CZESŁAW ŚW IĘCICKI
A PA RA TU RA RICHARDSA
DO OZNACZANIA SIŁY W IĄ ZAN IA WODY W G LEBIE (pF) I W IELKOŚCI KA PILARÓW GLEBOWYCH
K om isja A paratury PTG i Z akład G leb o zn a w stw a SGGW
A p a ra tu ra ta została sporządzona w 1960 r. w ram ach prac Kom isji A p a ra tu ry PTG, dzięki poparciu finansow em u Z arządu Głównego. Po konano duże trudności zw iązane z w ykonaniem p orow atych p ły t z m asy ceram icznej, przepuszczalnych dla w ody i nieprzepuszczalnych dla po w ietrza pod ciśnieniem < 1 atn. Sposób p rodukcji ty ch p ły t nie jest po daw any w literatu rze. Poza ty m zbudow ano w Zakładzie G leboznaw stw a SGGW w edług w skazów ek a u to ra urządzenie dostosow ane do ciśnienia 15 atn. W ykonanie tej a p a ra tu ry um ożliw ił pobyt a u to ra w P racow ni Fizyki Gleb dra D. R icharda (In stitu t fü r fo rstliche V ersuchsw esen, B ir- m ensdorf (ZH) w Szw ajcarii w I960 r., za co składam m u serdeczne po dziękow anie.
Zależnie od p rze k ro ju kapilaró w glebow ych w oda u trz y m u je się w nich na w yższym lub niższym poziomie. Siła, z jak ą w oda jest u trz y m y w ana w kap ilarach okrągłych, rów na się sile adhezji i odpow iada cię żarow i słupa w ody zaw artego w k apilarach. Zależność m iędzy p rzek ro jem kap ilarów a siłą u trzy m u jącą w nich w odę w y raża następ ujące rów nan ie :
0,294 d =
---h
gdzie d — średnica k apilarów w cm,
h — siła potrzebn a do opróżnienia k apilarów w yrażona w cm
słupa w ody [1].
R ów nanie to ustalono przy tem p e ra tu rz e w ody 25° C, gęstości w ody 1 i przyspieszeniu ziem skim 981 c m /s e k 2.
Na tej podstaw ie w w y n ik u odpow iedniej ilości oznaczeń w ykonanych dla tej sam ej gleby, m ożna w ykreślić tzw . krzy w ą sorpcji, k tó ra w y k a zuje, z jak ą siłą określona ilość w ody jest zw iązana z glebą.
Aparatura Richardsa do oznaczania siły wiązania wody w glebie 625
N ajb ard ziej in te resu je nas zaw artość wody w glebie, odpow iadająca tzw. pojem ności polowej oraz trw ałe m u p u nk tow i w iędnięcia roślin.
Na podstaw ie krzyw ej sorpcji w ody obliczam y procentow ą zaw artość różnej w ielkości porów w glebie. W yróżniam y pory drobne o średnicy < 0.2 j.i, w k tó ry ch woda zw iązana siłam i, w ynoszącym i ponad 15 atn, nie jest dostępna dla roślin, pory średnie o
0
0,2— 8 u, w k tó rych w oda jest zw iązana siłam i rów nym i 0,345 do 15 a tn i jest dostępna dla roślin oraz p o ry grube o0
> 8 \i, w k tó ry ch w oda zw iązana jest siłam i m n ie j szym i od 0,345 atn. P o ry te w glebach o tzw. norm alny m „drenażu n a tu ra ln y m ” [1] są w ypełnione pow ietrzem .O z n a c z a n i e w o d y z w i ą z a n e j (przy sile ssącej < 1 atn) w y ko n u jem y w celu oznaczenia w glebie zapasu w ody łatw o dostępnej dla roślin oraz tzw. polowej pojem ności w odnej.
P o row ata p ły ta z m asy ceram icznej posiada pory o w ielkości < 1 u i w zw iązku z ty m w oda w przestw orach tej p ły ty jest u trzy m y w an a z siłą
R ys. 1. S ch em a t d ziałan ia p orow atej p ły ty R ichardsa. N a jw ię k sz e pory są od w a d n ia n e pod ciśn ien iem 1,1 atn
m niejszą od 1 atn. O budow a p ły ty je st bardzo p ro sta i każdy zakład naukow y w e w łasn ym zakresie może ją w ykonać (najlepiej n a d a ją się do tego celu odpow iednich rozm iarów h erm en ty czn e g arnk i do gotow ania pod zw iększonym ciśnieniem ). D ziałanie porow atej p ły ty jest p rzed sta w ione n a rys. 1, a obudow a p ły ty n a rys. 2. P ły tę um ieszczam y w zam k niętej p rzestrzeni. Na płycie u staw iam y pierścień o w ysokości 2,5 cm
0 5 c m 1, zaw ierający próbkę gleby o stru k tu rz e nienaruszonej. Pierścień pow inien dobrze przylegać do płyty, nad k tó rą w y tw arzam y w kam erze ciśnienie m niejsze od 1 atn. Przez po ry p ły ty w oda jest w ypychana na zew nątrz. Rów nocześnie w porach p ły ty p ow staje pew ne ssanie, które pow oduje w yciąganie w ody z k apilarów glebow ych. W zależności od w ie l kości ssania, które jest rów ne w ytw orzonem u ciśnieniu, w oda z określo nej grubości kap ilarów glebow ych zostaje usunięta. Czas odw adniania trw a 10— 20 godz, zależnie od składu m echanicznego gleby [1].
