Классификация грунтов по гранулометрическому составу: Гранулометрический состав песков.

Автор

Содержание

Гранулометрический состав песков.

В составе инженерно-геологических изысканий проводят лабораторные исследования, по определению гранулометрического состава песчаных грунтов.

Образец песка, 100 грамм, просеивают через сита с отверстиями,-10 ;5; 2,5; 1,0; 0,5; 0,25;0,10 миллиметров, разделяя на фракции. Потом каждую фракцию отдельно взвешивают, и по процентному соотношению частиц,  пески разделяют на гравелистые,  крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые. Также в определение физических характеристик песчаных грунтов входит   определение влажности, удельного и объемного веса, и плотности.

гранулометрический состав песчаных грунтов

Определение  крупности песков, очень важная задача для будущего строительства, так как от этого показателя зависит несущая способность грунтов основания. Чем крупнее состав фракций песчаных грунтов, тем больше его  несущая способность.

Пылеватые и мелкие пески в насыщенные водой, при низкой плотности сложения — являются плывунами. Наличие таких грунтов в основании фундамента проектируемого сооружения,  зачастую приводит к неравномерным осадкам здания или сооружения, возникновению и развитию трещин как в основании фундаментов, так и в стенах сооружения.

Поэтому изучение гранулометрического состава песчаных грунтов, очень важная задача для проектирования  будущего строительства зданий и сооружений.

Так же песок используется как  строительный материал, для строительства насыпей железных и автомобильных дорог, входит в состав цемента, бетона, является основой для производства стекла и стеклянных изделий. Цели его использования различны, но для всех них необходимы точные значения гранулометрического состава.

Гранулометрический (зерновой, механический) состав песков — процентное, весовое содержание в породе различных по величине фракций —  это совокупность одинаковых зерен и частиц

Для определения гранулометрического состава  осадочных пород чаще всего применяют следующую классификацию обломков (размер обломков в мм): валуны крупные > 500, средние 500 — 250, мелкие 250 — 100; галька (щебень) крупная 100 — 50, средняя 50 — 25, мелкая 25 — 10; гравий  крупный 10 — 5, мелкий 5 — 2; песок очень крупный 2 — 1, крупный 1 — 0,5, средний 0,5 — 0,25, мелкий 0,25 — 0,10, тонкозернистый 0,10 — 0,05, пыль 0,05 — 0,005; глина <0,005.

Гранулометрический (механический) анализ — определение размеров и количественного соотношения частиц, слагающих рыхлую горную породу. Самым простым видом  гранулометрический анализ  является так называемый ситовый анализ. Разделение на фракции частиц породы, которые не проходят через сита с отверстиями 0,25 мм, производят методом отмучивания. Для гранулометрического анализа  глинистых грунтов применяют ареометрический метод.

По гранулометрическому составу крупнообломочные грунты и пески подразделяют согласно таблице

Разновидность грунтов    
Размер зерен,   частиц d, мм
Содержание зерен, частиц,% по массе
Крупнообломочные:
валунный  (при  преобладание окатанных частиц — глыбовый) св. 200 св.50
галечниковый (при не окатанных гранях — щебенистый) >10 >50
гравийный  (при  не окатанных гранях — дресвяный) >2 >50
Пески:                       
гравелистый >2 >25
крупный >0,50 >0,50
средней крупности >0,25 >0,50
мелкий >0,10 75 и св.
пылеватый >0,10 менее 75

 

При наличии в крупнообломочных грунтах песчаного заполнителя более 40% или глинистого заполнителя более 30% от общей массы воздушно-сухого грунта в наименовании крупнообломочного грунта добавляется наименование вида заполнителя и указывается характеристика его состояния. Вид заполнителя устанавливается после удаления из крупнообломочного грунта частиц крупнее 2 мм.

По степени неоднородности гранулометрического состава С_u, крупнообломочные грунты и пески подразделяют на:

однородный грунт С_u <= 3;       неоднородный грунт С_u > 3.

Строительная классификация грунтов

Для практики проектирования и постройки фундаментов недостаточно одной классификации грунтов по типам, требуется также более детальная строительная классификация грунтов, принятая в соответствии с ГОСТ 25100—82. Согласно этой классификации, наименование того или иного грунта устанавливается по характеру структурных связей (наличие жестких структурных связей у скальных грунтов и отсутствие таких связей у остальных), гранулометрическому составу и степени его неоднородности, числу пластичности, плотности сложения, относительному содержанию и степени разложения органических веществ, по физико-механическим свойствам и др.

Скальные грунты по пределу прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии Rc, МПа, подразделяют следующим образом:
Очень прочные Rc> 120
Прочные  120≥ Rc > 50
Средней прочности 50≥ Rc> 15
Малопрочные  15≥ Rc >5
Пониженной прочности  5> Rc ≥3
Низкой прочности   .......   3> Rc ≥1
Весьма низкой прочности   Rc <1
Трещины и микротрещины, неизбежные даже в монолитах, уменьшают прочность скальных грунтов. Несущая способность размягчаемых скальных грунтов может снижаться при насыщении их водой. Снижение несущей способности характеризуется коэффициентом размягчаемости ksaf, равным отношению пределов прочности на одноосное сжатие образцов в водонасыщенном и воздушно-сухом состояниях. Скальные грунты, у которых ksaf≥0,75, называют неразмягчаемыми, при ksaf ≤0,75 их относят к размягчаемым. Это преимущественно осадочные грунты с известняковым, гипсовым и глинистым цементирующим веществом.

Некоторые скальные грунты (гипс, известняк) являются неводостойкими (растворяемыми). Вода выщелачивает в них основной материал грунта и цементирующее вещество, в результате чего образуются пустоты, так называемые карстовые полости.

По степени растворимости в воде осадочные сцементированные грунты подразделяют следующим образом:
Растворимость,    г/л
Нерастворимые....... < 0.01
Труднорастворимые   ...... 0,01 — 1
Среднерастворимые...... > 1 —10

Легкорастворимые...... > 10
Возможность использования неводостойких скальных грунтов в основаниях сооружений проверяют в каждом конкретном случае на основе инженерно-геологических исследований.

Крупнообломочные грунты по гранулометрическому составу подразделяют на валунный, глыбовый, галечниковый, щебенистый, гравийный и дресвяный. Тип крупнообломочного грунта устанавливают по табл. 1.1.
При наличии в крупнообломочных грунтах песчаного заполнителя (более 40% общей массы абсолютно сухого грунта) или пылеватого и глинистого заполнителя (более 30%) в наименовании крупнообломочного грунта должно содержаться наименование заполнителя. Состав заполнителя устанавливают после удаления из образца крупнообломочного грунта частиц крупнее 2 мм.

Крупнообломочные и песчаные грунты по степени влажности Sr подразделяют на следующие разновидности:
Маловлажные......  .  .   0< Sr ≤0,5
Влажные.........0,5< Sr ≤0,8
Насыщенные водой......   0,8<Sr≤1,0
Песчаные грунты в зависимости от содержания зерен разной крупности (гранулометрического состава) подразделяют на следующие типы: гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые. Тип песка устанавливают по табл. 1.1. С этой целью сначала определяют суммарную массу (в процентах общей массы грунта) всех частиц крупнее 2 мм. Если она превышает 25%, то песок относят к гравелистым; если же эта масса составляет 25% и менее, то определяют массу всех частиц крупнее 0,5 мм и т. д. Наименование грунта принимают по первому удовлетворительному показателю в порядке расположения наименований в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Типы крупнообломочных и песчаных грунтов

Грунты Содержание частиц
крупностью, мм % общей массы сухого грунта
Крупнообломочные: валунный (при преобладании неокатанных частиц глыбовый) > 200 > 50
галечниковый (при преобладании неокатанных частиц щебенистый) > 10 > 50
гравийный (при преобладании неокатанных частиц дресвяный) > 2 >50
Песчаные: гравелистые >2 > 25
крупные > 0,5 > 50
средней крупности > 0,25 > 50
мелкие >0,1 ≥75
пылеватые
>0,1
<75

По плотности сложения песчаные грунты в зависимости от значения коэффициента пористости е делят на плотные, средней плотности и рыхлые (табл. 1.2).

Песчаные грунты Коэффициент пористости е песков
плотных средней плотности рыхлых
Гравелистые, крупные и средней крупности <0,55 0,55—0,70 >0,70
Мелкие <0,60 0,60—0,75 > 0,75
Пылеватые <0,60 0,60 — 0,80 >0,80

Пылеватые и глинистые грунты подразделяют в строительной практике в зависимости от числа пластичности Ip, %, на супеси (1≤ Ip≤ 7), суглинки (7< Ip ≤17) и глины (Ip > 17). Грунты, для которых Ip <1, относят к песчаным. При наличии в рассматриваемых грунтах крупнообломочных включений выделяют следующие их виды: супесь, суглинок или глина с галькой (щебнем) либо с гравием (дресвой), если содержание (по массе) соответствующих частиц крупнее 2 мм составляет 15— 25%; супесь, суглинок или глина галечниковые (щебенистые) либо гравелистые (дресвяные), если содержание (по массе) соответствующих частиц крупнее 2 мм составляет 25—50%.

