Лизиметры

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

1. Насыпные и монолитные лизиметры
2. Агрохимические или почвенно-агрохимические лизиметры
3. Агрохимические лизиметры-воронки
4. Ячеистые или секционные лизиметры
5. Гидрологические лизиметры

Заключение

Список использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Лизиметрический метод – это способ исследования свойств почвы, фильтрующегося в ней почвенного раствора и жизнедеятельности растений в полевых условиях.

Впервые лизиметрический  метод исследований применил английский химик Джон Дальтон (1746-1844) при изучении распределения атмосферных осадков  и их влияния на грунтовые воды. В России первые лизиметры были сооружены  и использованы для изучения количества и химического состава фильтрующегося в почве вод В.Р. Вильямсон (1900), А.В. Ключаровым (1900) и П.Ф. Бараковым (1903).

Слово «лизиметр» в  переводе с греческого (lysos) означает «растворение, освобождение». Само устройство, с помощью которого определяют количество профильтровавшейся через слой почвы воды и растворенных в ней питательных веществ, называют лизиметром.

Лизиметрический метод  имеет широкое применение в агрохимических, почвенных, мелиоративных, гидрологических и других исследованиях. Это объясняется его преимуществами, позволяющими проводить исследования в природных, близких к производственным, условиям. Недостатком лизиметрического метода является то, что получение почвенных растворов возможно только в условиях промывного водного режима при влажности почв выше наименьшей влагоемкости.

Особенно широко в агрохимии лизиметрические  исследования используются при изучении потерь питательных веществ, вымывающихся при инфильтрации в связи с  применением удобрений.

 

Результаты сопоставления  содержания, поступления питательных  веществ в почву и выноса их урожаем служат основой для составления  баланса питательных веществ в почве, необходимой для построения обоснованной системы применения удобрений.

Б. А. Голубев, писал, что лизиметр — это прибор, с помощью которого при наличии различных приспособлений, возможно, изучать процесс просачивания воды и растворенных в ней питательных веществ через определенный слой почвы, породы или грунта в условиях их увлажнения естественными атмосферными осадками.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Насыпные и монолитные лизиметры

Очень важной, но до конца нерешенной проблемой, является вопрос о том, какой почвой (нарушенного  или ненарушенного сложения) заправлять лизиметры. Вопрос настолько важен, что большинство исследователей выделяют данное различие как отдельную  градацию в заполнении лизиметрических  установок почвой:

• - монолитные лизиметры (с почвой ненарушенного сложения);
• - насыпные лизиметры (с почвой нарушенного сложения).

Из практики использования  лизиметров в нашей стране и за рубежом известно, что предпочтение отдается монолитам, хотя насыпные лизиметры очень широко используются в агрохимических и гидрологических экспериментах. Насыпные лизиметры всегда изолированы, т.е. имеют вертикальные границы - стенки. Часто они представляют собой сосуды/емкости с воронкообразным дном или дном, имеющим уклон в сторону отверстия для стока гравитационной влаги, засыпанным сильнопористым инертным материалом, поверх которого помещается почвенный материал. Форма и размеры таких сосудов может изменяться в широких пределах.

Многие ученые указывают  на разницу в фильтрационных характеристиках  насыпных почв и монолитов, хотя значения и причины этих несовпадений разными  учеными трактуются различно. Кроме  того, в лизиметрах, заряженных почвой нарушенного сложения, суммарное  испарение значительно может  быть меньше, чем в испарителях  и лизиметрах с монолитной почвой. Различие может достигать 30%.

Многие ученые наблюдали обратную картину - снижение величины стока в насыпных вариантах лизиметрических почв, связанное с тем, что насыпные почвы в лизиметрах требуют некоторого времени для усадки и стабилизации свойств почвенного профиля: плотности, агрегатного состава, порозности, влагопроводности и др.

Вероятно, увеличение или снижение величины инфильтрации в почвах с нарушенным сложением  связано с несколькими разнонаправленными явлениями:

• наличием или отсутствием растительного покрова;
• особенностями поступления влаги на поверхность лизиметров - количество и интенсивность осадков или полива. Например, при выпадении осадков ливневого характера величина стока, как правило, выше в монолитах, т.к. они имеют пути быстрой миграции влаги;
• особенностями свойств почвенного материала, его агрегатного состояния, способностью к трещинообразованию;
• скоростью стабилизации почвенных свойств, зависящей, в том числе и от времени начала эксперимента.