1 24 god zin y przed u m ieszczen iem p ły ty z próbkam i w kam erze n asycam y g leb ę w od ą d estylow an ą.
626 С. Św ięcicki
C iśnienie do 0,35 a tn reg u lu jem y za pom ocą ko lum ny w odnej, pow y żej — za pom ocą m an o m etru sprężynow ego.
P rak ty c z n ie oznaczam y pojem ności w odne p rzy 0,020, 0,040, 0,080, 0,160, 0,345, 0,690 atn. J a k w ykazały dośw iadczenia, każde oznaczenie
Rys. 2. S ch em at oznaczania w o d y w g leb ie zw iązan ej siła m i 0— 1 atn p orow atą p ły tą R ichardsa
1 — m anom etr g łó w n y , 2 — reduktor ciśn ien ia , 3 — u szczelk a, 4 — pierścień , 5 — próbka gleb y, 6 — dren, 7 — p orow ata płyta ceram iczna. 3 — od p ływ w od y. 9 — m anom etr w od n y, 10 — butla
z p ow ietrzem , 11 — regulator, 12 — m em brana gum ow a
trw a 18 godzin dla gleb lekkich i śred n ich i do 30 godz dla gleb ciężkich [1]. Po ty m okresie czasu próbki w y jm u jem y z a p a ra tu i pobieram y część każdej z nich do naczyńka wagowego, suszym y do 105° С i oznaczam y zaw artość wody. Pozostałe na płycie próbki um ieszczam y ponow nie w aparacie dla oznaczania w ilgotności przy innym ciśnieniu. Ilość wody w próbce oznaczam y w procentach w agow ych i objętościow ych.
O z n a c z a n i e s i l n i e z w i ą z a n e j w o d y (przy sile ssącej 1,5 atn) w ykonujem y w celu oznaczenia tzw. trw ałego p u n k tu w iędnięcia roślin. Do tego celu służy tzw. a p a ra tu ra m em branow a R ichardsa.
Oznaczenia silnie zw iązanej w ody w glebie słaboszkieletow ej dokonu jem y w próbkach o n a tu ra ln e j stru k tu rze, n atom iast w glebach szkiele tow ych próbki przesiew am y przez sito o 0 oczek 1 mm. K ażdą z próbek um ieszczam y w p ierścieniach o w ysokości 1 cm i 0 5 cm.
A p a ra tu ra m em branow a składa się z dwóch zasadniczych części — podstaw y i p rzykryw y, k tóry ch w ytrzym ałość jest obliczona na ciśnienie 15 atn. Są one połączone ze sobą pierścieniem i zm ocow ane 8 śrubam i
Aparatura Richardsa do oznaczania siły wiązania w ody w glebie 627
(rys. 3). N a podstaw ie kolejno są um ieszczone: podkładka blaszana o g ru bości 1 m m z 2 m m otw orem w środku, siatk a służąca jego d ren o w iel kości oczek około 0,1 mm, m em b rana wiskozowa, k tó ra posiada granicę przepuszczalności pow ietrza około 100 atn, uszczelka gum owa, pierścień stalow y wysokości 35 mm, m em b rana (uszczelka gum owa) i przyk ryw a.
R ys. 3. A paratura m em b ran ow a R i ch ard sa do ozn a cza n ia w o d y w g leb ie
zw iązan ej siła m i 1— 15 atn
1 — m anom etr g łó w n y , 2 — rea k to r c i śn ien ia , 3 — w e n ty l p rzep u stow y, 4 — k urek, 5 — w en ty l, 6 — porow ate krążki, 7 — m a n om etr ró żn ico w y , 8 — rtęć, 9 — p rzy k ry w a, 10 — śruba, 11 — m em brana gum ow a, 12 — p ierścień , 13 — m em brana w isk o zo w a , 14 — uszczelk a gu m ow a, 15 — podkładka
z drenem , 16 — p od staw a
M anom etr różnicow y um ożliw ia otrzym anie nad gum ow ą m em braną ciś nienia większego o 1/10 a tn niż w p rzestrzen i zajętej przez próbki gle bowe. Dzięki tem u zostaje zachow any sta ły k o n tak t gleby z m em b raną wiskozową.
P róbki glebow e nasycam y w ciągu 24 godz w odą destylow aną. Rów nież m em b ran a jest m oczona przez 4 godz w wodzie destylow anej. P ró b ki glebow e um ieszczam y na m em branie, po czym uszczelniam y aparat. Po podniesieniu ciśnienia do 15 atn, co stw ierdzam y na m anom etrze głów nym , w łączam y m an o m etr rtęciow y (pomocniczy) i pozostaw iam y próbki na 36 godz w aparacie. C iśnienie podnosim y za pom ocą b u tli z pow ietrzem lub azotem albo sp rężarki po w ietrznej. Po podanym okre sie czasu p obieram y próbki do naczyniek wagow ych, w ażym y i suszym y w 105° C. Pojem ność w odną oznaczam y wagow o i objętościowo.
LIT ER A TU R A
[1] R i c h a r d F., B e d a J.: M ethoden zur B estim m u n g der W asserbindung und der P oren grössen in n a tü rlich e g ela g erten W aldböden. M itteilu n g en der S c h w e i zerisch en A u sh a lt für d as fo rstlich e V ersu ch sw esen X X IX B and, 2 H eft, Z ürich 1953.
[2] R i c h a r d s L. A.: P ressu re m em b ran e apparatus construction and use A g ri cu ltu ral E n gin eerin g (vol. 28 010, s. 451— 454, 460, M ichigan 1947).