По консистенции, характеризуемой показателем текучести IL глинистые грунты подразделяют на следующие разновидности:
Супеси:
твердые.

........ IL <0
пластичные........ 0 ≤IL ≤l
текучие.......... IL > 1
Суглинки и глины:
твердые.......... IL <0
полутвердые........ 0 ≤IL ≤0,25
тугопластичные....... 0,25 < IL ≤0,50
мягкопластичные....... 0,50< IL ≤0,75
текучепластичные...... 0,75 < IL ≤ 1,00
текучие.......... IL > 1,00
В случае набухания глинистого грунта, замачиваемого до нагрузки, необходимо определять свободное относительное набухание Esw, равное отношению увеличения высоты образца грунта к его начальной высоте. По относительному набуханию без нагрузки Esw выделяют следующие разновидности глинистых грунтов:
Ненабухающие …. Esw <0,04
Слабонабух ающие    . .   . . 0,04 ≤Esw  ≤0,08
Средненабухающие . . .   . 0,08< Esw ≤0,12
Сильнонабухающие .   . . Esw> 0,12
Глинистые грунты могут обладать также просадочностью, характеризуемой относительной просадочностью Esl, определяемой как дополнительное относительное сжатие образца грунта в результате замачивания. По относительной просадочности Esl  различают непросадочные (Esl <0,01) и просадочные (Esl ≥0,01) глинистые грунты.

Лессовые грунты однородны, как правило, отличаются макропористостью, в маловлажном состоянии способны держать вертикальный откос. При замачивании маловлажные лессовые грунты дают просадку, легко размокают и размываются, а при полном водонасыщении могут переходить в плывунное состояние. В зависимости от коэффициента пористости лессовые грунты подразделяют на низкопористые (е≤0,8) и высокопористые (е> 0,8). Илистые грунты имеют влажность, превышающую влажность на границе текучести, и коэффициент пористости е≥0,9. Илы подразделяют на супесчаные (е>0,9), суглинистые (е>1,0) и глинистые (е>1,5). В качестве оснований могут использоваться, как правило, только илы, уплотненные вышележащими напластованиями других грунтов.

Гранулометрический состав грунтов

Главная > Часто задаваемые вопросы > Свойства грунтов > Физические свойства грунтов > Гранулометрический состав грунтов

Гранулометрический состав грунтов – это процентное соотношение не связанных в агрегаты первичных частиц материала. От него зависят многие свойства – пористость, плотность, просадочность, водопроницаемость. Эта характеристика лежит в основе ряда классификаций. Зная гранулометрический состав грунта, можно приблизительно представить его свойства и определить сферу применения.

Основные элементы грунта

Элементы грунта – это частицы, которые соединены между собой прочными химическими связями. Они могут представлять собой кристаллы или аморфные соединения. Размеры частиц колеблются от тысячных долей миллиметра до десятков сантиметров. Зерна с приблизительно одинаковым диаметром объединяются во фракции.

По составу элементы грунта разделяются на:

  • Минеральные частицы
    Состоят из первичных и вторичных минералов. Первые – это частицы горной породы (песок, гравий). Вторые образовались в процессе химического выветривания (вторичные глинистые минералы). Химические элементы могут быть связаны кристаллическими, аморфными или коллоидными связями.
  • Органоминеральные частицы
    В их состав входят органические и минеральные вещества (сапропель, ил, заторфованный грунт).
  • Органические частицы
    Это частицы почвы, состоящие из гумуса и полуразложившихся растений (торф).

По форме зерен частицы разделяются на:

  • Окатанные
    Поверхность их зерен гладкая. Обычно это происходит из-за того, что грунт долгое время находился в воде и постепенно отшлифовывался.
  • Неокатанные
    Поверхность шероховатая, с острыми углами и сколами. Чаще всего это зерна горных пород, отколовшиеся от основного монолита из-за процессов выветривания.

В таблице приведена классификация элементов грунта в зависимости от их диаметра, с учетом формы зерен.

В упрощенном варианте все частицы с диаметром более 0,01 мм принято называть физическим песком, а с размером до 0,01 мм – физической глиной. В почвах зерна с размерами больше 1 мм называют скелетом (хрящом), а физическую глину и песок – мелкоземом.

Агрегатный состав грунта

Элементарные частицы грунта могут скрепляться между собой, образуя агрегаты разного размера. Это значительно изменяет структуру и некоторые свойства грунта. Например, повышается водопроницаемость, уменьшается просадочность. В почве благодаря агрегатной структуре усиливаются процессы разложения органики, улучшается аэрация, повышается плодородие.

В минеральных (строительных) грунтах в роли цементирующего вещества выступают мергели, оксиды железа, карбонаты. Они сцепляют между собой крупные обломки, мелкие песчаные, пылевидные и глинистые частицы. В почве элементы грунта склеиваются полисахаридами, гуминовыми веществами.

Агрегаты разделяются по размеру на:

  • Макроагрегаты – больше 0,25 мм в диаметре.
  • Микроагрегаты – до 0,25 мм в диаметре.

Макроагрегаты

К макроагрегатам минерального грунта относятся конгломераты и брекчии. Конгломераты – это сцепленные между собой окатанные частицы (галька, гравий). Брекчии – угловатые обломки породы. Агрегаты состоят из одной или нескольких пород.

По диаметру они разделяются на:

  • Валунные конгломераты (глыбовые брекчии) – 10-100 см
  • Крупногалечные конгломераты (крупнощебенистые брекчии) – 5-10 см
  • Среднегалечные конгломераты (среднещебенистые брекчии) – 2,5-5 см
  • Мелкогалечные конгломераты (мелкощебенистые брекчии) – 1-2,5 см

Макроагрегаты почвы разделяются на типы и роды:

  1. Кубовидный тип с плохо выраженными гранями и слабо оформленными агрегатами (роды):
    — Глыбистый – 5-10 см и больше
    — Комковый – 1-5 см
    — Пылеватый – до 0,5 см
  2. Кубовидный тип с хорошо оформленными агрегатами и выраженными гранями (роды):
    — Ореховатый – 7-10 мм
    — Зернистый – 0,5-5 мм
  3. Призмовидный тип (роды):
    — Столбовидный (с плохо выраженными гранями) – 3-5 см
    — Столбчатый (с хорошо выраженными гранями) – 3-5 см
    — Призматический – 1-5 см
  4. Плитовидный тип (роды):
    — Плиточный – 1-5 мм
    — Чешуйчатый – 1-3 мм

Оптимальной для почвы считается ореховатая и зернистая структура. Именно такие агрегаты встречаются в черноземе.

Микроагрегаты

В состав микроагрегатов входят пылевидные и глинистые частицы. Они сцепляются между собой коллоидными и цементирующими связями. В качестве склеивающих компонентов выступают гумус, полисахариды, минеральные вещества (карбонаты, оксиды железа, глинистые минералы).

Микроагрегатный состав нестабильный, он зависит от условий внешней среды. При увлажнении грунта количество агрегатов увеличивается. При высушивании они распадаются на элементарные частицы.

Для определения микроагрегатного состава пробу грунта просевают через серию сит. Частицы, задержавшиеся на сите с ячейками 0,1 мм, промывают до чистой воды. Все элементы, которые останутся после промывки, считаются микроагрегатами. Их просушивают и взвешивают. Для получения точных результатов пробы предварительно замачивают в воде и кипятят в течении часа.

Микроагрегатный анализ грунта дополняет гранулометрический. Он позволяет точнее определить структуру и дисперсность материала. Микроагрегаты в некоторых грунтах, особенно глинистых, занимают большую часть объема. Это изменяет свойства материала, глина по своим характеристикам становится похожей на мелкий песок.

Классификация грунтов по гранулометрическому составу

По гранулометрическому составу грунты разделяют на 3 основные группы:

  1. Крупнообломочные
  2. Песчаные
  3. Глинистые

Крупнообломочные

Так называют грунты с диаметром зерен, превышающим 2 мм. В таблице подана их классификация.

Если в крупнообломочном грунте содержится больше 40% песка или 30% глины, то эти материалы включаются в название. Например, дресвяно-песчаный, щебенисто-глинистый грунт, песчано-гравийная смесь. Когда в грунте присутствует больше 50% ракушки, то его называют ракушечным, при наличии 25-50% таких примесей – с ракушкой.

Песчаные

В песчаных грунтах содержатся частицы с диаметром 0,1-2 мм и выше. Их разновидности представлены в таблице.

Крупнообломочные и песчаные грунты разделяются по степени неоднородности (Cu) на:

  • Однородные (Cu меньше 3)
  • Неоднородные (Cu больше 3)

Степень неоднородности определяется по формуле: Cu=d60/d10, где d60 и d10 – диаметр частиц, меньше которого в грунте находится 60% и 10% зерен соответственно.

Глинистые

Глинистые грунты состоят из частиц с диаметром менее 0,01 мм. Но в них практически всегда есть примеси песка.

