4.1. Условия и механизм образования микроагрегатов
При увлажнении микроструктурных почв образуется сплошная масса, в которой затем происходят процессы, ведущие к её разглеению на отдельные фрагменты — ____ или макроагрегаты. Ведущее место среди этих процессов занимают непрерывно протекающие в почвах и сменяющие друг друга процессы увлажнения и иссушения, замерзания и отстаивания, а также действие биологических агентов и механическое воздействие почвообрабатывающих орудий.
Иссушение-увлажнение. Влияние этих процессов двоякое. С одной стороны, они приводят к разрыву непрочных связей между элементарными почвенными частичками микроагрегатами и образованию трещин и плоскостей ослабления; с другой — способствует сближению ЭПЧ в определённых местах и, следовательно, упрочению связей между ними.
Распространению илистых частиц в местах соединений, по которым развиваются трещины, обычно изменяется, так как любое перемещение почвенной массы во влажной почве приводит к определённой ориентации илистых частиц вдоль осей сдвига. Это явление способствует сохранению здесь плоскостей ослабления, по которым в дальнейшем и развиваются естественные грани _______ и агрегатов, так как при последующих циклах иссушения – увлажнения трещины образуются преимущественно по этим же поверхностям. Из поступающей по этим трещинам водной суспензии откладываются на их поверхности тонкодисперсные илистые частицы, гумусовые вещества, полуторные окислы и другие продукты почвообразования, образуя плёнки, толщина которых может достигать 0,1 мм.
Характер и направление системы образующихся трещин, а следовательно, форма? и макроагрегатов зависят от интенсивности процесса иссушения, гранулометрического состава почвенной массы и, прежде всего, от содержания и состава плазмы — наиболее активной и высокодисперсной части ЭПЧ.
Замерзание и оттаивание. Вода при замерзании увеличивается в объёме, что приводит к разрыву связей между частицами и возникновению серии трещин различных размеров. В дальнейшем при оттаивании почвы эти трещины способствуют образованию плоскостей ослабления и оформлению структурных отдельностей. Степень и характер влияния промораживания почвы на образования агрегатов зависит от многих факторов и прежде всего от степени увлажнения. Сильнее это проявляется при некоторой средней степени увлажнения. При небольшом содержании воды объём образующегося льда ничтожен и его влияние на объёмные изменения в почве незначительно. В переувлажнённой почве льдообразование идёт почти одновременно во всём объёме, вся почва как бы фиксируется и образование трещин не наблюдается. При средней же степени увлажнения вода находится в порах капиллярных размеров и образует кристаллы льда больших размеров, чем размер пор, что приводит к разрыву связей между частицами и микроагрегатами, образованию трещин и расчленению почвы на структурные отдельности. Чем плотнее почва, тем больших размеров агрегаты образуются при промораживании. Агрегаты оптимальных размеров образуются в более рыхлых почвах (Н. А. Качинский, 1965).
Биологические агенты. Существенную роль в образовании макроагрегатов играют биологические агенты и в первую очередь корневые системы преимущественно травянистых растений. Корни пронизывают почву повсюду, разделяя почвенную массу в одних местах и сжимая в других, локально иссушая почву и внедряя в неё органическое вещество. Распространяясь в почве в разных направлениях, они придают агрегатам форму комка или зерна, а проникая в микроагрегаты, они связывают их, способствуя как механической прочности агрегатов, так и водоустойчивости.
Ч. Дарвин в 1881 г. наблюдал образование почвенных агрегатов дождевыми червями. Во влажных и не очень кислых почвах в Англии они создавали агрегированный слой толщиной в 5 мм.
Продукты разложения органического вещества растений, животных и микроорганизмов способны связывать (склеивать) почвенные частицы вместе. В частности полисахариды придают водоустойчивость почвенным агрегатам.
Воздействие почвообрабатывающих орудий. При воздействии на почву почвообрабатывающих орудий происходит не только процесс пространственного перемещения того или иного слоя, но и расчленения почвенной массы на структурные отдельности. Влияние механической обработки неоднозначно. В зависимости от гранулометрического состава, содержания гумусовых веществ, применяемого орудия, влажности почвы и других условий, при которых производится обработка, могут преобладать создание или разрушение агрегатов. Больше того, на одной и той же почве применением данного орудия можно получить глыбистые структурные отдельности и слитую массу в зависимости от того, при какой влажности произведена обработка. Известно, что при определённой степени увлажнения почва приобретает особые свойства, при которых она становится готовой к обработке. Такое состояние называют «спелостью». При спелости почва лучше всего крошится, её обработка требует минимальных затрат. Почвы тяжёлого гранулометрического состава приобретают состояние спелости при более высокой влажности, чем мелкие. Органическое вещество почвы так же повышает эту влажность. Обработка почвы в состоянии спелости – наиболее доступный способ улучшения её структуры.
