Текстура почвы
Текстура почвы - это инструмент классификации, используемый как в поле, так и в лаборатории для определения классов почвы на основе их физической текстуры. Текстура почвы можно определить с использованием качественных методов, таких как текстура по ощущению, и количественные методы, такие как метод ареометра на основе закона Стокса . Текстура почвы имеет сельскохозяйственные применения, такие как определение пригодности урожая и прогнозирование реакции почвы на условия окружающей среды и управления, такие как засухи или кальций требования (известь). Текстура почвы фокусируется на частицах, которые имеют диаметр менее двух миллиметров, которые включают песок , ил и глину . Таксономия почвы США и системы классификации почвы WRB используют 12 классов текстур, тогда как в системе Великобритании используются 11. [ 1 ] Эти классификации основаны на процентах песка , ила и глины в почве.
История
[ редактировать ]Первая классификация, Международная система, была впервые предложена Альбертом Аттербергом в 1905 году и была основана на его исследованиях на юге Швеции. Аттерберг выбрал 20 мкм для верхнего предела ила фракции, потому что частицы, меньшие, чем этот размер, не были видны невооруженным глазам, суспензия может быть коагулирована солями, капиллярный подъем в течение 24 часов был наиболее быстрым во фракции, и поры между компактными Частицы были настолько малы, чтобы предотвратить вход корневых волосков. [ 2 ] Комиссия Одно из Международного общества почвных наук (ISSS) рекомендовала использовать его на первом Международном конгрессе почвных наук в Вашингтоне в 1927 году. [ 3 ] Австралия приняла эту систему, и ее равные логарифмические интервалы являются привлекательной особенностью, которую стоит сохранить. [ 4 ] Министерство сельского хозяйства США (USDA) приняло свою собственную систему в 1938 году, а организация по продовольствию и сельскому хозяйству (FAO) использовала систему USDA на FAO- UNESCO карте мира и рекомендовала его использование.
Классификация
[ редактировать ]
В Соединенных Штатах двенадцать основных классификаций текстур почвы определяются Министерством сельского хозяйства США. [ 1 ] Двенадцать классификаций - песчаный, суглинистый песок, песчаный суглинок, суглинок , суглинок ила, ил, песчаный суглинок глины, глиняный суглинок, суглинка -глины, песчаная глина, илти -глина и глина . [ 5 ] Текстуры почвы классифицируются по фракциям каждой почвы отдельной (песок, ил и глину), присутствующие в почве. Классификации обычно названы по размеру первичного составляющего частиц или комбинации наиболее распространенных размеров частиц, например, «песчаная глина» или «Silty Clay». Четвертый термин, суглинок , используется для описания равных свойств песка, ила и глины в образце почвы, и придает призыв к именованию еще большего количества классификаций, например, «сугли для глины» или «иловой суглин».
Определение текстуры почвы часто способствует использованию графика треугольника в почве . [ 5 ] Пример почвенного треугольника находится в правой части страницы. Одна сторона треугольника представляет процент песка, вторая сторона представляет процент глины, а третья сторона представляет процент ила. Если проценты песка, глины и ила в образце почвы известны, то для определения классификации текстуры почвы можно использовать треугольник. Например, если почва составляет 70 процентов песка и 10 процентов глины, то почва классифицируется как песчаный суглинок. Тот же метод может быть использован, начиная с любой стороны почвенного треугольника. Если метод текстуры по ощущению использовался для определения типа почвы, треугольник также может обеспечить приблизительную оценку процентов песка, ила и глины в почве.
Химические и физические свойства почвы связаны с текстурой. Размер и распределение частиц будут влиять на способность почвы к удержанию воды и питательных веществ. Тонкие текстурированные почвы обычно имеют более высокую способность за удержание воды, тогда как песчаные почвы содержат большие поровые пространства, которые позволяют выщелачивать. [ 6 ]
Почва отделяется
[ редактировать ]
Разделение почвы представляют собой специфические диапазоны размеров частиц. Наименьшие частицы являются частицами глины и классифицируются как имеющие диаметры менее 0,002 мм. Частицы глины имеют пластинку вместо сферической, что позволяет повысить определенную площадь поверхности. [ 7 ] Следующие наименьшие частицы представляют собой частицы ила и имеют диаметры от 0,002 мм до 0,05 мм (в таксономии почвы USDA). Самые большие частицы имеют частицы песка и имеют диаметр больше 0,05 мм. Кроме того, большие частицы песка могут быть описаны как грубые , промежуточные как средние , а меньше - как тонкое . Другие страны имеют свои собственные классификации размера частиц.
