R O C Z N IK I G L E B O Z N A W C Z E , T. V III, Z. 2, W A R S Z A W A 1959
W ITO LD N IEW IA D O M SK I I JÓ Z E F PO R A D O W SK I
WSTĘPNE UWAGI NA TEMAT METODY N. D. PUSTOWOJTOWA DO OZNACZANIA TRWAŁOŚCI STRUKTURY GLEBY
I MODYFIKACJA JEGO APARATU
Z K a te d ry O gólnej U p raw y Holi i R oślin W SR w O lsztynie /
W STĘP
Żyzność gleby ocenia się obecnie szeregiem biologicznych, fizycznych i chemicznych wskaźników. Wśród nich niemałą rolę zwykło się przypisy wać strukturze i teksturze gleby zarówno naturalnej, jak i sztucznej, zmie nionej przez gospodarczą działalność człowieka. Trzeba jednak otwarcie przyznać, że pogląd ten jest w większym stopniu w ynikiem wieloletnich obserwacji praktyków rolników, niż ścisłych pomiarów terenowych bądź laboratoryjnych. Wprawdzie istnieje już bardzo obszerna m etodyka po miaru struktury gleby, ale zasada większości metod budzi zastrzeżenia. W przypadkach zaś, gdy to nie zachodzi, napotykam y znów na jednostron ność metod, pozwalającą tylko na poznanie pewnej cechy struktury, np. wodoodporności gruzełków, czy ich wielkości i procentowego składu. Po nieważ stan strukturalny gleby jest czymś o wiele bardziej złożonym, przeto określenie nawet najwierniejsze samego stanu fizycznego — w iel kość, trwałość, kształt czy barwa gruzełków jeszcze nie zadowala. Podobnie zresztą jak niewystarczająca jest tu wiedza o samym tylko wzajem nym układzie cząstek elem entarnych i gruzełków, czyli budowie gleby (tekstu ra). W iele wskazuje na konieczność wniknięcia w wewnętrzną budowę gru zełków i procesów bio-fizyko-chem icznych tam zachodzących.
Sprawy te, niew ątpliw ie zawiłej natury, komplikują się jeszcze, gdy przedmiotem badań są najdrobniejsze gruzełki mikro- czy ultraagregaty. Z powodu trudności natury metodycznej nie wydaje się, byśm y byli bliscy ich rozwiązania, skoro nadal nie bardzo um iem y poprawnie określić uprzed nio wspomniane tylko pojedyncze cechy struktury.
154 W. N ie w ia d o m sk i, J. P a ra d o w ski
W tym stanie rzeczy celow e w ydaje się śledzenie rozwoju tej m etodyki i stałe, krytyczne informowanie o każdej nowej próbie oznaczenia struktu- ralności gleb. Nie od rzeczy będzie wspomnieć, że o strukturze i teksturze gleby mówi się, a co gorsze, pisze się o w iele za.dużo, niż zezwala na to dotychczasowa bardzo skromna, nadto wątpliwej ścisłości dokumentacja naukowa.
Warto przeto, by w naszych pracowniach fizyki gleby sprawdzić i prze badać niedawno ogłoszoną przez N. D. P u s t o w o j t o w a [5] m etodę oznaczenia trwałości struktury gleby i poddać ją jak inne krytycznej ocenie.
ZA SADA M ETODY N. D. PU STO W O JTO W A
Ponieważ N. D. Pustow ojtow przejął z m etody Fadjejewa-W iliamsa zasadę pomiaru trwałości struktury gleby, przeto konieczne jest podanie na ten tem at kilku uwag [8].
Pomiar trwałości gruzełków glebowych na rozmywanie w metodzie Fadjejewa-W iliamsa odbywa się na zasadzie oznaczania ilości jednostko w ego przepływu wody (w ml lub mm na minutę) przez jednostkę m asy gleby w określonych odstępach czasu. Metoda ta — w edług Pustow ojto- wa — wyróżnia się tym, że jej zasada pomiaru naśladuje stosunkowo lepiej niż w innych metodach naturalny proces rozmywania gruzełków, zacho dzący w glebie skutkiem przesiąkania wody. Oznaczenie trwałości struktu ry przeprowadza się tu na frakcji gruzełków o średnicy 2— 3 mm, w po wietrznie suchej glebie, w yniki zaś przedstawia graficznie. Na podstawie kształtu krzywej średniej jednostkowej przesiąkliwości wody i jej zm ien ności w czasie wnosi się o wodoodporności zlepków glebowych.
