Особливості дослідження ґрунтів за вивчення студентами агробіологічного факультету навчальної дисципліни «агрофізика»

Ґрунт один із важливих об’єктів дослідження в агрофізиці, ключова складова продукційного процесу для рослин. Адже саме ґрунт забезпечує рослини елементами живлення і водою, перетворює сонячну радіацію в тепло, зберігає його у ґрунтовій товщі, акумулює атмосферні опади і є сприятливим середовищем для кореневої системи рослин і ґрунтових організмів, регулює процеси водо-, тепло-, повітрепереносу між ґрунтом та приземним шаром атмосфери. 

На першому лабораторному занятті студенти знайомляться із технікою закладки ґрунтового розрізу та відбору зразків ґрунту для лабораторних аналізів. За допомогою викладачів проводять морфолого-генетичний опис та виділяють горизонти із яких відбирають характерні ґрунтові агрегати для вивчення розмірів  й форми структурних окремостей та кількість пор у них різної величини, візуально і за допомогою лупи.  

Обабіч розрізу проводять також низку агрофізичних досліджень: щільність ґрунту методом ріжучого кільця за Качинським, водопроникність методом трубок, температуру ґрунту – колінчатими термометрами Савінова. Окремо визначають гранулометричний склад польовим «мокрим» методом.  

Усі ці дослідження оформляються студентами у звіт за роботу із цифровими результатами та фіксацією фотовідбитками окремих робочих моментів. Ця лабораторна робота у польових умовах на початку теоретичного курсу «Агрофізика» розкриває студентам бачення ґрунту, як основного компоненту в агроблоці «ґрунт-рослина-приземний шар атмосфери» і полегшує сприйняття окремих властивостей ґрунту та методів їх дослідження. 

Потім в лабораторних умовах студенти визначають питому поверхню різних суглинкових ґрунтів адсорбційно-статичним методом за Кутіликом. Питома поверхня ґрунтів у великій мірі залежить від їх дисперсності і тісно пов’язана із мінералогічним і хімічним складом. Цей метод базується на сорбції води ґрунтовими частками за відносної вологості повітря 20%, що створюється в ексикаторі над насиченим розчином оцтовокислого калію. За таких умов абсолютно сухий ґрунт з часом покривається мономолекулярним шаром води, маса якої постійно установлюється в експерименті. Якраз відсоткова вологість ґрунту (Wm) на цей період разом із мольною масою води (М), кількістю молекул в 1 молі (N) і площею, що займає одна молекула води (W0) є основою для обрахунку загальної питомої поверхні даного ґрунту, яка є його важливою фізичною характеристикою, що впливає на явища поглинання мінеральних зольних речовин, парів і газів, руху у ґрунті води і повітря, чим більша питома поверхня часток, тим більша родючість ґрунтів.

Особливе значення у студентських дослідженнях, як із теоретичної, так і з практичної сторони належить поведінці і руху води у ґрунтовій товщі за різного ступеня її зволоження, що описується законом Дарсі. З агрономічної точки зору важливо знати і вміти визначати різні форми води у ґрунті та її доступність для рослин, що експериментально досліджується при вивченні ґрунтово-гідрологічних констант.  

На лабораторних заняттях студенти визначають такий низький рівень вологості за якого проходить стійке в’янення рослин (ВСВ) методом вегетаційних мініатюр. Цей метод тривалий у часі, але корисний для майбутніх фахівців-агрономів, оскільки вони мають можливість відібрати зразки ґрунтів різної генези, створити оптимальні умови їх зволоження, внести мінеральні добрива для успішної вегетації культури, підготувати проростки, а потім контролювати і оптимізовувати ріст і розвиток висадженої культури.  

На певній стадії експерименту сприятливі умови росту і розвитку закінчуються і рослини з часом відчувають дефіцит ґрунтової вологи і починають в’янути. Якраз цей рівень вологи (ВСВ) є вже недоступний для рослин і застосовується при розрахунку запасів продуктивної води.

Друге важливе дослідження ґрунтово-гідрологічних констант – вологість розриву капілярних зв’язків (ВРК) за методом С.І. Долгова і В.Б. Мацкевича. Величину ВРК використовують у практичних цілях при налаштуванні автоматизованого поливу посівів. Суть методу полягає у тому, що за вологості нижче ВРК рух солей до випаровувальної поверхні втрачається, адже розчинені речовини можуть рухатися із капілярною течією вологи до поверхні ґрунту лише у тому випадку, якщо вологість перевищує ВРК. В лабораторному експерименті 200 г повітряно-сухого ґрунту, просіяного через сито розміром 1 мм, ретельно перемішують із сухим дрібнокристалічним сірчанокислим натрієм – 10 г. Із такої суміші ґрунту беруть серію наважок (6 по 30 г), які поміщають в алюмінієві бюкси. До кожного із бюксів додають неоднакову кількість води від меншої до більшої, перемішують із ґрунтом, ущільнюють зволожений ґрунт у бюксі і чекають певний час дві-три доби, коли за різної вологості на поверхні ґрунту з’являються вицвіти солей, якраз ця вологість вище ВРК. Вологість розриву капілярів визначають у першому із бюксів, рахуючи від більшої вологості, де виділення солей не спостерігається. 

Температура ґрунту – важливий екологічний фактор продуктивності біогеоценозів, провідний компонент мікроклімату ґрунту, що дуже впливає на різноманітні процеси, які відбуваються у ньому. Функцією від температури ґрунту є швидкість хімічних реакцій, поверхневий натяг ґрунтового розчину, фізичне випаровування, дифузія, характер поширення у ґрунті кореневих систем, а в цілому оптимальний ріст та розвиток рослин. На одній із лабораторних робіт студенти визначають теплофізичні характеристики ґрунтів згідно закону Фур’є: кількість тепла, що переноситься через одиницю площі в одиницю часу (qт, кал/см2 добу) прямо пропорційна теплопровідності ґрунту (λт кал/см добу) і градієнту температури (dт/dz ºС/см). Для розрахунку цих показників були використані реальні дисертаційні дані добового ходу температури ґрунту на глибинах 5, 10, 15 і 20 см з інтервалом часу дві години.   

Михайло Бережняк,

доцент  кафедри грунтознавства та
охорони грунтів ім.  проф.  Б.Ф. Шикули