| Название почвы отдельно | Пределы диаметра (мм) ( Классификация USDA ) |
Пределы диаметра (мм) ( Классификация WRB ) |
|---|---|---|
| Глина | менее 0,002 | менее 0,002 |
| Ил | 0.002 – 0.05 | 0.002 – 0.063 |
| Очень мелкий песок | 0.05 – 0.10 | 0.063 – 0.125 |
| Мелкий песок | 0.10 – 0.25 | 0.125 – 0.20 |
| Средний песок | 0.25 – 0.50 | 0.20 – 0.63 |
| Грубый песок | 0.50 – 1.00 | 0.63 – 1.25 |
| Очень грубый песок | 1.00 – 2.00 | 1.25 – 2.00 |
Методология
[ редактировать ]Текстура по ощущению
[ редактировать ]
Анализ рук - это простое и эффективное средство для быстрой оценки и классификации физического состояния почвы. Правильно выполняется, процедура позволяет быстро и частая оценка характеристик почвы с небольшим или без оборудования. Таким образом, это полезный инструмент для идентификации пространственных изменений как внутри, так и между полями, а также идентификация прогрессивных изменений и границ между единицами почвы (серия почвы). Текстура по ощущению - это качественный метод, поскольку он не обеспечивает точных значений песка, ила и глины. Несмотря на качественную, текстуру с блок -схемой ощущения может быть точным способом для ученого или заинтересованного человека проанализировать относительные пропорции песка, ила и глины. [ 8 ]
Метод текстуры по ощущению включает в себя взятие небольшого образца почвы и изготовление ленты. Лента может быть изготовлена, взяв шар почвы и толкнув почву между большим и указательным пальцами и втиснув его вверх в ленту. Позвольте ленте появиться и простираться над указательным пальцами, выпав от собственного веса. Измерение длины ленты может помочь определить количество глины в образце. После изготовления ленты чрезмерно намочить небольшую щепотку почвы в ладони и втирайте указательным пальцами, чтобы определить количество песка в образце. Почвы, которые имеют высокий процент песка, такие как песчаный суглинок или песчаная глина, имеют песчаную текстуру. [ 1 ] Почвы, которые имеют высокий процент ила, такие как иловой суглинок или илоть, кажутся гладкими. [ 1 ] Почвы, которые имеют высокий процент глины, такой как глиняный суглинок, имеют липкое ощущение. Хотя метод текстуры по ощущению занимает практику, это полезный способ определить текстуру почвы, особенно в полевых условиях.
Международная система классификации почвы Всемирной справочной базы для почвенных ресурсов (WRB) использует альтернативный метод для определения текстуры по ощущению, предлагая другую блок -схему.
Просеивание
[ редактировать ]Обселение-это давно устоявшаяся, но все еще широко используемая техника анализа почвы. В просеивании известный вес материала образца проходит через более тонкие сита. Количество, собранное на каждом сите, взвешивается, чтобы определить процентный вес во фракции каждого размера.
Метод используется для определения распределения по размерам зерна, которые имеют диаметр более 75 мкм, так как просеивание имеет сильный недостаток на более низкой границе измерения. Фактически, в случае более тонкой фракции в высоком содержании глины и ила (ниже 60 мкм) дисперсия становится сложной из -за высокой сплоченности частиц, липкой порошка к сито и электростатическим зарядам. Более того, в просеивающих частицах проходит с наименьшей стороной через отверстие сетки, что означает, что также могут быть просеяны частицы в форме пластины и ила. Во всем этом обычно приводит к огромной недооценке тонкой фракции. [ 9 ]
Чтобы измерить ил и глину (с размером частиц ниже 60 мкм), в образец, взятый из нижнего сита, используется второй метод независимого размера (чаще всего аэрометр или метод пипетки). Распределение частиц по размерам, полученное из анализа сита, должно сочетаться с данными из анализа седиментации, чтобы установить полное распределение частиц по размерам образца.