При обработке почвы макроструктурные отдельности возникают не только в результате крошения слипшейся почвенной массы, глыб и комков, но и в результате взаимодействия ЭПЧ и микроагрегатов. С возрастанием влажности до определённого предела размер образующихся при обработке почвы агрегатов возрастает. Однако при влажности выше этого предела почва при перемешивании приобретает слитое состояние. Таким образом, существует интервал влажности, в пределах которого перемешивание почвы ведёт к образованию мелкокомковатых или зернистых агрегатов. Следовательно, обрабатывая почву соответствующими орудиями при определённой влажности, можно существенно улучшить её структурное состояние. Необходимо учитывать, что существует не точка влажности структурообразования, а интервал оптимальных для агрегирования влажностей. Он шире для почв тяжёлых и высокогумусных и уже для почв лёгких. В песчаных почвах это явление не наблюдается.
4.2. Состав и свойства почвенных агрегатов
Для агротехнической оценки макроагрегатов существенное значение имеют такие их свойства, как механическая прочность, водоустойчивость и порозность.
В тяжёлых и средних по гранулометрическому составу хорошо агрегированных почвах фракции агрегатов всех размеров имеют практически одно и то же распределение ЭПЧ по размерам, близкое к их распределению в почве в целом. В лёгких и средних плохо агрегированных почвах во фракциях агрегатов мельче 1-2 мм преобладают ЭПЧ размеров песка и пыли. В агрегатах крупнее 1-2 мм соотношения между ЭПЧ становится таким же как в почве в целом.
Обнаружена прямая связь между содержанием в почве илистой фракции ЭПЧ и образованием водоустойчивых агрегатов. Существенное влияние на образование водоустойчивых и механически прочных агрегатов оказывают гумусовые вещества и другие органические соединения, содержащиеся в почвах. Однако прямой зависимости между размерами агрегатов и количеством и качеством гумуса в них найти не удалось.
Результаты исследований Т. Н. Початковой (1985) показывают, что в почвах тяжёлого гранулометрического состава содержание гумуса, обменных Ca и Mg не зависит от размера агрегатов и близко к содержанию в почве в целом. В лёгких почвах их содержится меньше в мелких агрегатах (до 0,5 мм), а в агрегатах крупнее 0,5 мм оно становится близким к содержанию гумуса и обменных катионов в почве в целом и тоже не зависит от размера агрегатов.
Плотность твёрдой фазы (удельный вес) агрегатов не зависит от их размеров. Это объясняется тем, что она складывается из плотностей ЭПЧ обусловленных в свою очередь плотностью их минеральных и органических компонентов.
Плотность сложения (объёмная масса) сухих агрегатов разного размера и их пористость обусловлена характером почвообразования и особенностями материнской породы, определяющим размер, форму и упаковку ЭПЧ в них. Например, плотность сложения сухих агрегатов в дерновоподзолистой почве и, особенно, чернозёме возрастает с уменьшением размера агрегатов. В тёмно-каштановой почве эта тенденция выражена слабее, а в краснозёме она совсем не прослеживается. Эта тенденция ярче выражена в поверхностных горизонтах. В большинстве почв плотность сложения агрегатов с глубиной возрастает, а в чернозёме мощном типичном она несколько уменьшается. Последнее обстоятельство, вероятно, связано как с неоднородностью исходной лессовидной породы, проявляющейся с большой пористости нижних горизонтов, так и с тем, что в процессе почвообразования, характеризующимся гумусонакоплением, часть порового пространства в верхних горизонтах почвы заполняется гумусом.
Плотность сложения агрегатов значительно выше плотности сложения сухой почвы в её ненарушенном сложении. С плотностью сложения агрегатов тесно связана их пористость. По данным А. Д. Воронина (1986) пористость агрегатов размером от 1 до 10 мм в пахотном слое колеблется в дерново-подзолистых почвах от 34,7 до 44,5 %, чернозёме мощном типичном –от 27,2 до 40,1, тёмно-каштановой почве – от 29,1 до 34,2 %. Для всех этих почв с уменьшением размера агрегатов пористость снижается. Пористость отдельных агрегатов любого размера ниже общей пористости почв.