Należy podkreślić, że wyżej opisana metoda obok zalet posiada nastę pujące wady: oznaczenia struktury dokonuje się' w podsuszonych prób kach, co narusza ich aktualny stan fizyczny; strukturę określa się zaledwie jedną cechą — trwałością; rozm ywanie gruzełków, które zachodzi tu ty l ko skutkiem przesiąkliwości, nie jest wiernym oddaniem warunków na turalnych, gdzie agregaty rozpadają się również pod w pływ em m echanicz nych uderzeń kropli deszczu; analizowanie tylko wybranej frakcji gru zełków nie wydaje się uzasadnione, zwłaszcza gdy badaniom poddajemy różne typy gleb, w których znaczenie i funkcja poszczególnych frakcji do dziś nie jest zgodnie rozstrzygnięta.
Część tych wad usuwa metoda N. D. Pustowojtowa, w której autor po sługuje się aparatem własnego pom ysłu [5]. Służy on do określania trw a łości struktury na podstawie pomiaru ilościowych zmian zachodzących w przesiąkliwości gleby w określonych odstępach czasu i wyrażonych w ml bądź mm/min. Badania przeprowadza się w warunkach nienaruszonej bu
TJwagi na te m a t m e to d y N. D. P u sto w o jto w a 155
dowy, struktury i niezm ienionej wilgotności w tych samych cylinderkach, którym i pobierano w polu próbki glebowe. Są to wszystko znaczne ulepsze nia m etody Fadjejewa-W iliamsa, z tym że aparatura Postowojtowa nie
jest zbyt dogodna do seryjnych oznaczeń tak niezbędnych w e współ czesnych badaniach rolniczych.
W w yniku współpracy pracowników Katedr: Ogólnej Uprawy Roli i Roślin i M aszynoznawstwa Rolniczego WSR w Olsztynie dokonano prze budowy aparatu N. D. Pustowojtowa. Aparat ten przystosowano do seryj nego pomiaru 10 próbek gleby o zmniejszonej do 100 cm 3 pojemności cy- linderków najczęściej używanych w polskich pracowniach fizyki gleby. Stano bowiem na stanowisku, iż bardziej miarodajny wynik daje analiza m asowa co prawda m niejszych próbek glebowych niż analiza pojedynczej próbki o znacznie zwiększonej objętości.
O P IS A PA R A TU
Jak wskazuje załączony rys. 1, nowo skonstruowany aparat do oznacza nia trwałości struktury gleby składa się z 4 części:
a) 10 m etalow ych cylinderków obustronnie zaopatrzonych w wieczka z siateczkami,
b) 10 urządzeń do- i odprowadzających wodę z każdego cylinderka od dzielnie,
c) 1 zbiornik ciśnieniowy na wodę,
d) stalowa rama do umocowania części podanych w punktach a—c. Cylinderki, każdy o pojemności 100 cm 3, są wykonane z nierdzewnego metalu, najlepiej z mosiądzu.
Każdy cylinderek umocowuje się wodoszczelnie (pierścienie gumowe) pom iędzy dwoma uchwytami: dolnym nieruchomym, zaopatrzonym w po trójny kran i górnym wraz z rurką odpływową. Trójdrożność kranu ze zwala na nadanie wodzie jednego z trzech kierunków przepływu: dopro wadzenia wody ze zbiornika ciśnieniowego do cylinderków, odprowadzenia w ody z gleby po ukończonej analizie bądź opróżnienia z wody zbiornika ciśnieniowego. Pierw szy sposób nastawienia kranu uruchamia przepływ wody przez próbkę gleby od dołu ku górze. Po częściowym nasyceniu się gleby woda spływa poprzez otwór w górnym uchwycie rurką na zewnątrz aparatu do podstawionych cylindrów miarowych.
