История лизиметрических исследований

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине «Физика, химия и мелиорация почв»

«Лизиметрический метод исследования почв»

ОГУ 06.03.02 3317. 103 ОО

Руководитель работы

канд. биол. наук, доцент

_________ С.Б. Воропаев

«__» __________20__г.

Исполнитель

Студент группы 16 Почв(ба)УЗР

__________ А.А. Штаненберг

«__» __________20__г.

Оренбург 2017

Аннотация

Курсовая работа посвящена теме «Лизиметрическому методу исследования почв».

В данной работе дается характеристика прибору лизиметр, его классификация и виды.

В работе использована теория многочисленных научных статей и книг, журналов.

Работа содержит 29 листов текста и 6 рисунка.

Annotation

Coursework is devoted to the topic "Lysimetric method of soil investigation".

In this paper, a characteristic of the device is the lysimeter, its classification and types.

The work uses the theory of numerous scientific articles and books, journals.

The work contains 29 sheets of text and 6 figures.

Содержание

Ведение …………………………………………………………………..5

1 Методе исследования почв …………………………………………..6

2 История лизиметрических исследований ……………………….….7

3 Типы лизиметрических установок ……………………………….….9

4 Насыпные и монолитные лизиметры ………………………….…...12

5 Типы лизиметрических конструкций ……………………………....15

6 Агрохимические лизиметры-воронки ……………………...............17

7 Агрохимические лизиметры-воронки ……………………...............19

8 Ячеистые или секционные лизиметры ……………………..............22

9 Гидрологические лизиметры ………………………………..............24

Заключение …………………………………………………………...….27

Список используемой литературы …………………………….............28

Ведение

Усвоение питательных веществ почвы и употреблений зависит от поступления и распределения атмосферных осадков по профилю почвы. Для каждой сельскохозяйственной культуры имеются свои критические периоды в потреблении влаги, недостаток ее приводит к снижению урожайности. Средние показатели распределения осадков по месяцам в большинстве своем создают лишь видимость обеспеченности влагой, так как они часто не совпадают с максимальной потребностью растений.

Процессы накопления, передвижения в почве влаги, а вместе с ней питательных элементов тесно взаимосвязаны и агрохимиками всегда рассматриваются как основные факторы, влияющие на формирование урожая.

Лизиметрический метод исследования позволяет с помощью специальных сооружений изучить процесс просачивания воды и растворенных в ней питательных и других веществ через определенные слой почвы.

1 Метод исследования почв

Исследование эволюции почв, изучение особенностей режимов различных почв и почвенного покрова, решение прикладных задач почвоведения, связанных с прогнозированием функционирования и развития почв во многом определяется исследованиями состава почвенного раствора и их динамикой. Почвенная влага, являясь чрезвычайно подвижной и наиболее активной фазой почвы, отражает все взаимодействия, происходящие между всеми составными частями почвы - жидкой, твердой, газообразной и живой. Ее количество, состав и концентрации растворенных веществ, количества взвешенных тонкодисперсных веществ зависят от гидротермических условий и аэрации почвы, и определяются всем комплексом происходящих в почвенной толще процессов: физических, химических, биологических и др. Та часть атмосферной влаги, которая поступает в грунтовые и подземные воды, проходит стадию почвенной влаги, обогащаясь различными соединениями. Существует выраженная цикличность и сезонность количества и состава почвенной влаги, зависящие в первую очередь от климатических и биологических (жизнедеятельность корневых систем растений, микробиоты) факторов [14].

Жидкая фаза почв представляет собой с позиций физики почв сложную и изменчивую систему и обладает дифференцированностью по составу, по доступности растениям и по подвижности. Для изучения вертикального переноса свободной гравитационной влаги и растворенных в ней веществ как в отдельных почвенных горизонтах и слоях, так и в почвенном профиле в целом широко используется лизиметрический метод. Лизиметрические установки представляют собой определенный объем почвы с четко определенными верхними и нижними границами. По сути, любая почвенная колонка, используемая, в том числе в лабораторных условиях, представляет собой лизиметр. Термин «лизиметр» происходит от греческого слова «lisos» - растворение. «Лизиметр - специальный прибор или стационарное сооружение для учета и сбора почвенного раствора. Лизиметры применяются для мониторинговых исследований (оценка явлений переноса веществ, в том числе и загрязняющих) в различных природных ситуациях, в лабораторных экспериментах для изучения явлений переноса веществ (метод почвенных колонн и монолитов), в естественных условиях для исследования эволюции почв, почвенных процессов in situ».

С гидрологической точки зрения лизиметр представляет собой устройство, в котором заключен элементарный участок зоны аэрации с моделью уровня грунтовых вод, что обеспечивает возможность вертикального влагообмена в монолите».

Почва лизиметров является своего рода одномерной физической моделью почвенного покрова, а все лизиметрические установки в той или иной мере преследуют цель сбора информации о проницаемости отдельных горизонтов или всего профиля в целом.

Лизиметрический метод получает все более широкое применение не только в почвенных и агрохимических исследованиях, но и в гидрологии, грунтоведении, мелиорации и физиологии растений. Повышенный интерес к лизиметрам объясняется возможностью вводить в эксперимент контролируемые параметры, использовать лизиметрические установки, как в полевых, так и в лабораторных условиях. По мере усиления антропогенной и техногенной нагрузки на экосистемы круг вопросов, решаемых с помощью лизиметрического метода, значительно расширился и включает задачи исследования экологической обстановки в ландшафте, исследование возможности проникновения различного рода загрязняющих веществ в подземные и грунтовые воды, ведение мониторинговых наблюдений и решение прогнозных задач.