Прочность агрегатов уменьшается с увеличением их размеров, что связано как с увеличением их пористости и, следовательно, с уменьшением площади контактов в агрегате, так и с возрастанием неоднородности по мере увеличения агрегатов. В более крупных агрегатах чаще встречаются нарушения в их строении (отдельные крупные пустоты, микротрещины, ЭПЧ крупных размеров). Агрегаты крупнее 5 мм неводоустойчивы и распадаются на фрагменты всех размеров в количествах, равных среднему образцу почвы.
4.3. Влияние структуры на свойства почв, их режимы и плодородие
Со структурой твёрдой фазы почвы тесно связаны структура её порового пространства и распределение пор по размерам. В порах совершаются все физические, химические и биологические процессы. В них создаются необходимые для растений запасы воды и содержится почвенный воздух. По порам поступает вода в почву и перемещается в них. Большая инфильтрационная способность почв способствует понижению или прекращению поверхностного стока и, следовательно, приводит к снижению водной эрозии почв. К тому же увеличение размера агрегатов тоже способствует сохранению плодородного слоя почвы как от водной, так и от ветровой эрозии почв. Благоприятное соотношение пор обеспечивает оптимальные условия водного и воздушного режимов почв, способствует поступлению в почву необходимых количеств кислорода и удалению из почвы углекислого газа. Структура влияет на механические свойства почв, прорастание семян растений и распределение в почве корней.
Пористость ЭПЧ при плотной упаковке составляет 25-26 % от объёма фракции. Микроагрегирование приводит к тому, что пористость возрастает до 40-50 %, а при макроагрегировании она достигает 60 %.
Деградированные структуры ведёт к коркообразованию на поверхности почвы. Агрегаты, находящиеся на поверхности почвы, наиболее уязвимы для действия разрушающих сил. Они разрушаются и расплываются во время смачивания и могут образовывать гладкий слой диспергированной грязи, иногда толщиной в несколько сантиметров, которая закрывает почвенные макропоры и задерживает таким образом инфильтрацию воды в почву и газообмен между почвой и атмосферой, т. е. понижает аэрацию. Во время высыхания этот слой снижается и становится плотным. Жёсткая корка мешает проникновению проростков семян и разрывает корешки проростков в процессе образования характерной полигональной сетки.
Влияние коркообразования на проростки зависят от толщины и прочности корки, а также от размера семян и энергии их прорастания. В почвах с сильным почвообразованием можно часто наблюдать, что появление проростков происходит только между фрагментами корки, в то время как многочисленные неудачные проростки остаются погребёнными под жёсткими участками корки. Прочность корки возрастает, по мере того как понижается интенсивность сушки и возрастает степень коллоидного диспергирования. По мере того как вода испаряется, поверхность почвы обогащается относительно высокой концентрацией натриевых солей и, следовательно, высоким содержанием натрия в поглощающем комплексе. Последующая инфильтрация дождевыми или оросительными водами приводит к вымыванию солей, но содержание обменного натрия остаётся высоким. В результате высокое содержание натрия в поглощающем комплексе и низкая концентрация солей приводят к коллоидному диспергированию и образованию плотной корки.
Итак, агрономически ценными считаются частички почвы, диаметр которых составляет от 0,25 до 10 мм. Собственно почвы, которые состоят из таких частичек, называются структурными. В некоторых почвах водоустойчевые агрегаты размером 0,05 мм также обеспечивают благоприятные для растений условия в почве.
Оптимальный размер агрегатов указанных размеров в разных условиях неодинаков. В районах достаточного увлажнения структурные частички должны быть более крупными, чем в засушливых. Так, в засушливых и сухих степях с чернозёмными и каштановыми почвами оптимальное строение почвы обеспечивается содержанием частичек размером 0,25 – 2 мм. Большие размеры они должны иметь в районах распространения ветровой эрозии. Ветроустойчевым считается такое состояние почвы, когда в её верхнем слое (0 – 5 см) частички крупнее 1 мм составляют более 50 %.