Pośrodku aparatu nad zestawem cylinderków przytwierdzony jest zbiornik ciśnieniowy (wysokość 197 mm, średnica 57 mm) na wodę. Ciśnie nie reguluje się wysokością słupa wody za pomocą śruby ślim akowej, od czytując wartość w mm na skali umieszczonej obok zbiornika. Zbiornik ten posiada 4 krótkie rurki metalowe: górną dopływową, połączoną wężem gum owym ze źródłem wody o stałej temperaturze, środkową upurtową,
156 W. N iew ia d o m ski, J. P o ra d o w ski
Rys. 1. Modyfikacja aparatu N.D. Pustowojtowa do seryjnego ozna czania trwałości struktury gleby (aparat wykonano w Warsztatach
Mechanicznych Katedry Maszynoznawstwa Rolniczego WSR
w Olsztynie). Modified N.D. Pustowojtow apparatus for- serial determination of stability of soil structure (constructed by the me chanical workshops of the Chair of Agricultural Mechanical
Engineering, Agricultural College Olsztyn)
utrzymującą wodę w zbiorniku na stałym poziomie i dwie dolne, zasila jące wodą po 5 cylinderków z glebą.
Rama aparatu posiada 4 śruby do poziomowania przed rozpoczęciem analizy.
POBIERANIE PRÓBKI I PRZEBIEG ANALIZY
Przed pobraniem próbek glebowych należy wewnętrzną ścianką cy linderków powlec cienką warstewką wazeliny technicznej lub towotu; ma ona uszczelnić przestrzeń między glebą a ścianką pierścienia. Za pośred nictw em specjalnego wciskacza bądź po prostu deszczułki wprowadza się pierścień do gleby. Po jego wydobyciu z ziemią wystające części gleby ob cina się ostrożnie nożem, równo z krawędzią pierścienia, po czym szczelnie zamyka nakrywkami. Pobrane próbki glebowe trzeba w polu starannie strzec przed każdą niepożądaną utratą wilgoci (nasłonecznienie, nagrzana gleba itp.). W razie niemożności bezpośredniego wykonania analizy cylin- derki uszczelniamy parafiną.
W laboratorium następuje wym iana zw ykłych nakrywek na siatkow e i kolejne umocowanie 10 cylinderków. Konieczna jest tu pełna wodo
U w agi na te m a t m e to d y N. D. P u sto w o jto w a 157
szczelność, stąd styk każdego cylinderka z obu uchwytam i (górny i dolny) uszczelnia się wkładką gumową (np. z dętki rowerowej). Pod każdą rurkę odprowadzającą wodę z cylinderka podstawia się szklany cylinder miaro w y do oznaczania objętości wody przesiąkającej przez glebę. Z chwilą napełnienia wodą zbiornika ciśnieniowego i ustalenia żądanej wysokości ciśnienia aparat jest przygotowany do rozpoczęścia analizy.
Bezbłędność w dokonywaniu odczytów ilości przesiąkniętej wody w a runkuje, między innymi, kolejne, a nie jednoczesne uruchamianie poszcze gólnych przepływów. Odczyty przebiegu przesiąkania rozpoczyna się z chwilą ukazania się pierwszej kropli w rurce odpływowej cylinderka i przeprowadza w ciągu 1 m inuty co 5, 15, 30, 60, 120, 180 itd. minut, aż do ustalenia się jednostkowej przepuszczalności. W yniki przedstawia się gra ficznie, odkładając na jednej z osi czas od chw ili rozpoczęcia pomiarów, na drugiej zaś wielkość jednostkowej przesiąkliwości w ml lub mm/min.
K ształt krzywych określa przebieg procesu zmian w przesiąkaniu, a tym sam ym — według Pustowojtowa — zmian w strukturalności, sw o istych dla każdej gleby.
BA D A NIA W ŁA SN E
By sprawdzić metodę N. D. Pustowojtowa, a z drugiej strony wypró bować działanie nowo skonstruowanego aparatu, zbadano na trwałość struktury trzy krańcowo różne gleby: lekką, średnią i ciężką. Materiał ten pobrano tylko z w arstw y akumulacyjnej (0— 20 cm), w tym przypadku bowiem nie było naszym celem zbadanie jakiegoś określonego profilu gle bowego.
Uważano, iż bliższa charakterystyka porównywanych gleb jest tu ko nieczna i z tej racji wykonano następujące analizy fizycznych właściwości: skład mechaniczny — metodą Casagrandea w m odyfikacji Prószyńskiego, ciężar w łaściw y — pikn orne try cznie, ciężar objętościowy rzekomy — w e dług K opecky’ego, wilgotność — sposobem wysuszenia w 105 °C, poro watość ogólną — piknometrem powietrznym w modyfikacji Święcickiego.