В начале опытов в  почве нарушено строение межагрегатного порового пространства. По опытам с  насыпными образцами известно, что количество профильтровавшейся воды в почвах нарушенного строения меньше, чем в монолитах. Действительно, чтобы начался процесс фильтрации в насыпных почвах, необходимо их насыщение до значений выше величины наименьшей влагоемкости. В почвах с естественным сложением сквозной перенос влаги может начаться при меньших значениях влажности, как по устоявшимся путям преимущественного движения влаги, так и по характерным макропорам и трещинам. Необходимо заметить, что одной из целей распашек пахотного горизонта является сохранение влаги и питательных веществ и заключается в разрушении путей быстрого тока воды. Поэтому для восстановления структуры порового пространства требуется некоторое время. В дерново-подзолистых почвах больших лизиметров МГУ равновесный с метеорологическими условиями сток сложился на 10-11-й годы многолетнего эксперимента, когда насыпные почвенные горизонты приобрели основные черты сложения, свойственные новым условиям.

Таким образом, можно  утверждать, что через некоторое  время после начала лизиметрического эксперимента с почвами нарушенного  строения происходит стабилизация почвенных  свойств, формирование устойчивого  строения влагопроводящего порового пространства. Длительность периода зависит от размеров лизиметрических установок и свойств почв, однако, даже в случае больших лизиметров, размерами 8-12 м³, заполненных среднесуглинистыми почвами, это период составляет около 10 лет, что позволяет по истечении этого срока считать их приближенными к почвам естественного сложения. Тем ни менее у лизиметрических установок с насыпной почвой имеются и несомненные преимущества. Во-первых, при постановке эксперимента исследователь избегает погрешностей, связанных с особенностями индивидуального образца почвы. Во-вторых, практически невозможно заполнить лизиметры большого размера единым монолитом, а значит, все варианты с большими лизиметрами могут быть заполнены только почвами нарушенного строения. В-третьих, никакой монолит нельзя считать абсолютно представительным для даже небольшого массива почв того же вида, не говоря уже о подтипе или типе, поскольку латеральная и вертикальная неоднородность очень велика по агрофизическим показателям даже на небольшой площадке. В-четвертых, в лизиметрических почвах, созданных последовательным заполнением лизиметра почвенными горизонтами, границы между ними выраженные и ровные, что позволяет при использовании различного рода гидрофизического оборудования (тензиометры, влагомеры, термодатчики) иметь отчетливое представление о генетическом горизонте, в котором проводятся те или иные измерения.

 

 

2. Агрохимические или почвенно-агрохимические лизиметры

Агрохимические  или почвенно-агрохимические лизиметры  являются преобладающим типом. Как  правило, они имеют прямоугольную  или круглую форму в сечении, мощность почвы не превышает 1 м, испаряющая поверхность имеет значительную площадь - не менее 1 м², сбор фильтрата производится в специальные водоприемники.

Агрохимические  лизиметры могут быть стационарно  установлены в армированные траншеи  или на специальные лизиметрические  станции и иметь коридор или  галерею, где в специальных водоприемниках ведется учет и сбор лизиметрических  вод (лизиметрические установки  Баракова, Вельбеля, Вильямса, Качинского и др.). В случае стационарных инженерных сооружений, необходимо при монтаже лизиметров учитывать «розу ветров», направляя ряд в их сторону. Это позволяет снизить разницу в распределении снежного покрова. В некоторых случаях для сбора фильтрационной влаги сооружается не коридор, а подземная шахта, куда выводятся фильтрационные трубки от лизиметров, расположенных вокруг шахты или колодца.

К агрохимическому  типу лизиметров относятся переносные лизиметры, периодически извлекаемые  из почвенной толщи для забора фильтрата и взвешивания почвы - Ключарева, Рыкачева, Роде.

Лизиметр Рыкачева, предложенный еще в 1896 г, состоял  из трех ящиков. Верхние два площадью 25x40 см устанавливались друг на друга, первый заполнялся почвой, а второй служил для сбора фильтрационной влаги. Третий ящик являлся направляющим, в него вставлялись первые два, он имел большие размеры и был  постоянно углублен в почву.