В природных условиях в почве на ряду со структурными агрегатами всегда находится какое-то количество пыли (< 0,25мм) и глыб (> 10 мм), которые вносят существенные коррективы в физические свойства почве.
В целом почвы с оптимальной структурой содержат около 80 % воздушно-сухих агрегатов размером 0,25-10 мм, 70 % массы почвы водоустойчевых, хорошей — соответствен- но 80 – 60 и 70 – 55% удовлетворительной – 60 – 40 и 55 – 40, неудовлетворительной – 40 – 20 и 40 – 20 и плохой, когда воздушно-сухих и водопрочных агрегатов меньше 20 %.
Но это только общие придержки. В действительности оптимальное соотношение агрегатов различных размеров очень варьирует в зависимости от складывающихся условий.
Обобщая результаты собственных модельных опытов и литературного материала В. В. Медведев (2008) пришёл к выводу, что оптимальное соотношение структурных отдельностей варьирует и в зависимости от культуры (точнее, от размера её семян и особенностей корневой системы), и от уровня увлажнения и питания, и даже от фазы развития растения, и, вероятно, от ещё многих факторов (например, генетических особенностей и свойств самого комка). Отсюда, универсальной оптимальной смеси из структурных комочков быть не может. Состав компонентов смеси должен варьировать в зависимости от конкретных условий. Столь большая вариабельность оптимального соотношения структур в пахотном слое, конечно же, усложняет практическое использование полученных результатов. В самом деле, как добиться столь тщательной разделки почв, обеспечить определенное соотношение в посевном слое комочков определённого размера и к тому же и варьировать им в течении вегетации культуры? Конечно же, на данном этапе развитияпочвообрабатывающих и посевных машин это невозможно. Вместе с тем приемлемой альтернативой в этом случае может быть дифференциация пахотного (или только посевного) слоя по структурному составу, учитывающая положительные свойства крупно – и мелкокомковатых смесей. В связи с этим он высказывает предположение о том, что лучшим для зерновых культур будет слой, в верхней части которого преобладают крупные структурные компоненты, а в нижней (непосредственно контактирующей с семенами) – мелкие.
5. Структура почв в условиях их сельскохозяйственного использования
О том, что после распашин целинных земель структура почвы ухудшается установлено ещё П. А. Костычевым и многими другими учёными. В последние годы этот вопрос детально изучил и обобщил В. В. Медведев (2008).
Установлено, что в (залежных) условиях чернозёмы характеризуют зернистую структуру. Комочки имеют размер менее 10 мм, они пронизаны корнями и не расплываются под действием ливня, если даже снять дернину, и обладают достаточно высокой механической прочностью. Заметной динамики структурного состояния в течение тёплого периода года не отмечается.
На пашне после многолетней механической обработки доминируют комки (глыбы) неправильной формы, размером, как правило, более 10 (20) мм, и пылевидную структура. В типичном чернозёме глыб может быть до 20 %, а в южном – до 60 %. Комки содержат мало корней, после летнего ливня или в орошаемых условиях расплываются и образуют корку. У агрегатов, как правило, отсутствует почти обязательная для агрегатов целены окантовка гуматной (предположительно гидрофобной, сообщающей ему дополнительную устойчивость) плёнкой, резко возрастает рельефность, а вместе с ними снижается совершенство их очертания.
Длительная распашка чернозёма достоверно снижает содержание и совершенно увеличивает мобильность органического вещества. Исследования показывают, что с увеличением подвижного гумуса на пашне ухудшает водоустойчивость почвенных агрегатов (Гринченко, Муха, Лактионова).
Агрофизические свойства пашни по сравнению с целиной ухудшаются весьма заметно, но важно подчеркнуть, что потенциальная способность пашни образовывать водоустойчивую микро — и макроструктуру, а значит, и восстанавливать агрофизические свойства, характерные для целины, сохраняется на достаточно высоком уровне. Иначе говоря, процесс ухудшения агрофизических свойств пашни не имеет необратимого характера и может быть скорректирован.
На основании исследований почв в шлифах В. В. Медведев (2008) приходит к заключению о всеобщности агрегированного состояния как формы существования дисперсной системы. Поэтому структуру проще и точнее всего именно так и определить – как форму существования дисперсных систем. Структура в данном контексте представляет собой следствие погашения (минимизации) свободной энергии дисперсной системы с помощью физических, химических и физико-химических взаимодействий. Отсюда почва всегда стремится восстановить своё структурное состояние и этому не надо только мешать.