W yniki tych orientacyjnych pomiarów zestawiono w tabl. 1. i 2. Jak widać, skład mechaniczny porównywanych m ateriałów był bardzo różny. Gleba brunatna lekka zawierała 2% części spławialnych, średnia wykazała 23%, natomiast ciężka aż 61%. Dobór tak krańcowo odmiennych gleb nie był przypadkowy, chodziło bowiem o określenie trzech niew ątpli wie bardzo odległych sobie stanów strukturalnych. Ze względu na to, że podobne gleby występują pospolicie w naturze, w yniki analiz na trwałość struktury w pewnym sensie mogą być uznane za wzorcowe dla metody N. D. Pustowojtow a. Pom iary te jednak nie mogą być sprawdzianem czu łości tej m etody. Sprawa ta wym agałaby wręcz odwrotnego postawienia —
сл
00
S k ła d m e ch a n icz n y porównyw anych g le b w % /p o z io m p o b r a n ia p ró b e k O - 2 0 /
TABLICA 1
M e c h a n ic a l c o m p o s itio n o f th e com pared s o i l s i n % /s a m p le ta k i n g l e v e l 0 - 2 0 cm/
C z ę ś c i C z ę ś c i Ś r e d n ic a c z ą s t e k z i e m i s ty c h g le b y C z ę ś c i G rupa s z k i e z i e m i s t e D iam ete r o f s o i l p a r t i c l e s mm s p ła w ia l n e mecha
Typ le to w e <1 mm < 0 ,0 2 mm n ic z n a M iejsco w o ść L o c a l i t y g le b y S o i l ty p e >1 mm S k e le S o i l p i a s e k - sa n d p y ł - r i n e sa n a P a r t i c l e s < 0 ,0 2 mm Mecha n i c a l g ro u p t a l p a r t . >1 am p a r t . <1 mm 1 - 0 ,5 0 , 5 -0 ,2 5 0 , 2 5 - 0 , 1 00 ,0 5, 1 - 0 , 0 5 -0,02 b r u n a tn a le k k a p i a s e k brown I t * 9 8 ,6 9 ,9 2 6 , 6 5 1 ,7 8 ,4 1.* 2 lu ź n y e a r t h san d R«Z.D. l i g h t A g r .E x p .S ta t# g l i n a P o s o r t y , pow. 1 O ls z ty n 4 b r u n a tn a ś r e d n i a brown e a r t h medium 0 ,4 9 9 ,6 4 , 9 3 6 , 4 22,0 12,6 23 p y l a s t a s i l n i e p i a s z c z . f i n e sand loam s t r o n g l y sa n d y n 7 n b r u n a tn a R ф u • U • A g r . E x p .S t a t . Ł ę ż a n y , pow. c i ę ż k a brown e a r t h 0 ,3 9 9 ,7 1,0 2,0 11,2 9 ,4 1 5 ,4 61 c l a yi ł R e s z e l h eavy N i e w i a d o m s k i , J . P o r a d o w s k i
N ie k tó r e f i z y c z n e w ła ś c iw o ś c i porównyw anych g le b /p o z io m p o b r a n ia p ró b e k 0 -2 0 cm/
TABLICA 2
Some p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f t h e com pared s o i l s
Typ g le b y C ię ż a r w ła śc iw y W ilg o tn o ś ć a k t u a l n a C ię ż a r o b j ę t o śc io w y P o ro w a to ść - P o r o s i t y # M ie jsc o w o ść w ^ s.m . L o c a l i t y S o i l ty p e S p e c . g r a v . g/cm3 A c tu a l m o is tu r e % i n d r y m a tte r V o l. w e ig h t g/cm*3 o g ó ln a t o t a l k a p i l a r n a c a p i l l a r y n i e k a p i l a r n a n o n - c a p i l l a r y R .Z .D . Agr* Exp. S t a t . , P o s o r t y , pow. O l s z t y n ’ V b r u n a tn a l e k k a brown e a r t h l i g h t b r u n a tn a ś r e d n i a brown e a r t h medium 2 ,6 0 2 ,5 5 4 ,4 0 5 ,0 4 1 ,4 8 1 ,3 3 4 1 ,7 9 4 7 ,8 4 3 4 ,4 5 3 1 ,1 1 7 ,3 4 1 6 ,7 3 R. Z. D. A g r. Exp. S t a t . Ł ę ż a n y , pow. R e s z e l b r u n a tn a c i ę ż k a brown e a r t h h ea v y 2 ,6 7 3 ,7 4 1 ,4 6 4 5 ,2 9 3 1 ,3 0 1 3 ,9 9 U w a g i n a te m a t m e to d y N . D . P u s t a w o j t o w a
160 W. N iew ia d o m ski, J. P o ra d o w ski
analizowania gleb o subtelnych różnicach w składzie mechanicznym, co nie było naszym zamierzeniem.
