим спиртом, червона кров’яна сіль, 10% розчин роданистого калію, концентрована соляна кислота, 20% розчин хлористого барію, 10% розчин соляної кислоти, 4% розчин оксалату амонію.

Хід роботи:

Якісне визначення закисного і окисного заліза. У дві фарфорові чашки налити по 1-2 см³ фільтрату. У першу чашку покласти один кристалик червоної кров’яної солі. Поява синюватого забарвлення (утворення турнбулевої сині) вказує на присутність закисного заліза.

У другу чашку добавляють кілька крапель 10% розчину роданистого калію. При наявності окисного заліза розчин забарвлюється в червоний колір. За інтенсивністю забарвлення орієнтовно визначають кількість окисного заліза (високий, середній, низький вміст).

2. Якісне визначення сульфатів. Налити в пробірку приблизно 5 см³ фільтрату, а потім долити кілька крапель концентрованої соляної кислоти і 2-3 см³ 20% розчину хлористого барію. Вміст пробірки нагріти до кипіння. При наявності в грунті сульфатів утворюється важкорозчинна сполука - сульфат барію, яка випадає в осад. Інтенсивне випадання білого осаду вказує на те, що вміст сульфатів в грунті становить кілька десятих процента і більше. Сильне помутніння вказує на вміст сульфатів в кількості сотих часток процента (0,01%). Слабке помутніння (помітне лише на чорному фоні) виникає при вмісті сульфатів в кількості тисячних часток процента (0,001%).

3. Якісне визначення кальцію. Налити в пробірку близько 10 см³ фільтрату солянокислої витяжки. Долити до нього 1-2 краплі 10% соляної кислоти і 5 см³ 4% розчину оксалату амонію (щавелевокислий амоній (NH)₄C₂O₄). При наявності у витяжці кальцію утворюється важкорозчинна сполука оксалат кальцію (CaC₂O₄), яка випадає в осад.

4. Якісне визначення карбонатів проводять з допомогою 10% розчину соляної кислоти на повітряносухому грунті. З допомогою піпетки на грунт наносять кілька крапель кислоти. При наявності карбонатів він «скипає».

Результати аналізу записують у таблицю. Присутність сполуки вказують знаком «+», відсутність - знаком «-». У випадку присутності сполуки вказують інтенсивність забарвлення, «скипання» тощо.

 

Таблиця. Результати якісного аналізу солянокислої витяжки.

Назва зразка грунту	Закисне залізо	Окисне залізо	Сульфати	Кальцій	Карбонати

 

За результатами якісного аналізу водної та солянокислої витяжки зробіть висновок про придатність даного грунту для вирощування сільськогосподарських культур.

 

 

Тема: Хімічний склад грунту.

Завдання: 1. Вивчити теоретичний матеріал підручника. Знати джерела накопичень солей в грунтах, категорії грунтів за ступенем засолення, будову профілю і загальну характеристику солончаків, солонців і солодей, особливості використання засолених грунтів.

2. Визначити загальну суму водорозчинних речовин у грунті (сухий залишок).

3. Визначити ступінь засолення грунту.

Література: 1. Чорний І.Б., 1995, стор. 178-185.

2. Добровольский В.В., 1989, стр. 218-225.

3. Добровольский В.В., 1982, стр. 37-43.

Робота 5. Визначення загальної суми водорозчинних речовин у грунті.

Принцип методу: Загальний вміст водорозчинних речовин грунту визначають зважуванням сухого залишку після випаровування водної витяжки. У водну витяжку переходять легкорозчинні солі, а також водорозчинні органічні сполуки.

Практичне значення роботи: Водорозчинні сполуки відіграють велику роль у грунтоутворенні та житті рослин. Вони беруть участь у перебігу таких процесів як утворення вторинних мінералів, формуванні хімічного складу генетичних горизонтів грунту, осолонцювання, осолодіння, оглеєння тощо. Склад водорозчинних сполук зумовлює реакцію грунтового розчину.