Метод ареометра
[ редактировать ]Анализ седиментации (например, метод Pipette, Aredometer) обычно используется в почвенной промышленности или в геологии для классификации отложений. Метод Aredometer был разработан в 1927 году. [ 10 ] и все еще широко используется сегодня.
Метод определения текстуры почвы является количественным измерением, обеспечивающим оценки процентного песка, глины и ила в почве на основе закона Стокса , что выражает взаимосвязь между скоростью оседания и размером частиц. [ 11 ]
Согласно этому закону частицы оседают из -за веса и гравитационного действия. Тем не менее, существуют две дополнительные силы, действующие в противоположном направлении движения частиц, которые определяют равновесное состояние, при котором частица падает с постоянной скоростью, называемой терминальной скоростью .
Метод ареометра требует использования гексаметафосфата натрия , который действует как диспергирующий агент для разделения почвенных агрегатов. Почва смешивается с раствором гексаметафосфата натрия на орбитальном шейкере в течение ночи. Раствор переносится в градуированные цилиндры на один литр и заполняют водой. Раствор почвы смешивается с металлическим поршн для рассеивания частиц почвы. [ 11 ] Частицы почвы отделяются в зависимости от размера и погружаются в дно. Частицы песка сначала погружаются в нижнюю часть цилиндра. Частицы ила погружаются в дно цилиндра после песка. Частицы глины отделяются над иловым слоем.
Измерения принимаются с использованием почвенного ареометра. Ареометр почвы измеряет относительную плотность жидкостей (плотность жидкости по сравнению с плотностью воды). Ареометр опускается в цилиндр, содержащий почвенную смесь в разное время, сорок пять секунд, чтобы измерить содержание песка, полтора часа для измерения содержания ила и от шести до двадцати четырех часов (в зависимости от используемого протокола) для измерения глина. Записывается число на ареометре, которое видно (над раствором почвы). [ 11 ] Бланк (содержит только воду и диспергирующую агенту) используется для калибровки ареометра. Значения, записанные из показаний, используются для расчета процентной глины, ила и песка. Бланк вычитается из каждого из трех показаний. Расчеты следующие: [ 11 ]
Процент ила = (сушеные массы почвы - Песочный ареометров
Процентная глина = (показания глиняного ареометра - пустое чтение) / (сушеные массы почвы) *100
Процент песка = 100 - (процент глины + процент ила)
Диаметр Стокса, определяемый методом седиментации, представляет собой диаметр сферы, имеющей одинаковую скорость оседания и ту же плотность, что и частица. [ 12 ] Это является причиной, по которой анализ седиментации применим хорошо, если предположить, что частицы являются сферическими, имеют аналогичные плотности, имеют незначительные взаимодействия и достаточно малы, чтобы гарантировать, что поток жидкости остается ламинарным. [ 13 ] Отклонения от уравнения Стокса следует ожидать в случае частиц нерегулярной формы, таких как частицы глины, которые в основном являются платильными или трубчатыми. Стабильное положение во время оседания частиц с такими формами составляет максимальную площадь поперечного сечения, перпендикулярную направлению движения. [ 13 ] По этой причине сопротивление частиц увеличивается, а скорость оседания уменьшается. Диаметр частиц прямо пропорционален скорости оседания. Следовательно, с более низкой скоростью рассчитываемый диаметр также уменьшает определение переоценки фракции тонкого размера. [ 13 ]
Анализ седиментации показывает ограничения для частиц, меньше 0,2 микрона, потому что такие мелкие частицы подвергаются движению Браун в подвеске и больше не оседают в соответствии с законом Стокса. [ 14 ] Анализ седиментации может работать непрерывно с высокой степенью точности и повторяемости. Распределение частиц по размерам почвы, содержащей значительное количество более тонких частиц (ил и глина), не может быть выполнено с помощью SIETE Analysis, поэтому анализ седиментации используется для определения более низкого диапазона распределения частиц по размерам.