Естественно, что структура почв, сформировавшихся в разных климатических, ландшафтных, гидрогеологических и других условиях и даже от возраста почвообразования различается.
Структура почв в значительной степени зависит от культуры их использования. Наблюдения показывают, что в разных почвенно-климатических условиях, там, где соблюдаются севообороты, производится своевременная и качественная обработка, систематически вносятся рекомендованные нормы органических и минеральных удобрений, применяются, если необходимо, химические мелиоранты, и всегда чистые поля, почвы лучше, чем там, где перечисленные меры не соблюдаются. Об этом убедительно свидетельствуют почвы на сортоучастках.
Обобщение опыта агрономической работы в рядовых хозяйствах и на сортоучастках позволило разработать так называемый комплексный метод окультуривания почв, который хотя и имеет некоторые региональные особенности (например, в зонах с избыточным либо с недостаточным увлажнением, либо с кислым или щелочными почвами), все же является универсальным методом рационального использования почв фактически для любой территории. Практически всюду комплексный метод предполагает глубокую вспашку, систематическое внесение навоза, насыщение многопольного севооборота травами. Всё это в силу известных причин в нынешних условиях либо не соблюдается, либо трудно выполнимо. Рыночная конъюнктура потребовала изменить севообороты, в результате уменьшения поголовья скота снизился выход навоза, а почти стабильный энергетический кризис уменьшил возможность проведения глубоких вспашек. Поэтому сегодня постепенно формируются иные способы поддержания плодородия почв и в связи с этим вполне логично, по мнению В. В. Медведева (2008) изменить и содержание понятия «высокая» культура земледелия, а в связи с этим сформулировать подходы к поддержанию благоприятного структурного состояния почв, не обращаясь (или, точнее, минимизируя) к прежним традиционным способам.
По мнению В. В. Медведева, для каждых из рекомендуемых ранее способов можно сформулировать вполне реальный альтернативный способ. Например, вместо традиционной вспашки всё чаще находят применения минимальные обработки, плоскорезные, чизельные и другие орудия, которые не оборачивают почву.
В. В. Медведев считает, что применительно к структуре глубокая плужная обработка явно себя не оправдывает. По его словам в нижней части пахотного слоя не лучшие, а худшие условия для вовлечения пылеватых и песчаных почв в агрегаты. Поэтому периодическое примешивание этого слоя почвы в пашню не является столь уж важным аргумента в пользу частого использования глубокой плужной обработки. В то же время поверхностные и безотвальные обработки, сдерживая темпы минерализации органических веществ, косвенным образом содействуют укреплению структурного состояния верхних горизонтов почвы.
Точно также вместо внесения традиционного и, казалось бы, незаменимого источника поддержания структурного состояния – навоза такой же результат может быть достигнут, если на поле будут оставлены растительные остатки. Последние не только оказывают на структуру милиорирующее воздействие, но и выступают в качестве буфера против механического деагрегирующего воздействия ходовых систем Машино-тракторных средств и капель дождя. По этой причине оставление на поле растительных остатков (вместо их сжигания) и тем самым поддержание физического и гумусного состояния почв также может считаться элементом высокой культуры земледелия.
В качестве первого приближения В. В. Медведев (2008) приводит диагностические параметры трёх уровней окультуренности суглинистых чернозёмов, полученные им на основании многолетних комплексных исследований микроморфологических и физических исследований (табл. 2). Первый из них относится к госсортоучасткам и унавоженным вариантам стационарных опытных станций, второй – к слабоунавоженным вариантов полевых опытов и смежным полем рядовых хозяйств, третий – контрольным вариантам, где длительное время не вносились удобрения.
2. Диагностические уровни окультуренности чернозёмных суглинестых почв по структурному составу, физическим и микроморфологическим показателям.
| Уровень окультуренности | Структурно-агрегатный состав | Равновесная плотность г/см3 | Водопроницаемость, мм/час (среднее за 6 часов наблюдений) | Коэффициент оформлённости агрегатов | Порядковость агрегатов | Соотношение меж-и внутри агрегатных пор | Содержание в порах не агрегированного материала<0,25 мм, % | |
| Воздушно сухие агрегаты 10-0,25 мм | Водоустойчевые агрегаты >0,25 | |||||||
| Высокий | 80-70 | 55-45 | 1,1-1,2 | 90-60 | >0,45 | 5-4 | 1,0-1,3 | 10-20 |
| Средний | 70-60 | 45-35 | 1,2-1,3 | 60-30 | 0,45-0,25 | 4-3 | 1,3-1,8 | 20-30 |
| Низкий | < 60 | < 35 | >1,3 | <30 | <0,25 | <3 | > | >30 |
Примечания.