Водорозчинні сполуки є основним джерелом поживних речовин для мікроорганізмів, нижчих і вищих рослин. Саме вони найлегше засвоюються кореневою системою.

Разом з цим серед водорозчинних солей є шкідливі для рослин сполуки, які негативно впливають на їх ріст і розвиток. До цієї групи належать сода (Na₂CO₃), хлориди (NaCl, MgCl_2, CaCl₂), сульфат натрію (Na₂SO₄) і закисне залізо (FeO). Так наявність у грунті соди, навіть у незначній кількості (0,005%), спричиняє загибель культурних рослин.

Вміст у верхньому горизонті легкорозчинних солей у кількості, що перевищує 0,25%, свідчить про засолення цього грунту. Високий вміст солей негативно впливає на його родючість.

Отже, визначення загального вмісту водорозчинних речовин дає можливість зробити висновок про ступінь засолення грунту і дати наближену оцінку його родючості.

Необхідне приладдя і реактиви: технічні терези з важками, аналітичні терези, скляні банки або колби з корками місткістю 500-1000 мл, дистильована вода, лійка, мірний циліндр на 300 мл, фільтрувальний папір, фарфорова чашка, водяна або піщана баня, електрична плитка, термостат, муфельна піч, ексикатор.

Хід роботи:

1. Приготувати водну витяжку. Для цього на технічних терезах взяти 52 г повітряносухого грунту, просіяного крізь сито з отворами 1 мм. Наважку висипати в скляну банку місткістю близько 1 л з притертим корком. Долити в банку 250 мл дистильованої води і закрити її (вода повинна бути позбавлена CO₂). Вміст банки (колби) енергійно збовтувати протягом 5 хв. (а краще залишити його стояти протягом доби). Профільтрувати вміст колби через щільний складчастий фільтр. При цьому весь грунт переносять на фільтр.

2. Визначити загальну суму водорозчинних речовин. З допомогою піпетки або мірного циліндра беруть 50-100 мл водної витяжки і виливають у фар-форову чашку, яку перед цим висушили і зважити на аналітичних терезах. Чашку ставлять на водяну (або піщану) баню і випарюють до сухого залишку. Сухий залишок висушують в термостаті при температурі 105°С протягом 3 годин. Після цього чашку охолоджують в ексикаторі і зважують на аналітичних терезах.

3. Визначити вміст у грунті водорозчинних мінеральних і органічних речовин. Для цього висушену і зважену чашку з сухим залишком прожарити у муфельній печі при температурі 300°С до повного згорання органічної речовини. Охолодити в ексикаторі мінеральну частину сухого залишку і зважити на терезах.

4. Обчислити кількість сухого залишку в процентах до маси повітряно-сухого грунту за формулою:

 

х = ^{а × V × 100},

^{в × с}

де а - маса сухого залишку, г; V - загальна кількість води, взятої для приготування водної витяжки, мл; 100 - коефіцієнт переводу в проценти; в - об’єм витяжки взятої на випаровування, мл; с - вага абсолютно сухого грунту, г.

5. За цією ж формулою обчислити процентний вміст у грунті водорозчинних мінеральних речовин. У цьому разі а буде вагою мінеральних речовин.

6. Різниця між вмістом загальної суми водорозчинних сполук і вмісту мінеральних сполук становитиме вміст у грунті водорозчинних органічних речовин.

Результати аналізу занести в таблицю.

 

Таблиця. Результати визначення вмісту в грунті водорозчинних речовин.

Назва	Наважка, г	Вага чашки, г	Вага залишку, г	Вміст водороз-чинних речовин, %
грунту,№ зразка		порож-ньої	з сухим за-лишком	з прожа-реним за-лишком	сухого	прожаре-ного	мінераль-них	органіч- них

На основі одержаних результатів зробіть висновок про ступінь засолення цього грунту.