В таблице поданы виды глинистых грунтов в зависимости от количества песчаных частиц в них.

Супесь, суглинок и глина классифицируются также по числу пластичности. У супесей оно равно 1-7, у легких суглинков 7-12, у тяжелых – 12-17, у легкой глины 17-27, у тяжелой превышает 27.

В глинистых грунтах могут присутствовать частицы с диаметром более 2 мм. В таблице поданы их особенности.

Дальше мы расскажем о том, как определяется гранулометрический состав разных грунтов.

Методы определения гранулометрического состава грунтов

Существуют прямые и непрямые методы определения гранулометрического состава грунта. К прямым относится непосредственное измерение частиц. Если в крупнообломочных материалах это сделать можно, то для глинистых и песчаных грунтов приходится использовать дорогое оборудование (электронные или световые микроскопы). Поэтому на практике чаще используют непрямые методики.

В большинстве случаев определить гранулометрический состав можно только в лабораторных условиях. Однако есть и более простые способы, которыми можно воспользоваться, не имея под рукой специальных приспособлений. Обо всем этом мы расскажем далее.

Лабораторные методы

Гранулометрический состав грунтов определяют такими методами:

  • Ситовым
  • Ареометрическим
  • Пипеточным

Детальнее о них вы можете прочитать дальше.

Ситовый метод

Ситовый метод используется для определения гранулометрического состава крупнообломочных и песчаных грунтов. Размеры большинства зерен в них превышают 0,1 мм.

При ситовом методе пробу грунта просеивают через серию сит с диаметром отверстий 10, 5, 2, 1, 0,5, 0,25 и 0,1 мм. Предварительно образец растирают в ступе, чтобы избавиться от комков и выделить все элементарные частицы.

При анализе грунта с частицами от 10 мм до 0,1 мм используют промывку водой. Пробу выкладывают на сито с диаметром ячеек 0,1 мм. Струей промывают ее, пока вода не станет чистой. Затем оставшиеся частицы высушивают и разделяют на фракции.

При ситовом методе выделяют следующие фракции грунта:

  • Более 10 мм
  • 10-5
  • 5-2
  • 2-1
  • 1-0,5
  • 0,5-0,25
  • 0,25-0,1

Для определения гранулометрического состава каждую фракцию взвешивают. Затем вычисляют ее процентное содержание – вес фракции разделяют на общий вес пробы и умножают на 100.

Ареометрический метод

Ареометрический метод определения гранулометрического состава используется для грунтов с диаметром частиц менее 0,1 мм. Его суть – в измерении плотности суспензии грунта через определенные промежутки времени с помощью прибора ареометра.

Пробу грунта измельчают и просеивают через сита с разным диаметром. Частицы, которые остались на сите 0,1 мм, дополнительно смывают водой. Смешивают пробу весом около 30 г, которая прошла через самое мелкое сито, и разбавляют ее дистиллированной водой (около 200 мл). Добавляют в полученную суспензию 25% раствор аммиака и кипятят смесь 30 минут (пески и супеси) или 1 час (суглинки).

Когда проба остынет, к ней добавляют стабилизатор — пирофосфорнокислый натрий (4% или 6,7% раствор). Суспензию взбалтывают и опускают в нее ареометр.

Замеры делают с определенными промежутками времени:

  • 1 минута (для частиц с диаметром менее 0,05 мм)
  • 30 минут (для частиц с диаметром более 0,01 мм)
  • 11 часов (для частиц с диаметром более 0,02 мм)

Данные замеров фиксируют в специальном журнале. Затем по формуле вычисляют процентное содержание каждой фракции. Для зерен размером до 0,1 мм это делают так же, как при ситовом методе. Для фракций 0,1-0,05, 0,05-0,01, 0,01-0,002 используется формула, в которой учитываются плотность воды, плотность частиц, масса зерен с диаметром менее 0,1 мм и процентное содержание частиц с диаметром более 1 мм.

Пипеточный метод

При пипеточном методе суспензия из мелких частиц грунта готовится так же, как и при ареометрическом. Измерение объема частиц с разным диаметром делают с помощью специальной пипетки с боковыми отверстиями. Она имеет трехходовой канал, который соединяется с аспиратором и колбой с дистиллированной водой.

Перед взятием проб колоба с суспензией взбалтывается на протяжении 1 минуты. Когда частицы осядут в нее опускается пипетка. В верхних слоях концентрируются микрочастицы с диаметром 0,001-0,002 мм. В нижних оседают более крупные зерна.

Пипетка опускается на разную глубину, где и проводятся заборы проб:

  • На 7 см в течение 30 с – частицы менее 0,001 и 0,002 мм
  • На 10 см в течение 10-15 с – частицы менее 0,005 и 0,01 мм
  • На 25 см в течение 25 с – частицы менее 0,05 мм

После забора проб их высушивают и взвешивают. Затем по формуле высчитывают процентное содержание.

Определение гранулометрического состава грунта в домашних условиях

Самостоятельно можно лишь приблизительно определить гранулометрический состав, отличить один вид грунта от другого. Чаще всего это делается для мелкозернистых глинистых и песчаных грунтов.

Вот несколько методов:

  1. Чтобы отличить глину, суглинок и супесь, образец смачивают, затем делают шнур или шар. Супесь быстро распадается, не держит формы. Суглинок скатывается в шнур, но по его краям появляются трещины, он быстро распадается при подсушивании. Глина хорошо держит форму, сохраняет ее даже после высушивания.
  2. Образец грунта размачивают в стакане с водой. На дно будут оседать крупные песчинки, а мелкие частицы расположатся вверху. Обычной линейкой измеряют высоту осадка, а затем по объему вычисляют процентное содержание глинистых и песчаных частиц. Например, высота осадка 10 см. Из этого 3 см занимает песок, а 6 см глина. Значит в грунте около 30% песчаных частиц и до 60% глинистых. Скорее всего вы имеете дело с суглинком.
  3. Различить разные виды грунтов можно на ощупь. Глина с трудом растирается, частицы тонкие, мягкие. В суглинке ощущаются песчинки, а в супеси лишь слегка прощупываются пылевидные и глинистые частички.

Повторим, эти три способа позволяют определить гранулометрический состав лишь примерно. Перед началом ответственных работ стоит заказать анализ в лаборатории. В каких случаях стоит знать гранулометрический состав грунта, мы опишем дальше.

Влияние гранулометрического состава на область применения грунтов

Гранулометрический состав грунта влияет на многие его свойства – водопроницаемость, влагоемкость, плотность, прочность, просадочность. Поэтому при выборе материала или оценке грунта на участке важно ориентироваться на этот показатель.

Вот несколько рекомендаций по выбору грунта:

  • Для устройства основания под фундаментами и дорожным полотном
    Основанием может служить природный грунт на участке или привозной. Второй вариант используют в тех случаях, когда грунт приходится укреплять, частично или полностью заменять. На участках чаще всего попадаются глинистые или песчаные грунты, гораздо реже – скальный с разной степенью выветривания.
    Одно из самых надежных оснований – галечниковый или щебенистый грунт. Он хорошо пропускает воду, крупные зерна прочные и выдерживают большие нагрузки. Желательно, чтобы грунт был неоднородным. Тогда он лучше уплотняется, менее подвержен сдвигу (мелкие зерна заклинивают крупные). Хорошей прочностью обладает глина. Мелкие частицы соединяются между собой коллоидными связями, образуя сплошной твердый массив с низкой водопроницаемостью. Но глинистые грунты склонны к набуханию и морозному пучению.
    Не лучшим основанием будет мелкий песок и грунт с большим содержанием пылевидных частиц (лес и лессовидный суглинок). Эти материалы обладают высокой просадочностью. Такой грунт на участке нужно либо заменять, либо укреплять скалой, щебнем, гравием.
    Подробнее об этом читайте в статье Грунт для фундамента.
  • Для выравнивания участков
    Для выравнивания участков лучше всего использовать мелкозернистый грунт с однородным гранулометрическим составом. Подойдет песок, суглинок, супесь. Также с этой целью можно использовать мелкий гравий или дресву (фракция 2-5), без крупных включений.
  • Для засыпки пазух фундамента
    Пазухи фундамента нужно засыпать материалом, который пропускает воду так же или меньше, чем основной грунт на участке. Лучше всего брать мелкозернистый суглинок, глину или супесь.
  • Для гидроизоляции
    Грунт для гидроизоляции используют при оборудовании колодцев. Лучше всего в этом случае подойдет глина. Ее мелкие зерна хорошо утрамбовываются и образуют водонепроницаемый слой за счет коллоидных связей.
  • Для засыпки ям, траншей, котлованов
    Для засыпки ям, траншей и котлованов можно брать грунт с любым гранулометрическим составом. Здесь в первую очередь обращают на стоимость материала. Часто используют котлованный грунт. Если в ямах и траншеях проложены коммуникации, лучше засыпать их песком, дресвой или гравием. Эти грунты хорошо пропускают воду, не набухают и не пучинятся.
    Подробнее об этом читайте в статье Грунт для обратной засыпки.
  • Для засыпки временных и грунтовых дорог, ремонта дорог
    Для грунтовых дорог следует использовать материалы со средним размером зерен 2-10 мм (гравий, галечник, дресву). Желательно, чтобы в них не было включений глины и мелкого песка. Такие частицы быстро смываются водой, дорога разрушается. Временные проезды можно засыпать песком или супесью. Если по временной дороге будет ездить тяжелая техника, лучше использовать крупнообломочный грунт, как и на грунтовках.
  • Для обустройства обочин и насыпей
    Для обочин и насыпей можно использовать как крупнообломочные грунты, так и песчаные или глинистые. Очень важно, чтобы частицы материала имели шероховатую поверхность. Окатанные зерна плохо сцепляются между собой, поэтому насыпи становятся неустойчивыми.
  • Для укрепления грунта
    Грунт укрепляют, чтобы увеличить его прочность и уменьшить просадочность. Лучше всего для этого подходят крупнообломочные разновидности – галечник, щебень, гравий. Гранулометрический состав их может быть неоднородным – частицы разного размера при трамбовке создают эффект расклинцовки и образуют прочный слой, устойчивый к сдвигам и вертикальным нагрузкам.
  • Для изготовления бетона низких марок
    Для изготовления бетона используют крупнообломочные грунты – гравий, щебень. В них не должно быть пылевидных и глинистых частиц, которые создают пленку на поверхности крупных зерен и ухудшают адгезию. Включения песка вполне приемлемы. Песчаные грунты без примесей глины также используются в качестве наполнителя для бетона.