В таблице представлены средние данные, их ценность состоит в том, что их физические, и микроморфологические показатели достаточно согласованно диагностируют вполне различные уровни организации почв в зависимости от длительной истории различного хозяйствования.
6. Пути поддержания и улучшения структурного состояния почв
Структура почв динамична, поскольку на неё действуют факторы, которые вызывают как разрушение, так и образование структурных агрегатов. Состояние оструктуренности почвы зависит от того, действие каких факторов преобладает. Так, структурные комочки разрушаются при механическом действии орудий во время обработки и других машин, которые перемещаются по полю, от удара дождевых капель, при вытеснении почвенного поглощающего комплека кальция, минерализации гумуса и т. д.
К факторам структурообразования относится наличие на поверхности микроагрегатов коллоидных плёнок, при набухании которых эти агрегаты соприкасаются, а при высыхании склеиваются и крепко удерживаются в виде крупных комочков. Процесс этот усиливается при одновременном уплотнении почвы. К ним принадлежат и факторы, которые способствуют расчленению массы почвы – изменение влажности (вода расклинивает почву, при высыхании она трескается), замерзание и оттаивание воды в почве, действие корней растений и землероющих животных, обработка почвы при её физической спелости и т. п.
Агрономически ценную структуру можно восстанавливать агротехническими приёмами: внесением в почву специальных веществ – искусственных структурообразователей, соответствующей структурой посевных площадей. Так, многолетние травы (чистые бобовые культуры или бобово-злаковые травосмеси) оставляют в почве больше корневых остатков и лучшего качества, чем однолетние. Поэтому после них образуется больше гумуса и лучше оструктуривается почва.
На оструктуривание почвы влияют удобрения. Они способствуют повышению урожайности надземной и корневой массы, усиливая этим роль растительности в оструктуривании почвы. Кроме того органические удобрения (навоз, торфокомпосты, сидераты и др.) есть дополнительным источником образования гумуса и непосредственно повышают водоустойчивость структуры. Этому способствуют также известкование кислых и гипсование засоленных почв.
Сохранению и улучшению структуры может способствовать правильная и своевременная обработка почвы. Исследованиями Д. Г. Виланского и П. В. Вершинина установлена, что при обработке оптимально увлажнённой почвы образуются прочные агрегаты с пористостью характерной для природной. При обработке сухой или переувлажнённой почвы, наоборот, структура разрушается и тем больше, чем больше отклоняется влажность от оптимальной. На старопахотных распыленных чернозёмах подпахотный слой часто структурнее пахотного. В таких условиях может быть эффективна глубокая вспашка с вынесением наверх крупки (зернистой структуры) подпахотного слоя.
Сохранению структуры может способствовать замена вспашки поверхностной обработкой, уменьшение количества (или исключение) междурядных рыхлений пропашных культур, сочетание нескольких операций в одном рабочем процессе, полный отказ от механической обработки (прямой посев).
Для восстановления структуры почвы используют искусственные структуранты типа клеющих веществ – гуминовых кислот, торфового клея, битумов, синтетических полимеров, внесение в почву которых улучшает водопрочность структуры.
7. Методика определения структурно-агрегатного состава почв
О структуре почв можно получить представление, используя самые разнообразные методы её определения, которые детально описаны в литературе (А. Ф. Вадюнина, 1986, В. В. Медведев, 2008, и др.).
Остановимся на наиболее распространённом методе определение структурно-агрегатного состава ситовым в модификации Н. И. Савинова (ГОСТ Украины 4744:2007).
Разделение среднего образца почвы №1 в сухом состоянии на фракции микроагрегатов. Используют набор сит с такими диаметрами отверстий (в мм): 10; 7; 5; 3; 2; 1 и 0,25. Специально подготовленный образец почвы в 500 г высыпают на верхнее сито с диаметром отверстий 10 мм и просеивают через набор сит осторожными вращающими горизонтальными движениями по 10 раз в обоих направлениях.
