APARATURA RICHARDSA DO OZNACZANIA SIŁY

CZESŁAW ŚW IĘCICKI
APARATURA RICHARDSA
DO OZNACZANIA SIŁY W IĄZANIA WODY W GLEBIE (pF)
I W IELKOŚCI KAPILARÓW GLEBOWYCH
K om isja A paratury PTG i Z akład G leb ozn aw stw a SGGW
A p aratu ra ta została sporządzona w 1960 r. w ram ach prac Komisji
A p aratu ry PTG, dzięki poparciu finansow em u Zarządu Głównego. Po­
konano duże trudności zw iązane z w ykonaniem porow atych płyt z m asy
ceram icznej, przepuszczalnych dla w ody i nieprzepuszczalnych dla po­
w ietrza pod ciśnieniem < 1 atn. Sposób produkcji tych płyt nie jest po­
daw any w literaturze. Poza tym zbudowano w Zakładzie G leboznaw stw a
SGGW w edług w skazówek autora urządzenie dostosow ane do ciśnienia
15 atn. W ykonanie tej a p a ra tu ry um ożliw ił pobyt autora w Pracow ni
Fizyki Gleb dra D. R icharda (Institut fü r forstliche V ersuchsw esen, B irm ensdorf (ZH) w Szw ajcarii w I960 r., za co składam m u serdeczne po­
dziękow anie.
Zależnie od przekroju kapilarów glebow ych w oda u trzym uje się
w nich na w yższym lub niższym poziomie. Siła, z jaką w oda jest u trz y ­
m yw ana w kapilarach okrągłych, rów na się sile adhezji i odpowiada cię­
żarow i słupa w ody zaw artego w kapilarach. Zależność m iędzy przekro­
jem kapilarów a siłą utrzym ującą w nich wodę w yraża następujące
rów nanie :
0,294
d = ------h
gdzie d — średnica kapilarów w cm,
h — siła potrzebna do opróżnienia kapilarów w yrażona w cm
słupa wody [1 ].
R ów nanie to ustalono przy tem peraturze wody 25° C, gęstości wody
1 i przyspieszeniu ziem skim 981 c m /se k 2.
Na tej podstaw ie w w yniku odpowiedniej ilości oznaczeń w ykonanych
dla tej samej gleby, m ożna w ykreślić tzw. krzyw ą sorpcji, która w yka­
zuje, z jaką siłą określona ilość w ody jest zw iązana z glebą.
Aparatura Richardsa do oznaczania siły wiązania wody w glebie
625
N ajbardziej interesuje nas zawartość wody w glebie, odpow iadająca
tzw. pojem ności polowej oraz trw ałem u punktow i w iędnięcia roślin.
Na podstaw ie krzyw ej sorpcji w ody obliczam y procentow ą zaw artość
różnej wielkości porów w glebie. W yróżniam y pory drobne o średnicy
< 0.2 j.i, w których woda zw iązana siłami, w ynoszącym i ponad 15 atn,
nie jest dostępna dla roślin, pory średnie o 0 0,2— 8 u, w których w oda
jest zw iązana siłam i rów nym i 0,345 do 15 atn i jest dostępna dla roślin
oraz pory grube o 0 > 8 \i, w których w oda zw iązana jest siłam i m niej­
szymi od 0,345 atn. Pory te w glebach o tzw. norm alnym „drenażu n a­
tu ra ln y m ” [1] są w ypełnione pow ietrzem .
Oznaczanie wody związanej
(przy sile ssącej < 1 atn)
w ykonujem y w celu oznaczenia w glebie zapasu w ody łatw o dostępnej
dla roślin oraz tzw. polowej pojem ności wodnej.
Porow ata p ły ta z m asy ceram icznej posiada pory o wielkości < 1 u
i w zw iązku z tym woda w przestw orach tej pły ty jest utrzym yw ana z siłą
Rys. 1.
S ch em at
działan ia p orow atej p ły ty R ichardsa.
od w ad n ian e pod ciśn ien iem 1,1 atn
N ajw ięk sze
pory
są
m niejszą od 1 atn. Obudow a p ły ty jest bardzo prosta i każdy zakład
naukow y we w łasnym zakresie może ją w ykonać (najlepiej nadają się do
tego celu odpow iednich rozm iarów herm entyczne garnki do gotow ania
pod zwiększonym ciśnieniem). Działanie porow atej p ły ty jest przedsta­
wione na rys. 1, a obudowa p ły ty na rys. 2. P ły tę um ieszczam y w zam ­
kniętej przestrzeni. Na płycie ustaw iam y pierścień o wysokości 2,5 cm
0 5 c m 1, zaw ierający próbkę gleby o stru k tu rze nienaruszonej. Pierścień
pow inien dobrze przylegać do płyty, nad k tórą w ytw arzam y w kam erze
ciśnienie m niejsze od 1 atn. Przez pory p ły ty woda jest w ypychana na
zew nątrz. Równocześnie w porach p ły ty pow staje pew ne ssanie, które
pow oduje w yciąganie wody z kapilarów glebowych. W zależności od w iel­
kości ssania, które jest rów ne w ytw orzonem u ciśnieniu, woda z określo­
nej grubości kapilarów glebow ych zostaje usunięta. Czas odw adniania
trw a 10— 20 godz, zależnie od składu m echanicznego gleby [1].