Гранулометрический состав грунта – это лишь одна из характеристик, на которую стоит ориентироваться при выборе материала. Но от нее зависят многие другие свойства. Уже по названию грунта вы можете сориентироваться, из каких зерен он состоит. Но в ряде случаев лучше воспользоваться услугами специалистов, чтобы точно определить гранулометрический состав. В первую очередь это касается грунтов под фундаментами, для возведения насыпей или изготовления бетона.

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет - Сибстрин

Победителем фестиваля студенческого творчества «Звездопад НГАСУ (Сибстрин) 2021» стал факультет инженерных и информационных технологий

19 марта 2021 года в актовом зале НГАСУ (Сибстрин) состоялось подведение итогов и награждение победителей одного из самых ярких внутривузовских шоу – творческого фестиваля «Звездопад» между институтами/факультетами университета. Фестиваль «Звездопад» является традиционным мероприятием, которое проводит для студенческой молодежи Центр по внеучебной и воспитательной работе НГАСУ (Сибстрин) при поддержке институтов, факультетов и администрации вуза. Он объединяет творческих студентов и позволяет выявить новые таланты. В этом году «Звездопад» прошел под знаком Года науки и технологий в России. В программу фестиваля, объединенного девизом «Шаг вперед», вошли интеллектуальный турнир, конкурс...

23 марта в университете пройдет День донора

23 марта 2021 года (вторник) в университете пройдет традиционный День донора, организованный Центром внеучебной и воспитательной работы НГАСУ (Сибстрин) совместно с Новосибирским центром крови. В этот день с 10.00 до 12.00 в главном корпусе в холле 3-го этажа (ауд. № 302 и 303) будет работать мобильный пункт приема донорской крови. Сдать кровь могут студенты, преподаватели и сотрудники университета старше 18 лет и имеющие при себе паспорт/копию паспорта или военный билет, иногородние – временную регистрацию. Приглашаются постоянные доноры и те, кто хочет им стать. Студенты, которые в прошлый раз сдавали кровь впервые, просим вас прийти обязательно! Желающим сдать кровь необходимо отказаться от алкоголя за 48 часов до сдачи крови и от курения за 3 часа до и после сдачи. Также накануне сдачи следует избегать тяжелых физических нагрузок и приема лекарственных препаратов. Утром перед сдачей крови не рекомендуется употреблять жирную, мясную и молочную пищу, однако необходим легкий завтрак в виде сладкого чая, соков, газированных ...

Классификационные характеристики песчаных грунтов | Инерт Групп Логистик

Данная разновидность представляет собой массу песчинок — минеральных микрочастиц, большая часть которых имеет размер, который не превышает двух миллиметров. Существующие разновидности песчаных грунтов имеют свой состав, характеристики и свойства, что определяет подход к их использованию в хозяйственной сфере.

Особенности и виды песчаных грунтов

Масса, состоящая из микрочастиц, является непластичной. Если попытаться слепить из нее шар без предварительного увлажнения, то он рассыплется. Увлажненная субстанция способна некоторое время сохранять форму, но после высыхания переходит в сыпучее состояние. Частицы по конфигурации напоминают сферу, а пространство между ними заполняется воздухом и влагой.

Мелкофракционные группы являются непучинистыми, поскольку неспособны удерживать жидкость. Основной критерий – несущая способность, которая непосредственно зависит от степени уплотнения и содержания влаги.

Под воздействием механической нагрузки такой слой быстро оседает, что следует учитывать при проведении строительных работ.

Крупность частиц имеет огромное значение, на данный момент выделены следующие разновидности песчаных грунтов по гранулометрическому составу, то есть по процентному содержанию в составе зерен с одинаковыми параметрами:

  • Гравелистый – с самыми крупными элементами в пределах 0,25 – 5,0 мм. Обладает высоким показателем несущей способности, плотность составляет 5 – 6 кг/кв.см.
  • Крупный. Имеет элементы 0,25 – 2,0 мм, как и гравелистый, практически не реагирует на увлажнение, его несущая способность остается неизменной.
  • Средний. Размер микрочастиц составляет 0,1-1,0, при контакте с водой снижается прочность и другие свойства.
  • Мелкий (пылеватый). С частицами менее 0,1, по характеристикам напоминает глинистые подвиды почвы. Под воздействием воды значительно снижается прочность.

Рассмотрим, как подразделяются песчаные грунты по другим показателям.

Классификационные характеристики песчаных грунтов

Чтобы оценить строительные качества материала, принято его распределение по следующим критериям:

  • По характеру структурных связей – магматический, метаморфический, осадочный, искусственный.
  • По прочности – малопрочный, среднепрочный, прочный.
  • По коэффициенту пористости — плотный, средний, рыхлый.
  • По степени увлажненности – маловлажные, влажные, водонасыщенные.

Классификация песчаных грунтов по зерновому составу (гранулометрическому) приведена выше. Категория с самым мелким зерном быстро впитывает воду и теряет свою прочность, а крупные фракции – сохраняют свои качества.

При оценке характеристик основания для устройства фундамента первоочередное значение имеет показатель плотности сложения. Состояние определяют путем проведения динамического и статического зондирования и сопоставления с табличными данными.

В таблице 1 приведена классификация песчаных грунтов по плотности сложения:

Вид почвы

Плотность сложения в зависимости от показателя пористости е

Плотный

СреднийРыхлый

Гравелистый, крупный, средний

меньше 0,55меньше 0,7 и больше или равно 0,55выше 0,70

Мелкий

0,60

менее 0,75 и свыше или равно 0,6

 0,75

Пылеватый0,60ниже 0,8 и более или равно 0,6

 0,80

Правильно подобранный качественный строительный материал является основным фактором, который влияет на прочность и долговечность любого сооружения и конструкции. Приобрести инертную продукцию, добытую на лучших карьерах Краснодарского края, предлагает компания «Инерт Групп». Здесь покупатель может получить компетентную консультацию, купить сертифицированный товар по лучшим ценам и заказать быструю доставку на объекты, находящиеся в пределах Краснодарского края.

П р и л о ж е н и я Приложение 1. Классификация гранулометрических фракций, слагающих обломочные грунты в.В. Охотина [8]

Наименование фракций

Размер (диаметр) частиц, мм

Валуны (окатанные) и глыбы (неокатанные):

  • крупные

  • средние

  • мелкие

> 800

800 – 400

400 – 200

Галька (окатанная) и щебень (угловатый):

  • крупные

  • средние

  • мелкие

200 – 100

100 – 60

60 – 40

Гравий (окатанный) и дресва (угловатая):

  • крупные

  • средние

  • мелкие

  • очень мелкие

40 – 20

20 – 10

10 – 4

4 – 2

Песчаные частицы:

  • крупные

  • средние

  • мелкие

  • тонкие

2,0 – 0,5

0,5 – 0,25

0,25 – 0,10

0,10 – 0,05

Пылеватые частицы:

  • крупные

  • мелкие

0,05 – 0,01

0,01 – 0,005

Наименование фракций

Размер (диаметр) частиц, мм

Глинистые частицы:

  • крупные

  • мелкие

0,005 – 0,001

< 0,001

Определение гранулометрического состава грунтов и почв

Твердая фаза почвы состоит из частиц различных размеров, которые называются механическими элементами или гранулами. Относительное содержание в почве или грунте механических элементов называется механическим или гранулометрическим составом, а количественное определение их гранулометрическим или механическим анализом.

В соответствии с ГОСТ 27593-88 «Почвы. Термины и определения», гранулометрический состав – это содержание в почве механических элементов, объединенных по фракции.