Również i liczby tablicy 2, co prawda nie tak wyraźnie jak poprzednie, dowodzą o zróżnicowaniu porównywanego materiału pod względem poro watości i aktualnej wilgotności.
Gleby te poddano analizie na trwałość struktury zgodnie z metodą Pusto- wojtowa. Każdą z gleb — lekką, średnią i ciężką przeanalizowano w 15 po wtórzeniach, w warunkach stałego ciśnienia i tem peratury wody. Aby uniknąć większych zmienności między rów noległym i próbkami, pobiera no je w najbliższym sąsiedztwie na powierzchni nie przekraczającej 0,5 m 2. W yniki pomiarów wyrażono graficznie na rys. 2. Każda z krzywych przesiąkliwości jednostkowej reprezentuje średnią wartość z 15 oznaczeń.
Przebieg procesu zmienności wsiąkania pozwala na wysnucie następu jących orientacyjnych wniosków co do trwałości gruzełków:
1. Dynamika przesiąkania wody w glebie brunatnej lekkiej zdecydo wanie odbiega od pozostałych gleb. Falisty przebieg krzywej ilustruje usta wiczną zmienność jednostkowej przesiąkliwości, bez oznak na jej ustale nie się nawet po upływ ie 5 godzin od chwili rozpoczęcia obserwacji. Po rap townym rozmyciu nielicznych i nietrw ałych gruzełków (gwałtowny spadek przesiąkliwości po pierwszych minutach) obserwuje się trudną do w yjaś nienia nieregularną zmienność stanów strukturalnych, dających w efekcie tzw. krzywą „pulsującą”. Jest to — według Pustowojtow a — typow y prze bieg zjawiska dla gleb o nikłej strukturze, czyli słabych zdolnościach dla formowania gruzełków.
2. Proces spadku przesiąkliwości wodnej gleby brunatnej średniej i cięż kiej pozwala na wyróżnienie w nim 3 faz:
— pierwszej — skokowego spadku przesiąkliwości w początkowym okresie analizy (do około 15 m inut od rozpoczęcia pomiarów),
— drugiej — nadal wydatnego, lecz bardziej stopniowego jej zani kania i
— trzeciej — ustalenia się jednostkowych przepływów.
3. Przebieg fazy drugiej i trzeciej (o których mowa w punkcie 2), po mimo ogólnego pokrewieństwa, różni się wyraźnie prędkością przesiąka nia, co wskazyw ałoby tylko w grubym przybliżeniu na odrębny przebieg zmian również w strukturalności gleb. O ile w ciężkiej glebie przesiąkli- wość ustaliła się już po upływ ie około 120 minut, o tyle w średniej nie udało się tego wykazać naw et po 300 minutach obserwacji.
4. Rzucająca się w oczy odrębność w przebiegu przesiąkliwości i filtracji porównywanych ze sobą gleb o różnych zawartościach części spławialnych i szkieletu (tabl. 1) polega na stosunkach ilościowych. Gleba
U w agi na te m a t m e to d y N. D. P u sto w o jto w a 161
brunatna lekka w jednostce czasu (minuta w okresie w yjściow ym analizy) po 5 minutach od rozpoczęcia pomiarów odsącza niemal 2-krotnie więcej wody niż gleba średnia, natomiast niem al 20-krotnie tyle co gleba ciężka.
Rys. 2. Z m ia n y w p rzesiąkliw ości gleby ja k o w sk aź n ik sto p n ia rozm ycia gruzełków . C hanges in soil p e rm e a b ility as indices of soil cru m b s
W końcowej fazie obserwacji (po 5 godzinach od rozpoczęcia analizy) sto sunki pow yższe ulegają znacznemu poszerzeniu: gleba średnia odsącza już 8, a ciężka aż 550 razy mniej wody niż gleba lekka. Ta ostatnia w ciągu całego okresu 5 godzin obserwacji utrzym ała przesiąkliwość jednostkową mniej więcej na jednakowym poziomie, czyli że po pierwszym załamaniu krzywej nie stwierdzono wyraźniejszej tendencji zanikania przesiąkli wości.