Лазерная дифракция
[ редактировать ]Лазерная дифракция - это метод измерения для определения распределения образцов частиц, диспергированных в жидкости, либо в виде сухого порошка. Техника основана на световых волнах, которые сгибаются при столкновении с частицами в образце. [ 15 ] Измеренный эквивалентный сферический диаметр представляет собой диаметр сферы, имеющей в области поперечного сечения ту же дифракционную картину, что и исследуемая частица. [ 16 ]
Угол дифракции зависит от размера частиц, следовательно, шаблон дифракции зависит от относительных количеств различных размеров частиц, присутствующих в этом образце. Эта дифракционная картина затем обнаруживается и анализируется с помощью дифракционных моделей дифракции MIE и Fraunhofer . Результатом измерения является распределение частиц по размерам (PSD). [ 15 ]
С помощью лазерной дифракции можно определить не только распределение частиц по размерам и соответствующие взвешенные объемные значения D, но и процент частиц в классах основного размера, используемых для классификации почвы.
По сравнению с другими методами лазерная дифракция является быстрым и экономически эффективным методом для измерения размера частиц и быстрого анализа образцов почвы. Большим преимуществом является встроенная дисперсионная (например, дисперсия с помощью давления воздуха или ультразвуковое дисперсию) подразделения лазерных дифракционных инструментов. Следовательно, сухие образцы могут быть измерены без этапов приготовления внешнего образца, которые необходимы для анализа просеивания и седиментации. Более того, поскольку образец может быть распределен должным образом, нет необходимости объединять два различных метода измерения, чтобы получить весь диапазон распределения частиц по размерам, включая содержание ила и глины.
И теории дифракции Fraunhofer, и Mie Laser предполагают, что частицы сферически формируются. Это приводит к небольшой ошибке измерения, поскольку небольшие частицы в образцах почвы, такие как глина и, в частности, удлинены и анизотропны. [ 17 ] Диаметр частиц в методе лазерной дифракции определяется в отношении их потенциального объема, который рассчитывается на основе оптического дифракционного изображения по краям поперечного сечения частиц. Объем частиц глины-это диаметр поперечного сечения пластины, который рассматривается в расчетах как диаметр сферы. Следовательно, их размеры обычно переоцениваются по сравнению с измеренными с помощью анализа седиментации. [ 17 ]
Ошибка, связанная с предположением о сферичности частиц, зависит и также от степени анизотропии . Оптические свойства анизотропных частиц, таких как показатель преломления и индекс поглощения, изменяются в соответствии с их ориентацией относительно лазерного луча, который также является переменной. Следовательно, при разных ориентациях частиц будут измерены различные поперечные сечения и различные дифракционные паттерны.
Для глины с размерами, близкими к длине волны лазерного луча, теория MIE была бы желательной. Это требует точного знания сложного показателя преломления материала частиц, включая их коэффициент поглощения. [ 18 ] Поскольку эти параметры часто трудно извлечь, особенно коэффициенты поглощения света для различных частиц и зерен почвы, теория Фраунхофера , которая учитывает только явления дифракции света на краю частиц, часто рекомендуется для естественных почв. [ 17 ]
Дополнительные методы
[ редактировать ]Существует несколько дополнительных количественных методов для определения текстуры почвы. Некоторые примеры этих методов-метод пипетки, седиментация рентгеновского излучения, метод органического вещества (POM) частиц, быстрый метод. [ 19 ]
Рентгеновский седиментация
[ редактировать ]Техника седиментации рентгеновского излучения представляет собой гибридный метод, который сочетает в себе седиментацию и рентгеновское поглощение. Размер частиц рассчитывается по скоростям осаждения частиц путем применения закона Стокса . Адсорбция рентгеновского излучения используется для определения относительной массовой концентрации для каждого класса размера путем применения закона о пивном ламберте-бугере .
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Сотрудники Отдела почвы. 2017. Песок почвы. C. Ditzler, K. Scheffe и HC Monger (Eds.). Справочник USDA 18. Правительственная типография, Вашингтон, округ Колумбия
- ^ Аттерберг А (1905) Рациональная классификация песков и Кизе. Chemiker Zeitung 29, 195–198.
- ^ Дэвис Роу, Беннетт HH (1927) «Группирование почв на основе механического анализа». Министерство сельского хозяйства Соединенных Штатов Циркуляция № 419.
- ^ Marshall TJ (1947) «Механический состав почвы по отношению к полевым описаниям текстуры». Совет по научным и промышленным исследованиям, Бюллетень № 224, Мельбурн.