Проведение гранулометрического анализа очень важно при определении физико-механических свойств почв/грунтов, таких как порозность, влагоемкость, водопроницаемость, плотность, пластичность, липкость, набухание и др., то есть тех свойств, которые напрямую влияют на плодородие почв или знание которых необходимо при проведении строительных работ.

Механические элементы в зависимости от размера подразделяют на фракции: больше 3мм-камни, 3-1мм — гравий, песок 1-0,05мм (крупный, средний, мелкий), пыль – 0,05-0,001 (крупная, средняя, мелкая), ил – 0,001-0,0001 (грубый, тонкий) и коллоиды меньше 0,0001. Сумму всех механических элементов почвы размером меньше 0,01мм называют физической глиной, а больше 0,01мм – физическим песком. Кроме того, выделяют мелкозем, в который входят частицы меньше 1мм, и почвенный скелет – частицы больше 1мм.

Соотношение физической глины и физического песка лежит в основе классификации почв по механическому составу. Все почвы и грунты по механическому составу объединяют в несколько групп с характерными для них физическими и химическими свойствами: песок, супесь, суглинок, глина. Каждая группа подразделяется на подгруппы в зависимости от крупности механических элементов и преобладающих фракций.

Методы гранулометрического анализа

Гранулометрический состав можно определить приближенно в полевых условиях по внешним признакам и на ощупь «сухим» или «мокрым» методом. Этими методами могут воспользоваться садоводы-огородники при определении доз внесения удобрений, количества песка, торфа, опилок для улучшения структуры почвы и создания более благоприятных условий для роста сельскохозяйственных культур.

Подробная информация об услуге в разделеАнализ почвы

«Сухой» метод

Сухой комочек или щепотку почвы/грунта кладут на ладонь и тщательно растирают пальцами. Механический состав определяется по ощущению при растирании. Глинистые почвы в сухом состоянии с большим трудом растираются между пальцами, но в растертом состоянии ощущается однородный тонкий порошок. Суглинистые почвы при растирании в сухом состоянии дают тонкий порошок, в котором прощупывается некоторое количество песчаных частиц. Песчаные почвы состоят только из песчаных зерен с небольшой примесью пылеватых и глинистых частиц.
Пылеватые почвы и породы при растирании дают ощущение мягкости или «бархатистости»; песчанистые — жесткости, шероховатости; пылевато-песчанистые — мягкости, но и явного присутствия песчинок.

«Мокрый» метод

Образец растертой почвы или грунта увлажняют до тестообразного состояния, при котором почвы обладают наибольшей пластичностью. Затем пробуют на ладони скатать шарик и из него шнур толщиной около 3мм. Получившийся шнур пробуют свернуть в кольцо диаметром 2-3см. В зависимости от механического состава почвы/грунта показатели «мокрого» анализа будут различны. У рыхлых песков шарик не образуется; у связных песков — легко крошится; у супесей — имеет шероховатую поверхность; у суглинков — гладкую поверхность; у глинистых — гладкую, блестящую поверхность. Пески не образуют шнура; супеси дают зачатки шнура; у легких суглинков шнур образуется, но распадается на дольки; средние суглинки дают сплошной шнур, но при свертывании в кольцо он разламывается на дольки; тяжелый суглинок — шнур образуется сплошной, но при свертывании в кольцо трескается ; глины дают сплошной шнур, который свертывается в кольцо, не трескаясь.

Для точного установления гранулометрического состава применяют лабораторные методы, позволяющие находить количество всех групп механических элементов, слагающих почву или грунт.

При исследованиях гранулометрического состава почв/грунтов песчаного и крупнообломочного состава, реже в супесчаных, применяется ситовой метод (метод просеивания на ситах). Пробы грунта просеивают через набор сит с отверстиями разного диаметра: 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1. Каждую фракцию грунта, задержавшуюся на ситах, взвешивают и рассчитывают процентное содержание по отношению к общей массе грунта. При проведении гранулометрического анализа песков с размером частиц от 10 до 0,5 мм просеивание проводится без промывки, а от 10 до 0,1 мм с промывкой водой

Для исследования гранулометрического состава глинистых и суглинистых грунтов для частиц менее 0,1мм применяют ареометрический и пипеточный методы гранулометрического анализа. Эти методы основаны на зависимости, существующей между скоростями падения частиц и их размером. Если взмутить суспензию почвы/грунта и оставить ее в спокойном состоянии, то постепенно взмученные частицы осядут. Быстрее будут осаждаться более крупные по размеру и более тяжелые механические элементы, то есть плотность и механический состав суспензии будут изменяться с течением времени.

При ареометрическом методе производят измерения плотности отстаиваемой в цилиндре суспензии ареометром через определенные промежутки времени. Плотность, измеренная ареометром, зависит от содержания в суспензии взвешенных твердых частиц. Получив значения убывающей плотности через определенные промежутки времени, с помощью расчетных формул или по номограммам определяют процентное содержание частиц определенного размера.

Пипеточный метод предполагает отбор проб суспензии из цилиндра с определенных глубин через разные промежутки времени. Для производства анализа взмучивают грунтовую суспензию и оставляют ее в покое на определенное время, после чего специальной пипеткой с нужной глубины отбирают пробу суспензии. Такая проба содержит только те частицы, которые не успели осесть за указанное время отстаивания. При следующих пробах, взятых пипеткой через большие промежутки времени от начала отстаивания суспензии, получают более мелкие частицы. Определяя массу высушенных проб и зная размер отобранных частиц (вычисляемый по длительности отстаивания суспензии и глубине взятия проб), вычисляют процентное содержание этих частиц в образце почвы/грунта.

Классификация почв по механическому составу (по Н.А. Качинскому)

Название
почвы по механическому составу
Содержание
физической глины (частиц < 0,01 мм) в %
Содержание
физического песка (частиц >0,01 мм) в %
ПОЧВЫ
подзолистоготипа почвообразования (ненасыщ.
основан.)
степного типа
почвообразования красноземы и желтоземы
солонцы и сильно
солонцеватые почвы
подзолистоготипа почвообразования (ненасыщ.
основан.)
степного типа
почвообразования красноземы и желтоземы
солонцы и сильно
солонцеватые почвы
песок рыхлый 0-5 0-5 0-5 100-95 100-95 100-95
песок связный 5-10 5-10 5-10 95-90 95-90 95-90
супесь 10-20 10-20 10-15 90-80 90-80 90-85
суглинок легкий 20-30 20-30 15-20 80-70 80-70 85-80
суглинок средний 30-40 30-45 20-30 70-60 70-55 80-70
суглинок тяжелый 40-50 45-60 30-40 60-50 55-40 70-60
глина легкая 50-60 60-75 40-50 50-35 40-25 60-50
глина средняя 65-80 75-85 50-65 35-20 25-15 50-35
глина тяжелая >80 >85 >65 <20 <15 <35

Наша испытательная лаборатория аккредитована Федеральной службой по аккредитации на выполнение исследований гранулометрического состава по ГОСТ 12536-2014 «Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава».

Подготовка проб почвы
Проведение экстракции проб
Отбор навесок почвы

Домашняя страница

Гранулометрический состав почвы определяется кривой, описывающей содержание зерен разного размера, выраженное в процентах. Этот вид рисунка используется во многих странах. Эта диаграмма участвует в MIT (США). Подобная система классификации очень проста для определения (определения) фракций гранулированных зерен (гравий, глина, песок) и их относительных размеров (большие, мелкие, крупные). Используются только два числа - два и шесть. Для классификации крупнозернистых почв использован опыт разбрасывания.В то время как для классификации мелкозернистых почв используется эксперимент, который мы называем гидрометрическим. Помимо формы гранулометрической кривой, мы также можем использовать числовой индекс для описания крупнозернистой почвы:

  • d10 - реальный размер зерна, описывающий самое крупное зерно, которое на 10% меньше этого размера.
    Мы также можем использовать d50, d60.
  • d60 / d10 = cu - коэффициент равномерности. Можно сказать, что гравий хорошо градуирован, если Cu> 4 (cu больше 4), и песок, если cu> 6.Как мы уже говорили ранее, на основе гранулометрической кривой мы можем классифицировать только крупнозернистые почвы. Форма зерна - менее важная характеристика зерен, но также очень трудная для описания. Мы могли бы разделить три группы форм: компактные, дискообразные (в форме плитки) (plocast) и игольчатые. Когда длина, ширина и высота зерен одинакового размера, мы можем сказать, что это компактная форма (кубическая, сферическая ). Этот тип зерен появляется в результате механического разложения горных пород (камня) и редко бывает меньше 0.001 мм.

Пределы состояния консистенции или пределы консистенции Аттеберга, или мы часто используем термин - предел пластичности. Эти ограничения используются исключительно для мелкозернистых почв. Пределы Аттеберга используются для определения свойств глинистого компонента в почве. Наиболее важной характеристикой глинистого материала является то, что эти материалы меняют свое состояние консистенции в зависимости от содержания воды.

Granica tecenja LL определяется стандартным экспериментом на аппарате Касагранде.