162 W. N ie w ia d o m s k i, J. P a ra d o w ski
K RY TY CZN A OCENA M ETODY N. D. PU STO W O JTO W A
W ruchu wody wolnej grawitacyjnej w glebie należy wyróżnić dwa odrębne zjawiska — przesiąkanie (wsiąkanie) i filtrację [4, 6]. Pierw sze z nich wyprzedza filtrację, jest zm ienne w czasie i zachodzi w warunkach jeszcze niepełnego nasycenia wodą przestworów glebowych. Z chwilą usta lenia się przepływ u jednostkowego, co następuje w glebie po pełnym na syceniu wodą w zasadzie całej przestrzeni porowatości (powiadamy „w za sadzie całej”, gdyż w edług A. R o d e g o [6] stanu absolutnie pełnego na sycenia nie sposób osiągnąć w warunkach zatrzymania się w przestwo rach „powietrza uw ięzionego”), spotykam y się z drugą fazą zjawiska zwaną przepuszczalnością lub filtracją. Zatem w tym stanie fizycznym prędkość przesączającej się wody przez jednostkę gleby przyjm uje wartość stałą i od tego m omentu zwykło się m ierzyć laboratoryjnie cechę przepuszczal ności.
W m etodzie Pustowojtow a obserwacje koncentruje się głównie na pierwszej fazie zjawiska ruchu w ody — na przesiąkliwości, charakteryzu jąc dynam ikę jej zmienności w czasie. Faza druga — filtracja, w metodzie tej nie m usi być rejestrowana ilościowo, samo bow iem zjawisko podlega pewnej stabilizacji, co wskazyw ałoby, m iędzy innym i, na pewną stabili zację również stanu strukturalnego i zakończenia się rozpadu gruzełków. A le całość tego procesu nie jest bynajmniej tak pojedyncza, jak można by wnosić na pierw szy rzut oka. Nie należy bowiem zapominać, że zarówno wsiąkanie jak i filtracja są wypadkową całego szeregu w pływ ów nie tylko struktury, a mianowicie: składu mechanicznego, tekstury, porowatości, ilości koloidów hydrofiłowych, ilości i jakości elektrolitów , stopnia aktual nej wilgotności, wielkości sił kapilarnych, powierzchni zbiorowej wody, tem peratury przesiąkającej wody, kanalików po dżdżownicach itp. [1, 2, 3, 4, 6, 7, 9]. Słowem, pomiar zm ienności wsiąkania nie daje jeszcze pod staw do wnioskowania o trwałości struktury, ponieważ jest on wypadkową nie jednego, lecz w ielu jednocześnie współdziałających czynników. Nasu wa się zatem pytanie, czy istnieje m ożliwość odizolowania w pływ ów ubocz nych, aby móc śledzić przesiąkliwość wyłącznie jako funkcję samej trw a łości struktury. W omawianej m etodzie da się w ykluczyć w p ływ tem pera tury wody, ustalając ten czynnik na jednym poziomie. Pęcznienie koloidów hydrofitowych ham ujących przesiąkanie w pew nym stopniu można uw a żać za pierwsze stadium dyspergowania gleby [2], a więc również rozpadu zlepków strukturalnych. Gorzej jest z usunięciem w p ływ ów ham ujących przesiąkliwość uw ięzionego w przestworach glebow ych powietrza, a już nie sposób w yłączyć z działania siły kapilarne i aktualny stan uw ilgotnienia
U w agi na te m a t m e to d y N. D. P u sto w o jto w a 163
Jak z powyższego widać, metoda oznaczania trwałości struktury jako funkcji przesiąkliwości będzie dawała tym mniej porównywalne ze sobą wyniki, im przedmiotem badań będą gleby bardziej od siebie odległe, zwłaszcza pod względem składu mechanicznego i stanu aktualnej w ilgot ności. W przerobionym przez nas przykładzie gleby brunatnej lekkiej, średniej i ciężkiej zachodzi właśnie ten przypadek, z tym że poziom uw il gotnienia tych próbek uważać można raczej za dość zbliżony (tabl. 2), na tomiast poważna odrębność zaznaczyła się w składzie m echanicznym. Im gleby zwiężlejsze, bogatsze w części spławialne, tym bardziej będą docho dzić do głosu przeciwdziałające wsiąkliw ości siły kapilarne. One to w łaś nie poza rozpadem agregatów i innym i czynnikami kształtować będą głów nie przebieg wsiąkania, co oczywiście utrudni w tej m etodze zdobycie w ia domości o zmianach strukturalnych. Natomiast w glebach lżejszych, uboż szych w koloidy i części spławialne, ostateczne w yniki przesiąkania będą bardziej zależne od trwałości struktury a tym sam ym obarczone m niej szym błędem.