Каждую фракцию макроагрегатов (агрегатов которые остались на ситах) отдельно взвешивают и рассчитывают её содержание в процентах.
Приготовление среднего образца № 2. Из каждой сухим просеиванием фракции макроагрегатов берут навески, представляющих собой половину процентного содержания фракции анализируемой почвы. Например, если по результатам сухого просеивания содержания фракции размером 7-5 мм составляет 18%, то для просеивания в воде берут 9,0 г макроагрегатов этой фракции. Навески ссыпаются в один стакан, набирая таким образом средний образец № 2 для определения содержания водоустойчивых макроагрегатов. Массу среднего образца № 2 принимают равной 50 г (фактически несколько меньше, поскольку из фракции размером менее 0,25 мм навески не берут).
Разделение среднего образца №2 в воде на фракции водоустойчевых агрегатов. Замачивание среднего образца №2 в воде. Средний образец №2 высыпают в литровый стеклянный цилиндр, на 2/3 объёма заполненный отстоявшейся водопроводной водой. Цилиндр оставляют в покое на 10 минут.
Через 10 минут цилиндр осторожно доливают водой до края, закрывают пробкой и резко на 180º переворачивают вверх дном. Так держат от 20 до 40 с, пока основная масса агрегатов не опустится вниз. Потом цилиндр возвращают в начальное положение и снова ждут, пока агрегаты достигнут дна. Всего выполняют 10 парных оборотов. В это время происходит разрушение неустойчивых к действию воды больших макроагрегатов на мелкие, но более устойчивые агрегаты и гранулометрические элементы.
Просеивание агрегатов на ситах в воде. Закрытый цилиндр переворачивают в верх дном и опускают в широкую ванну над набором сит (5; 3; 2; 0,5 и 0,25 мм). Под водой быстро открывают пробку, давая возможность агрегатам свободно падать на верхнее сито. Под водой быстро открывают пробку, давая возможность агрегатам свободно опуститься на верхнее сито. Через 60 с цилиндр в воде закрывают и вынимают.
Набор сит за ручки медленно поднимают на 5-6 см в пределах объёма воды, не оголяя агрегатов почвы на верхнем сите, и быстрым, резким движением опускают вниз, держа его в этом положении от 2 до 3 с, пока агрегаты, которые поднялись по инерции во время опускания, не упадут на дно сита.
После 10 подъёмов и опусканий под водой два верхних сита с диаметром отверстий 5 и 3 мм осторожно снимают (не вынимая всего набора из воды) а ниже сита поднимают и опускают ещё 5 раз и потом осторожно вынимают из воды.
Из каждого сита поочерёдно промывалкой агрегаты смывают в фарфоровые чашки. После того, как агрегаты осядут на дно чашки, лишнюю воду сливают, а почву струёй воды переносят в предварительно взвешенную фарфоровую чашку или алюминиевый бьюкс.
Агрегаты в чашках или бюксах сушат сначала на открытом воздухе, а затем в сушильном шкафу при температуре 70 ± 5ºС до постоянной массы.
Определение массы гранулометрических элементов больших чем 0,25 мм. Агрегаты почвы из чашки/бюкса переносят в фарфоровую чашку большого размера, прибавляют воду и растирают пестиком с резиновым наконечником. Способом декантации отмывают зависшие частички почвы (остатки разрушенных водоустойчивых макроагрегатов), повторяя операцию до полного осветления воды. Гранулометрические элементы (крупный песок, гравий и. т.п.), которые остались на дне чашки, струёй воды переносят в алюминиевый бюкс и высушивают в сушильном шкафу при температуре 70 ± 5ºС до постоянной массы.
Гранулометрические элементы просеивают через сито определённого размера и взвешивают те, что остались на сите.
Определение содержания водоустойчивых макроагрегатов. От массы устойчивых макроагрегатов каждой фракции вычитают массу гранулометрических элементов такого же размера и определяют массу истинных водоустойчивых макроагрегатов.
От массы среднего образца №2 (50 г) вычитают сумму масс гранулометрических элементов размером больше 0,25 мм и определяют массу среднего образца №2 без массы гранулометрических элементов.
Рассчитывают содержание каждой фракции истинных водостойких макроагрегатов в процентах относа массы среднего образца №2 без массы гранулометрических элементов.
По результатам рассчитываем коэффициенты структурности и водоустойчивости.