Granica пластичности (предел пластичности) PL также определяется экспериментально. Мы могли бы упомянуть некоторые понятия, которые очень важны для классификации, а именно индекс согласованности, индекс потока (LI), предел сборки.

УНИКАЛЬНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ

В природе мы находим разные виды почв. В гражданском строительстве наиболее подходящей является классификация Unique. Эта система классификации основана на предложении, которое сделал Касагранде (1948). Такая классификация известна как классификация AC (классификация аэродрома).В некоторых странах используются разные виды, но основной принцип везде один и тот же. Основной принцип: любой тип почвы можно описать двумя буквами, двумя знаками или двумя символами.

Крупнозернистые почвы классифицируются по величине зерен по гранулометрической кривой. Самый важный коэффициент однородности (Cu) и коэффициент отчужденности (Cz).

Мелкозернистый грунт, содержащий более 50% зерен менее 0,075 мм, относится к классу гранулометрического состава по применению.

Система

AC очень полезна для классификации каждого типа почвы во многих приложениях, таких как строительство дорог, шоссе, аэропорты, плотины, фундаменты. На практике для каждого типа классификации грунта мы можем записать типичные особенности, которые могут быть очень полезны в процессе строительства или черчения.

Текстура почвы - обзор

Подготовка почвы

Перед посадкой укорененных черенков на винограднике почву необходимо проанализировать и подготовить для приема лоз.Степень подготовки зависит от текстуры почвы, степени уплотнения, предыдущего использования, условий дренажа, недостатка или токсичности питательных веществ, pH, потребностей в орошении и преобладающих болезней и вредителей. Если земля девственная, следует уничтожить ядовитые многолетние сорняки и грызуны и устранить препятствия для эффективного выращивания. Там, где почва уже была обработана, первоочередной задачей является обеспечение достаточного дренажа и рыхления почвы для отличного развития корневой системы. Влияние характеристик почвы на распространение корней показано на Таблице 4.9, 4.10, 4.11 и 4.12.

Хотя известно, что определенные почвенные условия неблагоприятны для роста корней (например, кислые, засоленные, натриевые, заболоченные, с низким содержанием питательных веществ), невозможно дать универсальные рекомендации. Что является «идеальным», будет зависеть от множества факторов, особенно от генетики привоя и подвоя (если он привит) и климата. Местные рекомендации следует получать от региональных властей.

Неадекватный дренаж наиболее эффективно устраняется укладкой дренажной плитки.Винклер и др. (1974) рекомендуют дренировать почву на глубину примерно 1,5 м в прохладном климате и до 2 м в теплом или жарком климате. Вместо этого можно использовать узкие канавы, но они могут усложнить механизацию виноградников. Кроме того, канавы выводят из производства ценные земли виноградников. Эффективность дренажа может быть дополнительно улучшена за счет разрушения каркасов или других препятствий для просачивания воды.

Глубокое рыхление (0,3–1 м), используемое для разрушения каркасов, также может использоваться для разрыхления глубоких слоев почвы.Это особенно полезно на тяжелых, неорошаемых почвах, где больший доступ к почве может минимизировать дефицит воды в условиях засухи (van Huyssteen, 1988a). Однородность рыхления почвы также важна для обеспечения эффективного использования почвы виноградными лозами (Saayman, 1982; van Huyssteen, 1990). Тем не менее, рыхление может включать бедные питательными веществами глубокие горизонты почвы в верхний слой почвы и усиливать эрозию на склонах. Рыхление влажной почвы может привести к образованию столбов уплотненной почвы между рядами, что усложняет, а не способствует дренажу.

На участках, обладающих значительной неоднородностью, следует серьезно рассмотреть возможность земляных работ, выравнивания и перемешивания. Это может минимизировать, если не устранить, серьезные локальные колебания кислотности почвы и доступности питательных веществ или воды. Если в почве не хватает малоподвижных питательных веществ, это оптимальное время для внесения питательных веществ, таких как калий и цинк. Виноградники, демонстрирующие большое разнообразие условий, обычно дают плоды неоднородной однородности и вина более низкого качества (Long, 1987; Bramley and Hamilton, 2004; Cortell et al., 2005).

Там, где нематоды представляют проблему, часто бывает полезно окурить почву, даже если используются устойчивые к нематодам подвои. Фумигация снижает уровень заражения и повышает эффективность устойчивых или толерантных подвоев в поддержании здоровья виноградных лоз.

Если требуется поверхностный (бороздчатый) полив, земля должна быть ровной или иметь небольшой уклон. Таким образом, может потребоваться планировка земель, если планируется этот метод полива.

Чтение: Типы почв | Геология

Текстура и состав почвы

Рисунок 1.Поле суглинка.

Неорганическая часть почвы состоит из множества частиц разного размера, и эти частицы разного размера присутствуют в разных пропорциях. Сочетание этих двух факторов определяет некоторые свойства почвы.

  • Проницаемая почва позволяет воде легко проходить через нее, потому что промежутки между неорганическими частицами большие и хорошо связаны. Песчаные или илистые почвы считаются «легкими» почвами, потому что они являются водопроницаемыми и дренирующими типами почв.
  • Почвы с очень маленькими участками являются влагоудерживающими. Например, когда в почве присутствует глина, она тяжелее, плотнее скрепляется и удерживает воду.
  • Когда почва содержит смесь размеров зерен, она называется суглинком (рисунок 1).

Когда почвоведы хотят точно определить тип почвы, они измеряют процентное содержание песка, ила и глины. Они наносят эту информацию на треугольную диаграмму, где частицы каждого размера находятся в одном углу (рис. 2).Затем тип почвы можно определить по местоположению на схеме. Вверху почва была бы глиной; в левом углу - песок, а в правом - ил. Почвы в нижней средней части с содержанием глины менее 50% представляют собой суглинки.

Рисунок 2. Типы почв по размеру частиц.

Используя диаграмму в качестве ориентира, каков состав супеси? Если вы хотите определить тип почвы на ощупь, вот таблица от Министерства сельского хозяйства США, которая поможет вам.

Горизонты и профили почв

Остаточная почва образуется в течение многих лет, так как механическое и химическое выветривание медленно превращает твердую породу в почву.Развитие остаточного грунта может происходить примерно так.

Рис. 3. Почва - важный ресурс. На этой фотографии отчетливо виден каждый горизонт почвы.

  1. Трещины коренных пород из-за выветривания из-за расклинивания льда или другого физического процесса.
  2. Вода, кислород и углекислый газ проникают в трещины, вызывая химическое выветривание.
  3. Растения, такие как лишайники или травы, укореняются и вызывают биологическое выветривание.
  4. Выветрившийся материал собирается, пока не останется почва.
  5. Почва развивает горизонтов почвы , поскольку каждый слой постепенно изменяется. Наибольшая степень выветривания находится в верхнем слое. Каждый последующий нижний слой изменяется чуть меньше. Это потому, что первое место, где вода и воздух соприкасаются с почвой, находится наверху.

На разрезе на склоне холма видны разные слои почвы. Все вместе они называются почвенным профилем (рис. 3).

Самые простые почвы имеют три горизонта.

Верхний слой почвы

Называемый горизонтом А, верхний слой почвы обычно является самым темным слоем почвы, потому что он имеет наибольшую долю органического материала. Верхний слой почвы является регионом наиболее интенсивной биологической активности: насекомые, черви и другие животные роются в нем, а растения протягивают в него свои корни. Корни растений помогают удерживать этот слой почвы на месте. В верхнем слое почвы минералы могут растворяться в проходящей через него пресной воде и переноситься в нижние слои почвы.Очень мелкие частицы, такие как глина, также могут попадать в нижние слои, когда вода просачивается в землю.

Недра

Рисунок 4. Профиль почвы - это полный набор слоев почвы. Каждый слой называется горизонтом.

Горизонт B или недра - место накопления растворимых минералов и глин. Этот слой светло-коричневого цвета и содержит больше воды, чем верхний слой почвы из-за присутствия железа и глинистых минералов. Органического материала меньше.Посмотрите на рисунок 4.

C горизонт

Горизонт C - пласт частично измененной коренной породы. В этом слое есть некоторые свидетельства выветривания, но фрагменты первоначальной породы видны и могут быть идентифицированы.

Не во всех климатических регионах развиваются почвы, и не во всех регионах развиваются одни и те же горизонты. В одних областях наблюдается до пяти или шести отдельных слоев, в других - только очень тонкие почвы или, возможно, вообще нет почвы.

Типы почв

Хотя почвоведы признают тысячи типов почв, каждый со своими характеристиками и названием, давайте рассмотрим только три типа почв.Это поможет вам понять некоторые из основных представлений о том, как климат создает определенный тип почвы, но есть много исключений из того, что мы узнаем прямо сейчас (рисунок 5).

Рис. 5. Только некоторые из тысяч типов почв.

Педальфер

Рис. 6. Педальфер - это темная плодородная почва, которая образуется в лесной местности.