Słowem , metoda oznaczania trwałości struktury w edług N. D. Pusto w ojtowa może znaleźć zastosowanie w przypadku:
a) oznaczania jednej i tej samej gleby w różnych stanach bio-fizyko- -chem icznych bez porównywania jej z glebami o zbyt różnych składach m echanicznych i aktualnej wilgotności;
b) głównie gleb lżejszych o niższej zawartości części spławialnych, gdzie wielkość dodatkowych w pływ ów hamujących przesiąkliwość (siły kapi larne, ćzęściowo też pęcznienie koloidów hydrofilowych itp.) nie jest zbyt duża.
Nadto metoda ta daje m ożliwości śledzenia i pomiaru współczynników przesiąkliwości i filtracji.
S TR ESZC ZEN IE
Przedstawiono opis m ętody i m odyfikację aparatu N. D. Pustowojtowa do oznaczania trwałości struktury gleby. Aparat ten pozwala na seryjny pomiar 10 próbek gleby (o objętości 100 cm 3) w stanie nienaruszonej struktury (rys. 1).
Celem sprawdzenia m etody i działania aparatu przeanalizowano na trwałość struktury 3 różne, co do składu m echanicznego gleby brunatne — lekką (2% części spławialnych), średnią (23%) i ciężką (61%). W yznaczni kiem trwałości — w edług Pustowojtow a — ma być dynamika zmienności przesiąkania wody w czasie, mierzona w m l lub m m/min. Stwierdzono znaczne różnice w przebiegu krzywych wsiąkania (rys. 2), co bynajmniej nie dowodzi, by tak samo w ielkie różnice zachodziły w trwałości zlepków strukturalnych badanych gleb.
164 W. N ie w ia d o m sk i, J, P o ra d o w ski
Zasada opisanej m etody obarczona jest poważnym błędem. Zmiany strukturalne zachodzące pod w pływ em ruchu wody (przesiąkanie) nie są jedyną przyczyną w yw ołującą spadek przesiąkliwości jednostkowej. Wia domo bowiem, iż charakter procesu przesiąkania jest wypadkową w spół działania poza strukturą jeszcze innych w pływ ów , jak sił kapilarnych, aktualnego stanu uwilgotnienia, wielkości powierzchni zbiorowej itp., któ rych opisana metoda nie elim inuje. W pływ y te są tym silniejsze, im za sobniejsza jest gleba w części spławialne, a tym samym w yniki m etody Pustowojtowa są wówczas mniej ścisłe.
Z tych przyczyn m etodę tę można stosować jako grube przybliżenie w przypadku gleb lżejszych i w obrębie tej samej gleby, unikając porówny wania zwłaszcza utworów zbyt odrębnych pod względem składu m echanicz nego i wyjściow ej wilgotności.
L IT E R A T U R A
[1] M u s i e r o w i c z A.: F izyczne w łasności gleb. PW R iL, W arszaw a 1948. [2] M u s i e r o w i c z A.: K oloidy glebow e. PIW iR , W arszaw a 1947.
[3] O s t r o m ą c k i J.: O n ie k tó ry ch zw iązkach fu n k c jo n a ln y c h m iędzy fizy k a ln y m i w łasnościam i to rfu i to rfo w isk a. R ocznik Ł ąkow y i T orfow y, 1936.
[4] O s t r o m ę c k i J.: W stęp do m e lio rac ji rolnych. PW RL, W arszaw a 1957. [5] P u s t o w o j t o w N. D. P rib o r d la o p red ie lie n ija p ro czn o sti s tr u k tu r y poczw y
w obrazach n ie n aru sze n n o w o słożen ija. P o w czow iedienije n r 7, 1956. [6] R o d e A.: W oda w glebie. PW RL, W arszaw a 1956.
[7] T e r l i k o w s k i F.: F izyka .gleby. PW N, P o zn ań 1952.