Таким образом, почвы лизиметрических установок являются удобным и информативным объектом физического моделирования многих почвенных процессов, в той или иной мере связанных с вертикальным переносом влаги. Данный метод дает возможность изучения как одного узкого направления, так и целого набора факторов, их взаимное влияние друг на друга. Он позволяет в условиях, близких природным, исследовать многие почвенные процессы, широко экспериментируя с введением или исключением отдельных факторов, позволяет вести всесторонний количественный и качественный учет изменений, происходящих в процессе эксперимента. Однако на сегодняшний день остается масса вопросов, касающихся возможности использования полученных данных лизиметрических экспериментов для прогноза ситуаций в природных условиях. Кроме того, при использовании больших стационарных лизиметрических установок происходит ограждение бокового стока-притока влаги и веществ, а нижняя граница отчетливо дренирует почву, что не является естественным. Насыпные варианты почв требуют значительного времени для стабилизации физико-химических свойств [14].

История лизиметрических исследований

Лизиметрический метод исследования почв насчитывает более чем 300-летнюю историю. Первые исследования с применением лизиметрических установок касались изучения статей водного баланса. Впервые опыты с использованием лизиметров были проведены в 1688 г. французским метеорологом Де ля Гиром для выяснения происхождения ключевых и родниковых вод.

В период становления лизиметрического метода в конце XIX - начале XX века как самостоятельного метода исследований в почвоведении, агрохимии и гидрологии почв, лизиметры в техническом отношении были довольно простыми приборами. В дальнейшем лизиметрические устройства быстро совершенствовались, объемы исследований непрерывно возрастали.
Впервые в России в 1893 г. лизиметрические установки соорудил Костычев П.А. на хорошо оборудованной (включала сеть дождемерных пунктов и сельскохозяйственный ботанический сад) Шатиловской опытной станции.
Вельбель Б.М.  в 1903 г. разработал и соорудил несколько конструкций металлических лизиметров - монолитов, и в условиях типичных черноземов Одесской области на Плотнянской сельскохозяйственной опытной станции, осуществил сравнительное изучение их действия, провел исследование фильтрующей способности почв с ненарушенным строением и насыпных почв.

На опытном поле Тимирязевской сельскохозяйственной академии Вильямсом В.Р.  была заложена лизиметрическая площадка, задачей которой являлось многолетние исследования по зависимости инфильтрации от механического состава различных типов почв.

В 1908 г. лизиметрические установки агрохимического типа были применены в исследованиях Баракова П.Ф. на опытном поле сельскохозяйственного института Новой Александрии - ныне Пулавы (Польша).

Гиммерлинг В.В.  в Собакино-Опытном исследовал поступление влаги в лизиметрические воронки из разных горизонтов почвенного профиля.
В конце XIX века появились взвешиваемые лизиметры, названные впоследствии испарителями, позволяющие помимо сбора фильтрата и определения в нем содержания химических веществ, проводить измерения содержания влаги и водно-балансовые исследования: лизиметры-испарители Рыкачева М.П.,  Ключерева А.П.,  Попова В.П.  и некоторые другие.

Параллельно с вопросами водного баланса проводились исследования по составлению баланса питательных веществ. Эти задачи были связаны с построением оптимальной системы удобрений, учетом их потерь вследствие процессов вымывания из почвы под воздействием атмосферных осадков или поливных вод. Впервые этой проблемой занялся Фраас Леллер, проводивший опыты в 60-х годах XIX-го столетия. С конца прошлого века в связи широким применением минеральных удобрений возникла необходимость исследования поглощение растениями питательных веществ и учет потерь удобрений с фильтрационными водами. В 1927 г на съезде американских агрохимиков выступил президент Мака Интайра, свою речь он посвятил вопросу роли лизиметров в агрохимической работе и привел распространенное среди агрохимиков США убеждение, что «вряд ли можно считать оборудование опытной станции законченным, если она не имеет лизиметров».

Агрохимические эксперименты с применением лизиметрических установок получили широкое распространение в XX в., и успехи агрохимиков в изучении миграции соединений азота, фосфора и других элементов весьма впечатляющие. В этом направлении было проведено множество исследований и накоплено значительное количество данных. Это работы: Людекса по исследованию роли трещин и пустот в переносе вещества, Шиловой  по качественному составу лизиметрических вод целинной и окультуренной почв, Кауричева И.С., Антипова-Каратаева и др. По изучению миграции веществ по почвенному профилю, Бобрицкой по балансу азота в лизиметрических почвах, работы Миндермана и Лифлянга, Дегерена, Колючерева А.П., Колье, Коппене и др. по исследованию парующих почв и почв с различными типами растений. Все они свидетельствуют о большой роли растений в балансе почвенной влаги и веществ. Значительная, а иногда большая часть атмосферной воды расходуется на транспирацию, уменьшая значение инфильтрации в вегетационный период.

В середине XX века появились лизиметры, удачно предложенные Кауричевым И.С. и Ноздруновой Е.М., работающие на принципе поглощения ионитами веществ, которые содержаться в почвенных растворах. В последнее время использование лизиметров для изучения переноса веществ  стало актуальнее в связи с увеличивающимся загрязнением почв и грунтовых вод. Вопрос возможности выноса тяжелых металлов, пестицидов с инфильтрационными водами исследовался многими учеными.

В настоящее время лизиметрические установки широко используются для различного рода исследований - агрохимических, гидрологических, экологических, генетических. Продолжаются многолетние эксперименты на лизиметрических станциях в Тимирязевской академии, на факультете почвоведения МГУ, во ВНИИ кормов им. Вильямса В.Р. на Луговой, в НИИСХ в Немчиновке, в ВИУА, в Северо-западном НИИСХ, в институте проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН и др.