Лиственным деревьям, деревьям, теряющим листья каждую зиму, требуется не менее 65 см дождя в год. В этих лесах образуются почвы, называемые pedalfers , которые распространены во многих областях умеренного, восточной части Соединенных Штатов (рис. 6).Слово «педальфер» происходит от некоторых элементов, которые обычно встречаются в почве. Al in ped al fer - химический символ элемента алюминия, а Fe in pedal fe r - химический символ железа. Педальферы обычно очень плодородные, темно-коричневые или черноземы. Неудивительно, что они богаты алюминиевыми глинами и оксидами железа. Поскольку в этом климате часто выпадает много осадков, большинство растворимых минералов растворяются и уносятся, оставляя менее растворимые глины и оксиды железа.

Педокальный

Рис. 7. Педокал - это щелочная почва, которая образуется в пастбищах.

Племенные почвы образуются в более засушливых районах с умеренным климатом, где пастбища и кустарники являются обычным типом растительности (рисунок 7). В климатических условиях, которые образуют педокалы, выпадает менее 65 см осадков в год, поэтому по сравнению с педалферами меньше химического выветривания и меньше воды для растворения растворимых минералов, поэтому присутствует больше растворимых минералов и меньше глинистых минералов.Это более сухой регион с меньшим количеством растительности, поэтому почвы имеют меньшее количество органического материала и менее плодородны.

Педокал назван в честь образующегося обогащенного кальцитом слоя. Вода начинает двигаться вниз через слои почвы, но, не успев далеко уйти, она начинает испаряться. Растворимые минералы, такие как карбонат кальция, концентрируются в слое, отмечающем самое низкое место, до которого могла добраться вода. Этот слой называется калише.

Латерит

Рис. 8. Латерит - это тип толстой, бедной питательными веществами почвы, которая образуется в тропических лесах.

В тропических лесах, где дожди идут буквально каждый день, образуется латеритных почв (рис. 8). В этих жарких, влажных тропических регионах интенсивное химическое выветривание лишает почвы питательных веществ. Гумуса практически нет. Все растворимые минералы удаляются из почвы и уносятся все питательные вещества растений. Все, что осталось, - это наименее растворимые материалы, такие как оксиды алюминия и железа. Эти почвы часто имеют красный цвет из-за оксидов железа. Латеритные почвы спекаются как кирпич, если они находятся на солнце.

Многие типы климата здесь не упоминаются. Каждая из них создает особый тип почвы, который формируется в конкретных условиях, существующих на ней. Там, где меньше выветривание, почвы тоньше, но могут присутствовать растворимые минералы. В условиях интенсивного выветривания почвы могут быть толстыми, но бедными питательными веществами. Развитие почвы занимает очень много времени, для формирования хорошего плодородного верхнего слоя почвы могут потребоваться сотни или даже тысячи лет. Ученые-почвоведы подсчитали, что в самых лучших почвообразующих условиях скорость образования почвы составляет около 1 мм / год.В плохих условиях почвообразование может занять тысячи лет!

Сохранение почв

Почва является возобновляемым ресурсом только при тщательном управлении. Засуха, нашествие насекомых или вспышки болезней - это естественные циклы событий, которые могут негативно повлиять на экосистемы и почву, но есть также много способов, которыми люди пренебрегают этим важным ресурсом или злоупотребляют им.

Рис. 9. В почву можно добавлять органические вещества, чтобы повысить ее плодородие.

Одна вредная практика - удаление растительности, которая помогает удерживать почву на месте.Иногда просто прогулка или езда на велосипеде по одному и тому же месту убьет траву, которая там обычно растет. Земля также преднамеренно расчищается или вырубается под лес. В этом случае рыхлые почвы могут уноситься ветром или проточной водой. Во многих регионах мира скорость эрозии почвы во много раз превышает скорость ее формирования. Почвы также могут быть загрязнены, если в почве накапливается слишком много соли или загрязнители проникают в землю. Есть много методов, которые могут защитить и сохранить почвенные ресурсы.Добавление в почву органических материалов в виде растительных или животных отходов, таких как компост или навоз, увеличивает плодородие почвы и улучшает ее способность удерживать воду и питательные вещества (рисунок 9). Неорганические удобрения также могут временно повысить плодородие почвы и могут быть менее дорогими или требующими много времени, но они не обеспечивают таких же долгосрочных улучшений, как органические материалы.

Рис. 10. На крутых склонах можно террасировать, чтобы выровнять посадочные площади и уменьшить поверхностный водный сток и эрозию.

Сельскохозяйственные методы, такие как чередование культур, чередование типов культур, высаживаемых в каждом ряду, и посев богатых питательными веществами покровных культур - все это помогает сохранять почву более плодородной, поскольку ее используют сезон за сезоном. Посадка деревьев в качестве защитных полос, вспашка вдоль контуров поля или строительство террас на более крутых склонах - все это поможет удержать почву на месте (рис. 10). Метод нулевой или малой обработки почвы помогает удерживать почву на месте, как можно меньше нарушая ее при посадке.

Краткое содержание урока

  • Текстура и состав почвы, а также количество органического материала в почве определяют ее качество и плодородие.
  • Через некоторое время порода выветривается и образует слоистый грунт, называемый почвенным профилем.
  • Каждый тип климата в конечном итоге может дать уникальный тип почвы.

Вопросы для размышления

  • Какие навыки помогает вам развить этот контент?
  • Какие ключевые темы освещаются в этом содержании?
  • Как содержание этого раздела может помочь вам продемонстрировать владение определенным навыком?
  • Какие вопросы у вас есть по поводу этого контента?

Без названия

% PDF-1. 5 % 1 0 obj > транслировать 2 0 3 51 4180 5 1037 6 1191 7 1242 8 1597 9 1875 10 2223 11 2505 12 2978 13 3457 14 3551 15 3620 16 4180 17 4787 18 4803 19 4878 20 5032 21 5547 22 5992 23 6495 24 6952 25 6968 26 7010 27 7164 28 7180 29 7210 30 7364 31 7824 32 8221 33 8425 34 8684 35 9185 36 9822 37 10195 38 10457 39 10643 40 10899 41 11378 42 11827 43 11843 44 11957 45 12111 46 12257 47 12470 48 12872 49 13253 50 13269 51 13383 52 13537 53 13947 54 14337 55 14526 56 14743 57 14759 58 14885 59 15039 60 15395 61 15612 62 15628 63 15754 64 15908 65 15924 66 16038 67 16192 68 16208 69 16310 70 16464 71 16480 72 16570 73 16724 74 16740 75 16794 76 16948 77 16964 78 17078 79 17232 80 17248 81 17326 82 17480 83 17560 84 17640 85 17768 86 17853 87 17932 88 18014 89 18128 90 18216 91 18304 92 18402 93 18517 94 18651 95 18745 > > > > / Тип / Страница >> > > > > > > > > > > > > > > / Тип / Страница >> > > > > > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > > > > > > > > > > > > > / Тип / Страница >> > > > > > > > / Тип / Страница >> > > > > > > > / Тип / Страница >> > > > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > > > > > > > > > > > > конечный поток эндобдж 96 0 объект > транслировать 2018-09-19T21: 29: 26 + 02: 002018-09-19T21: 29: 26 + 02: 00TeX

  • Без названия
  • конечный поток эндобдж 97 0 объект > транслировать 98 0 99 16100 46101 202 102 218 103 320 104 476 105 619 106 827 107 843 108 983 109 1139 110 1155 111 1173 112 1329113 1345 114 1471 115 1627 116 1643 117 1661 118 1817 119 1833 120 1923 121 2079 122 2095 123 2113 124 2269 125 2285 126 2375 127 2531 128 2547 129 2565 130 2721 131 2737 132 2827 133 2983 134 2999 135 3053 136 3209 137 3225 138 3315 139 3471 140 3487 141 3541 142 3697 143 3713 144 3803 145 3959 146 3975 147 3993 148 4149 149 4165150 4255 151 4411152 4427 153 4481 154 4637 155 4653 156 4791 157 4947 158 4963 159 5041 160 5197 161 5213 162 5327 163 5483 164 5499 165 5517 166 5673 167 5689 168 5815 169 5971 170 5987161 6005 172 173 6177 174 6267 175 6423 176 6439 177 6493 178 6649 179 6665 180 6767 181 6923 182 6939 183 6957 184 7113 185 7129 186 7231 187 7387 188 7403 189 7421 190 7577 191 7593 > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > конечный поток эндобдж 192 0 объект > транслировать 193 0 194 102 195 258 196 274 197 316 198 472 199 488 200 554 201 710 202 726 203816 204972 205 988 206 1066 207 1222 208 1238 209 1304 210 1460 211 1476 212 1542 213 1698 214 1714 215 1792 216 1948 217 1964 218 2042 219 2198 220 2214 221 2328 222 2484 223 2500 224 2578 225 2734 226 2750 227 2816 228 2972 ​​229 3127 230 3345 231 3361 232 344 233 3597 234 3613 235 3691 236 3847 237 3863 238 3917 239 4073 240 4089 241 4191 242 4347 243 4363 244 4441 245 4597 246 4613 247 4655 248 4811 249 4827 250 4941 251 5097 252 5113 253 5191 254 5347 255 5554 256 5789 257 5805 258 5873 259 6029 260 6045 261 6147 262 6303 263 6319 264 6421265 267 6577 266 268 6827 269 6843 270 6873 271 7029 272 7045 273 7123274 7279 275 7295 276 7349 277 7505 278 7521 279 7623 280 7779 281 7795 282 7861283 8017 284 8033 285 8075 286 8231 > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > конечный поток эндобдж 287 0 объект > транслировать 288 0 289 42 290 198 291214 292316 293472294 488 295 566 296722 297 738 298816 299 972 300 988 301 1066 302 1222 303 1238 304 1316 305 1472 306 1488 307 1602 308 1758 309 1774 310 1840 311 1996 312 2012 313 2102 314 2258 315 2274 316 2304317 2460 318 2476 319 2566 320 2722 321 2738 322 2828 323 2984 324 3000 325 3090 326 3246 327 3262 328 3340 329 3496 330 3512 331 3590 332 3746 333 3762 334 3840 335 3996 336 4012 337 4078 338 4234 339 4250 340 4316 341 4472 342 4488 343 4578 344 4734 345 4750 346 4842 347 4998 348 5014 349 5082 350 5238 351 5254 352 5344 353 5500 354 5516 355 5558 356 5714 357 5730 358 5760 359 5916 360 5932 6178 6022 362 363 6194 364 6260 365 6416 366 6432 367 6462 368 6618 369 6634 370 6724 371 6880 372 6896 373 6938 374 7094 375 7110 376 7152 377 7308 378 7324 > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > > / Тип / Страница >> > > конечный поток эндобдж 379 0 объект > транслировать xZKϯ 苁 fcF`>: lZƴdK l + dWEû + vUzoM k? Ds @ a3z7 ounnFj $ NX; ms ^ 7GѩgIBX ڷ Ǔ |