[8] W o r o b i e w S.: J e g o r o w W. i К i s j e l e w A.: Ć w iczenia z u p r a w y roli i roślin. W a rsza w a 1953.
[9] Z i e m n i e k i S. i D o b r z a ń s k i B.: M etoda oznaczania w spółczynnika p rz e puszczalności gleb. UMCS, L u b lin 195Я.
U w agi na te m a t m e to d y N. D. P u sto w o jto w a 165 В. Н ЕВЯД О М С КИ И Ю. П О РА Д О В С К И ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ ОБ ОПРЕДЕЛЕНИИ ПРОЧНОСТИ ПОЧВЕННОЙ СТРУКТУРЫ, ПО МЕТОДУ Н. Д. ПУСТОВОЙТОВА К а ф е д р а общего зем л ед ел и я и растен и евод ства В ы сш ей Ш к олы в О лы п ты н е Р е з ю м е Описан метод Н. Д. Пустовойтова и видоизменения его прибора для определения прочности почвенных структурных отдельностей. По средством этого прибора возможно производить определение сериями, из десяти образцов каждая (с объёмом образца в 100 см;-) не нарушая их строения (рис. 1). Для проверки метода и работы аппарата исследовано прочность структуры у трёх различающихся по механическому составу бурых почв (легкой с 2°/о, средней с 23°/ои тяжелой с 61°/о физической глины). Показателем прочности, по Пустовойтову, является величина измен чивости водопроницаемости почвы измеряемой миллитрами или ми- лиметрами на минуту. Наблюдались крупные различия в ходе кривых просачивания (рис. 2), что однако не является доказательством сущ е ствования столь ж е крупных различий в прочности структурных от дельностей у исследованных почв. В принципе описанного метода заключается крупная погрешность. Структурные изменения вызванные движением просачивающейся во ды не составляют единственной причины снижающей удельную водо проницаемость. Именно известно, что ход просачивания определяется, кроме почвенной структуры, также другими причинами: действием сил волосности, наличным состоянием влажности, величиной общей по верхности и т. д., влияние которых не исключается описанным мето дом. Влияние этих причин усиливается тем более, чем больше частиц физической глины содержится в почве, вследствие чего результаты исследований по методу Пустовойтова становятся неточными. По указанным причинам этот метод может применяться лишь как грубо приблизительный при исследовании более лёгких почв, а также какой-либо одной отдельной почвы, избегая сравнительной оценки почвенных образований слишком различающихся м еж ду собой по своему механическому составу и исходной влажности.
166 W. N i e w i a d o m s k i, J. P o ra d o w ski
, W. NIEWIADOMSKI, J. PORADOWSKI
PRELIMINARY REMARKS REGARDING N. D. PUSTOWOJTOW’S METHOD OF DETERMINING STABILITY OF SOIL STRUCTURE
From the Chair of General Soil and Plant Cultivation, Agricultural College Olsztyn S u m m a r y
N. D. Pustowoj tow ’s method and (modified) apparatus for determ ination of soil structure stability is described. The apparatus permits m easuring series of 10 soil samples (100 cm 3 each) w ithout affecting their structural state (fig. 1).
The method and operation of the apparatus w ere verified by structural stability analysis of 3 brown soils of different m echanical composition — light (2%) clay particles, m edium (23°/o) and heavy (61°/o). According to Pustow ojtow the variation dynamics of water permeation in tim e (m e asured in m l or mm/min) should be regarded as an index of structural stability. Considerable differences were noted in the shape of the per m eation curves (fig. 2) which, however, does not at all prove that diffe rences of similar magnitude occur in structural stability of the conglo m erates of the investigated soils.
The principle of the method described involves a grave error. Structural changes occurring under the influence of water m ovem ent (permeation) are not the only factor reducing unit perm eability. We know that the character-process of permeation is — apart from structure — also the result of interaction of a number of various other influences, such as capil lary forces, actual state of humidification, size of total surface etc. which factors are not being elim inated by the above method. The richer the soil in clay particles, the stronger becomes the influence of said factors and, in consequence, the less accurate w ill be the results obtained by Pustow ojtow ’s method.
For the above reasons this m ethod can be used only as a rough approxi mation in the case of lighter soils only, w ithin one and the same soil, avoiding comparisons notably betw een formations differing w idely as to their mechanical composition and initial humidity.
