Гранулометрический состав почвы. Классификации и методы определения гранулометрического состава

В перечне геодезических работ иногда можно встретить такую услугу, как определение состава почвы. Данная процедура выполняется с целью получения сведений о содержании частиц в почве на конкретной местности. В строительных работах определение такого состава требуется нечасто, но в сельском хозяйстве и геолого-разведывательных мероприятиях без него не обойтись. При этом гранулометрический состав может быть определен разными методами. Выбор одного из них зависит от множества факторов и условий.

Общие сведения о гранулометрическом составе

Под гранулометрическим составом понимается наличие механических элементов в почве. Причем в данном случае почву можно рассматривать как общее обозначение грунта, который может быть также искусственным. Что касается частиц, то они могут иметь разные характеристики и происхождение. Также встречаются разные по концентрации виды составов. Например, гранулометрический состав песка будет в той или иной мере однородным, даже в плане содержания частиц определенной фракции. Специалисты отмечают, что минимальный размер элементов, которые способны выявлять практикуемые техники данного анализа, составляет лишь 0,001 мм.

В соответствии с ГОСТом выделяется шесть наименований фракций – это те же песчаные частицы, глыбовые, гравийные, глинистые и др. Каждая фракция имеет не только свой диапазон типоразмеров, но и биологическое происхождение. При этом не стоит думать, что только лишь содержанием мелких частиц характеризуется гранулометрический состав. ГОСТ под номером 12536-79 также отмечает, что максимальный размер фракции, которая учитывается как составная часть почвы, достигает 200 мм. Это преимущественно валунные элементы, которые могут иметь и большие размеры. Самую же мелкую фракцию представляет глина, хотя в этом показателе с ней могут конкурировать и песчаные частицы.

Классификации гранулометрического состава

Помимо фракционной градации почв, существуют и другие принципы классификации. Один из них предусматривает разделение на основе показателей содержания частиц глины. В этом случае также учитывается характер почвообразования и выявляется доминирующая фракция. Альтернативной классификацией является определение типа состава через наличие элементов песка, пыли и той же глины. То есть в некотором роде такой гранулометрический состав будет определяться по комбинированному принципу с комплексным представлением информации о включенных в него элементах. Важно отметить, что из-за схожести между двумя подходами к классификации составов, их довольно сложно разграничивать в практике применения.

Прямые методы определения состава

Существуют две принципиально разных группы способов определения механического состава почвы. Одна из них – косвенная и рассчитанная на выявление закономерностей почвообразования в условиях конкретной местности, а другая представляет сегмент прямых методов, базирующихся на технических средствах анализа. В частности, группа прямых методов может задействовать специальные приборы, устройства и приспособления, которые позволяют определить параметры частиц с высокой долей точности. В частности, могут применяться электронные и оптические микроскопы, которые реализуют микрометрическое исследование. Прямой метод позволяет точнее определять гранулометрический состав почвы, однако, из-за сложностей технической организации процесса и дороговизны применяется крайне редко.

Косвенные методы определения состава

К данной группе способов определения состава обычно относят методики, которые основываются на применении разных закономерностей в структуре исследуемой смеси. В частности, могут выявляться зависимости между самими элементами массива, но чаще всего предполагается комплексный анализ. То есть, в процессе сравнения также учитываются и другие характеристики почвы, среди которых влажность, свойства суспензии, динамика осаждения и т. д. Косвенные методы определения гранулометрического состава также задействуют оптические и ареометрические способы регистрации физических качеств. Кроме того, новейшие технологии позволяют использовать и моделирование природной седиментации. Если сравнивать это направление анализа с прямыми методами, то к его недостаткам можно отнести невысокую точность. Поэтому, если требуется произвести разовое исследование на конкретном участке, то предпочтительнее будет все же прямой метод. Но в масштабных и регулярных работах экономически себя оправдывают только косвенные способы.