Лизиметр, разработанный  Ключаревым, представляет собой металлический  цилиндр диаметром 11 см и высотой 20 см, который заправлялся монолитом  и устанавливался вместе с воронкой и емкостью для сбора фильтрата в почву. Лизиметр имел специальные съемные ручки для извлечения его из почвы и взвешивания.

В настоящее время  с появлением новых инертных синтетических  материалов появилась возможность  применять их для изготовления переносных лизиметров, которые в частности, представляют собой почвенные колонки  с насыпной почвой или монолитом  и могут использоваться в различных  лабораторных фильтрационных экспериментах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Агрохимические лизиметры-воронки

Кроме собственно агрохимических лизиметров в почвоведении широкое  распространение получили агрохимические лизиметры-воронки. Особенностью таких  лизиметров является то, что они  могут устанавливаться в почвенную  толщу в соответствии с генетическими  горизонтами - тогда их встраивают на границах смены горизонтов, или, если того требуют задачи исследования, на разных глубинах. Их устанавливают, как правило, одновременно, соблюдая расстояние между ними по горизонтали  не менее 1 метра, во избежание попадания  фильтрационного раствора в соседний лизиметр.

Наиболее известным  вариантом являются воронки Эбермайера из оцинкованного железа, диаметром 50 и 25 см и высотой 5 см, которые устанавливали под исследуемый почвенный слой. Для этого выкапывается произвольной формы галерея, и на боковых стенках в нишах на разных уровнях вырезаются ниши и устанавливаются воронки, предварительно заполненные дренажной засыпкой (галькой, промытым песком, битым стеклом и др.). Влага, просочившаяся через почвенную толщу, поступала в воронку, оттуда через специальный водоток поступала в водоприемник, где и осуществлялся сбор фильтрационных вод. Пространство между воронками и внутренними стенками ниши заполняли почвой. Расстояние между отдельными воронками-лизиметрами по горизонтали должно быть не менее 70-100 см, по вертикали - определяется схемой опыта, исследуемыми генетическими горизонтами и глубинами. Галерею армируют бетоном, кирпичом, досками. Лизиметрические воронки, модифицированные в соответствии с современными задачами, применяют в настоящее время, как для проведения длительных экспериментов, так и для модельных опытов по изучению загрязнения почв, выноса питательных элементов из отдельных почвенных горизонтов.

Для установки лизиметров выкапывается траншея, как правило, с расчетом на три-четыре лизиметра. Глубина траншеи должна превышать  на 0.5-1 м глубину нижнего лизиметра. В боковых стенках в траншеи  при помощи ножа, стамески сооружаются  узкие щелевидные ниши, соответствующие  размеру лизиметров, делая небольшой  уклон в сторону траншеи для  стекания гравитационной влаги. Лизиметры  стороной, не имеющей бортиков, вдвигают в ниши до упора, одновременно прижимая их к «потолку». Все промежутки между  стенками, дном лизиметра и нишей, уплотняя, заполняют почвой из нижележащего горизонта. После установки лизиметра  к водоотводу плотно присоединяют гибкие синтетические шланги (у Шиловой - стеклянные трубки), соединяя их с  установленными на дне траншеи водоприемниками. В качестве водоприемника используются стеклянные бутыли, можно использовать пластиковые бутыли или канистры, из которых почвенная влага периодически откачивается при помощи насоса. Главное, герметичность всех соединений. Для  этого на бутылях герметично устанавливаются  пробки, в которых вставляются  трубка/шланг от лизиметра и вторая трубка, нижний конец которой опускается до дна бутыли, а верхний соединяется с гибким шлангом, выходящим на поверхность почвы. Во избежание деформации гибких шлангов Е.И. Шилова рекомендует помещать их в металлические трубки.

После окончания  установки лизиметров траншею аккуратно  закапывают, укладывая и уплотняя вынутую почву в соответствии с генетическими горизонтами. Над  поверхностью почвы остаются шланги, через них нужно прокачать  воздух из бутылей, затем закрыть  зажимами, обернуть изоляционной лентой и замаскировать почвой во избежание  их растрескивания под действием  перепадов температуры и солнечных  лучей.