1 24 godziny przed um ieszczen iem
gleb ę w odą destylow an ą.
p ły ty
z próbkam i w
kam erze
n asycam y
626
С. Święcicki
Ciśnienie do 0,35 atn regulujem y za pomocą kolum ny wodnej, pow y­
żej — za pom ocą m anom etru sprężynowego.
P raktycznie oznaczam y pojem ności wodne przy 0,020, 0,040, 0,080,
0,160, 0,345, 0,690 atn. Ja k w ykazały doświadczenia, każde oznaczenie
Rys. 2. S chem at oznaczania w od y w gleb ie zw iązanej siłam i 0— 1 atn porow atą
p łytą R ichardsa
1 — m anom etr głów n y, 2 — reduktor ciśnien ia, 3 — u szczelka, 4 — pierścień, 5 — próbka gleby,
6 — dren, 7 — porow 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 średnich i do 30 godz dla gleb ciężkich
[1]. Po tym okresie czasu próbki w yjm ujem y z aparatu i pobieram y część
każdej z nich do naczyńka wagowego, suszym y do 105° С i oznaczamy
zaw artość wody. Pozostałe na płycie próbki um ieszczam y ponownie
w aparacie dla oznaczania wilgotności przy innym ciśnieniu. Ilość wody
w próbce oznaczamy w procentach wagow ych i objętościowych.
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 punktu więdnięcia
roślin. Do tego celu służy tzw. a p aratu ra m em branow a Richardsa.
Oznaczenia silnie związanej wody w glebie słaboszkieletowej dokonu­
jem y w próbkach o n atu raln ej strukturze, natom iast w glebach szkiele­
tow ych próbki przesiew am y przez sito o 0 oczek 1 mm. Każdą z próbek
um ieszczam y w pierścieniach o wysokości 1 cm i 0 5 cm.
A p aratu ra m em branow a składa się z dwóch zasadniczych części —
podstaw y i przykryw y, których w ytrzym ałość jest obliczona na ciśnienie
15 atn. Są one połączone ze sobą pierścieniem i zmocowane 8 śrubam i
Aparatura Richardsa do oznaczania siły wiązania wody w glebie
627
(rys. 3). Na podstaw ie kolejno są um ieszczone: podkładka blaszana o gru­
bości 1 m m z 2 m m otw orem w środku, siatka służąca jego dren o w iel­
kości oczek około 0,1 mm, m em brana wiskozowa, która posiada granicę
przepuszczalności pow ietrza około 100 atn, uszczelka gum owa, pierścień
stalow y wysokości 35 mm, m em brana (uszczelka gumowa) i przykryw a.
Rys. 3. A paratura m em b ran ow a R i­
chardsa do ozn aczan ia w o d y w gleb ie
zw iązanej siłam i 1— 15 atn
1 — m anom etr głów n y, 2 — reak tor ci­
śn ien ia, 3 — w en ty l p rzep u stow y, 4 — kurek,
5 — w en ty l, 6 — porow ate krążki, 7 — ma­
nom etr różn icow y, 8 — rtęć, 9 — p rzyk ry­
w a, 10 — śruba, 11 — m em brana gum ow a,
12 — pierścień , 13 — m em brana w isk ozow a,
14 — uszczelka gum ow a, 15 — podkładka
z drenem , 16 — podstaw a
M anom etr różnicowy um ożliw ia otrzym anie nad gum ową m em braną ciś­
nienia większego o 1/10 atn niż w przestrzeni zajętej przez próbki gle­
bowe. Dzięki tem u zostaje zachow any stały ko n tak t gleby z m em braną
wiskozową.
Próbki glebowe nasycam y w ciągu 24 godz w odą destylow aną. Rów­
nież m em brana jest moczona przez 4 godz w wodzie destylow anej. P rób­
ki glebowe 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
głównym , w łączam y m anom etr rtęciow y (pomocniczy) i pozostaw iam y
próbki na 36 godz w aparacie. Ciśnienie podnosim y za pomocą b u tli
z pow ietrzem lub azotem albo sprężarki pow ietrznej. Po podanym okre­
sie czasu pobieram y próbki do naczyniek wagow ych, w ażym y i suszym y
w 105° C. Pojem ność w odną oznaczamy wagowo i objętościowo.
LITER A TU RA
[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 orengrössen in n atü rlich e gelagerten W aldböden. M itteilu n gen der S ch w ei­
zerisch en A u sh alt für das fo rstlich e V ersu ch sw esen X X IX B and, 2 H eft,
Zürich 1953.
[2] R i c h a r d s L. A.: P ressu re m em brane apparatus construction and use A gri­
cultural E ngineering (vol. 28 010, s. 451— 454, 460, M ichigan 1947).
4 — R oczn ik i G leb ozn aw cze dod.