Ареометрический метод

Это узкоспециализированная, хотя и популярная методика, которая базируется на принципах вытесняемой жидкости. Собственно, так работает используемый в процессе анализа прибор ареометр. Сам же принцип действует согласно правилу, по которому объем вытесняемой жидкости будет эквивалентен массе, замещенной новым телом. Только в случае с практикой применения ареометрической техники гранулометрический состав почвы определяется через собранную суспензию. В частности, специалист также путем погружения частиц в воду проверяет отклонения от данных, полученных ранее. Обычно такой анализ выполняется серийно, причем в каждом случае работа ведется над определением одной характеристики – плотности. Опять же, на основе взаимосвязи частиц и условий их пребывания в почве таким образом можно определить фракционный и механический состав.

Пипеточный метод

В данном случае также применяется жидкостная среда, позволяющая различать отдельные частицы по характеристикам. Взятую пробу погружают в воду, после чего фиксируют скорость падения элементов состава. Спустя определенный промежуток времени, анализ завершается, а осевшие частицы вынимаются. Затем проба просушивается, измеряется и формируется отчет по результатам проверки. Как правило, определение гранулометрического состава по этой методике применяется в анализе глинистых почв. Обусловлено это как раз тем, что частицы в таком грунте имеют мелкую фракцию, которую можно анализировать путем скорости падения в жидких средах.

Метод Рутковского

Как и все косвенные способы анализа состава, данная методика не отличается высокой точностью и дает лишь общее представление о содержащихся в исследуемой массе элементах. Сам принцип определения характеристик частиц по методу Рутковского базируется на двух параметрах. В первую очередь это та же скорость падения элемента в жидкостной среде. Но в этом случае зависимость прослеживается не между скоростью и происхождением частицы, а в отношении динамики погружения к размеру. И второй параметр, который позволяет определять гранулометрический состав грунта по этой технике, базируется на способности частиц набухать в той же водной среде. В этой части анализа выявляются и физические, и в некотором роде химические качества массы.

Ситовой метод

Это один из старейших и самых распространенных методов определения почвенного состава. Он основывается на использовании специальных наборов сит, которые пропускают фракции одного размера, и не пропускают частицы с более крупными параметрами. Способ простой и доступный в использовании, поэтому его часто применяют в строительной отрасли, где нет возможности организовывать сложные методы косвенного анализа. Впрочем, проверку состава через сито нельзя с уверенностью отнести и к прямым методам. Все же такой анализ не позволит определить, к примеру, гранулометрический состав пород с той же степенью точности, как это сделает микрометрическое исследование. Правда, точность во многом будет зависеть от инструмента анализа – то есть набора сит. Существуют две категории данных приспособлений. Одна из них ориентируется на работу с просеиванием без промывки. В этом случае ячейки имеют размер от 0,5 до 10 мм. Другая группа представляет сита, имеющие фракцию прохождения от 0,1 до 10 мм.

Как гранулометрический состав влияет на растения?

И фракция, и представление разными минералами влияет на аграрно-технические свойства почвы. В частности, состав может определить водно-воздушную среду грунта, его склонность к процессам эрозии, агрегированность, плотность, биологические и химические качества. Так, например, песчаные и глинистые почвы обуславливают слабость среды в плане воздушного и влажностного обмена. Это губительно для большинства растений – особенно, выращиваемых в рамках сельскохозяйственных угодий, где на плодородный слой также влияет и характер возделывания. Но гранулометрический состав важен для растительности даже не столько с точки зрения структуры и плотности, сколько содержанием полезных элементов. Иногда наличие магния, фосфора и солей само по себе обеспечивает оптимальный пласт питательной базы, избавляя и от необходимости внесения дополнительных удобрений.

Заключение

Пример технологических подходов к анализу почвы на предмет гранулометрического состава показывает, как новейшие измерительные приборы оказываются неконкурентными перед методами исследования с применением учета элементарных физических правил и закономерностей. Конечно, нельзя сказать, что определение гранулометрического состава грунта посредством микрометрического анализа проигрывает косвенным методам в качественных рабочих показателях. Но в плане практичности именно вторая группа оказывается более эффективной. При этом сама концепция использования высокоточных технических средств вовсе не отменяется. Наиболее перспективные методы как раз предполагают совмещение двух принципов исследования.