- ^ Jump up to: а беременный Сотрудники Отдела почвы (1993). Руководство по обследованию почвы . Министерство сельского хозяйства США. С. 63–65. Архивировано из оригинала 19 января 2022 года . Получено 30 августа 2014 года .
- ^ Линдбо; Хейс; Adewunmi (2012). Знайте почву . Общество почвы Америки. п. 17. ISBN 9780891189541 .
- ^ Фот, Генри Д. (1990). Основы почвенной науки 8 -е издание . Канада: Джон Вили и сыновья. п. 23 ISBN 0-471-52279-1 .
- ^ Тиен, Стивен. «Определение текстуры почвы с помощью« Метода чувства » » (PDF) . Ndhealth.gov .
- ^ «Стандартный метод испытаний для анализа почв размером с частиц» . www.astm.org . Получено 2022-07-20 .
- ^ Bouyoucos G. 1951. Перекалибровка метода ареометра для проведения механического анализа почв. Американское общество агрономии.
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Bouyoucos, Джордж. 1936. направления для проведения механического анализа почв методом ареометра. Наука почвы. Том 42 Выпуск 3: стр. 225–230
- ^ Хенк Г. Меркус; Габриэль М.Х. Местерс (2014). Продукты твердых частиц: адаптирующие свойства для оптимальной производительности . Чам: Спрингер. ISBN 978-3-319-00714-4 Полем OCLC 864591828 .
- ^ Jump up to: а беременный в Ферро, Вито; Мирабиле, Стефано (2009-06-30). «Сравнение анализа распределения частиц по размерам с помощью седиментации и метода лазерной дифракции» . Журнал сельскохозяйственной инженерии . 40 (2): 35. doi : 10.4081/jae.2009.2.35 . HDL : 10447/40752 . ISSN 2239-6268 . S2CID 67844152 .
- ^ Ранджан, Гопал (2007). Основная и прикладная механика почвы . [Место публикации не идентифицировано]: [Издатель не идентифицирован]. ISBN 978-81-224-1223-9 Полем OCLC 171112208 .
- ^ Jump up to: а беременный «Лазерная дифракция для размеров частиц :: Anton Paar Wiki» . Антон Паар . Получено 2022-07-20 .
- ^ «Методы анализа частиц: динамическое рассеяние света против лазерной дифракции :: anton paar wiki» . Антон Паар (на немецком языке) . Получено 2022-07-20 .
- ^ Jump up to: а беременный в Горшко, Александра; Topoliński, Szymon (2020-01-31). «Распределение частиц натуральных глинистых почв: обсуждение использования лазерного дифракционного анализа (LDA)» . Геоссауки . 10 (2): 55. Bibcode : 2020geosc..10 ... 55G . doi : 10.3390/Geosciences10020055 . ISSN 2076-3263 .
- ^ Ryżak, Магдалена; Бигановский, Анджедж (август 2011 г.). «Методологические аспекты определения распределения частиц размером с почвы с использованием метода лазерной дифракции» . Журнал питания растений и науки о почве . 174 (4): 624–633. BIBCODE : 2011JPNSS.174..624R . doi : 10.1002/jpln.201000255 . ISSN 1436-8730 .
- ^ Kettler, T., Doran, J., Gilbert, T., 2001. Упрощенный метод определения размера частиц почвы для сопровождения анализа почвы. Почвенная наука. Соц Являюсь. J. 65: 849–853
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Служба сохранения природных ресурсов. (ND). Получено 29 ноября 2017 г., с https://www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/detail/soils/edu/?cid=nrcs142p2_054311
- Prescott JA, Taylor JK, Marshall TJ (1934) «Взаимосвязь между механическим составом почвы и оценкой текстуры в поле». Сделки Первой комиссии Международного общества почвенной науки 1, 143–153.
- Роуэлл Д. (1994) . Методы и применение , Longman Scientific & Technical (1994), 350 страниц [1]
- Текстура почвы, РБ Браун, Университет Флориды, Институт продовольственных и сельскохозяйственных наук.
- Toogood JA (1958) «Упрощенная диаграмма текстурной классификации». Канадский журнал почвенной науки 38, 54–55.
- Уитни М (1911) «Использование почв к востоку от региона Великих равнин». Министерство сельского хозяйства Соединенных Штатов Бюро почв. Бюллетень № 78.
| Базы данных управления авторитетом : национальный |
|---|