    ! Ծ ir $ Y + leE 31Nc]) FSg> EL? GXl928qw: ˼yq8y (. onAgh / &% ~ z} n (8q6 = 9ž`0cX @: o, Nq (, R00 \} v_Vhx36 ֚ 16 PP "! x] xghH M_aGAYOd @pG: cFBH} ωuD $ 8ăa" jT @ (q0VI $ 5bS} a

    Почвенные минералы

    Минералы почвы играют жизненно важную роль в плодородии почвы, поскольку их поверхности служат потенциальными местами для хранения питательных веществ. Однако разные типы почвенных минералов содержат и удерживают разное количество питательных веществ. Поэтому полезно знать типы минералов, из которых состоит ваша почва, чтобы вы могли предсказать, в какой степени почва может удерживать и поставлять питательные вещества растениям.

    В почве содержится множество видов минералов. Эти минералы сильно различаются по размеру и химическому составу.

    Размер минеральных частиц почвы

    Размер частиц - важное свойство, которое позволяет нам различать различные минералы почвы. Почва содержит частицы от очень крупных валунов до мельчайших частиц, невидимых невооруженным глазом. Чтобы дополнительно различать частицы по размеру, частицы делятся на две категории: крупная фракция и мелкоземельная фракция.

    Мелкоземельная фракция

    Когда мы говорим о большинстве почв Мауи, мы обычно имеем в виду вторую категорию размера частиц: фракцию мелкозема. Это потому, что почвы Мауи почти исключительно мелкозернистые. Фракция мелкозема включает любые частицы размером менее 2,0 мм (0,078 дюйма) и делится на три класса по размеру: песок, ил или глина. Чтобы представить это в перспективе, ширина грифеля карандаша № 2 составляет примерно 2.0 мм. В таблице 1 приведены описания каждого класса мелкоземельной фракции.

    Таблица 1. Описание классов песка, ила и глины.
    Мелкоземельная фракция

    Размер

    Текстура

    Характеристики

    Песок

    2. 0 мм -0,05 мм

    песчаный

    Песок виден невооруженным глазом, состоит из частиц с небольшой площадью поверхности и допускает чрезмерный дренаж.

    Ил

    0,05 мм - 0,002 мм

    масло

    Ил не виден невооруженным глазом и увеличивает водоудерживающую способность почвы.

    Глина

    <0,002 мм

    липкий

    Глина имеет большую площадь поверхности, высокую водоудерживающую способность, множество мелких пор и обладает заряженными поверхностями для притяжения и удержания питательных веществ.


    Рис. 2. Сравнение относительных размеров песка, ила и глины мелкоземельной фракции.
    Источник: http://www.cst.cmich.edu/users/Franc1M/esc334/lectures/physical.htm

    Грубая фракция

    Крупная фракция почвы включает любые частицы почвы размером более 2 мм. К крупной фракции относятся валуны, камни, гравий и крупный песок. Это каменистые обломки, которые обычно представляют собой комбинацию минералов более чем одного типа. Нас не очень интересует крупная фракция в почве, поскольку почвы округа Мауи в основном относятся к мелкоземельной фракции.

    Выветривание почвенных минералов и изменение минерального состава

    Выветривание - это основной процесс, который воздействует на первичные минералы Земли с образованием более мелких и мелких частиц, которые мы называем «почвой». Округ Мауи - отличное место для наблюдения за последствиями выветривания, так как он содержит как слегка выветренные, так и сильно выветренные почвы. С точки зрения управления питательными веществами, процесс выветривания сильно влияет на доступность питательных веществ для растений.Первоначально, когда частицы почвы начинают выветриваться, первичные минералы выделяют в почву питательные вещества. По мере уменьшения размера этих частиц почва также способна удерживать большее количество питательных веществ. Однако в конечном итоге способность удерживать и удерживать питательные вещества значительно снижается в сильно выветрившихся почвах, поскольку большинство питательных веществ теряется из-за выщелачивания.

    Существует два типа выветривания: физическое и химическое. Различия в моделях выветривания являются причиной большого разброса размеров частиц почвы.Валуны гораздо менее подвержены выветриванию, чем гравий. В свою очередь, гравий гораздо меньше выветривается, чем частицы глины. Частицы глины могут даже подвергаться атмосферным воздействиям и другим материалам, таким как оксиды железа и алюминия, которые обычно устойчивы к дальнейшим атмосферным воздействиям. В тропиках очень важно химическое выветривание. Поскольку климат обычно теплый и влажный круглый год, он обеспечивает подходящую среду для непрерывного химического выветривания. Со временем, при достаточном количестве осадков и высоких температурах, минеральные частицы превращаются в более мелкие и мелкие частицы почвы.В результате тропические почвы, как правило, представляют собой сильно выветрившиеся почвы. Таблица 2 предоставляет список общих первичных, вторичных минералов, оксидов алюминия и железа, а также аморфных материалов на Гавайях.

    Физическое выветривание

    Физическое выветривание - это процесс разрушения материнской породы или первичных минералов в земле. В тропиках физическое выветривание вызывается смачиванием и высыханием горных пород; эрозия; действия растений и животных; или падение, разрушение или разрушение горных пород на более мелкие части.

    Химическое выветривание

    Химическое выветривание важно для управления питательными веществами, поскольку образующиеся в результате частицы почвы удерживают и поставляют питательные вещества. Однако при сильном выветривании почва теряет большую часть своих питательных веществ из-за чрезмерного выщелачивания. Таким образом, почвы с сильным выветриванием, как правило, являются неплодородными, в то время как почвы с умеренным выветриванием обычно более плодородны.

    Когда материнская порода распадается на более мелкие части, на породу действует другой процесс.Этот процесс химического выветривания . Химическое выветривание включает изменение или преобразование первичных минералов во вторичные минералы. Вторичные минералы служат основными строительными блоками мелких частиц с почвой. В результате могут быть синтезированы новые материалы, остаточный материал может накапливаться из материалов (таких как оксиды), которые не могут быть вызваны атмосферным воздействием, или материалы могут быть потеряны в результате выщелачивания.

    Таблица 2 . Важные первичные минералы и выветрившиеся материалы на Мауи
    Важные минералы и материалы выветривания базальтовой породы на Гавайях

    Первичные минералы базальтовой породы

    • Плагиоклаз Полевой шпат
    • Оливин
    • Август

    Прочие: магнетит, апатит, ильменит

    Вторичные полезные ископаемые

    • Смектит, например монтмориллонит (менее выветренный)
    • Каолин, такой как галлуазит (более выветрившийся)

    Оксиды железа

    • Гематит
    • Гетит
    • Магнетит
    • Маггемит
    • Лепидокрозит
    • Ферригидрид

    Оксид алюминия

    Аморфные минералы

    Аморфные вещества

    Не указаны конкретные имена

    Следующие три ссылки предоставляют анимированные демонстрации того, как процесс выветривания превращает первичные минералы во вторичные минералы и другие материалы, общие для почв. Эти анимации были созданы Государственным университетом Северной Каролины.

    Измерение текстуры почвы в полевых условиях | Информационные бюллетени

    Ключевые моменты

    • Текстура почвы - это мера относительной доли различных фракций частиц почвы в почве.
    • Текстура почвы влияет на физические и химические свойства почвы.
    • Полевое текстурирование - это быстрый метод определения текстуры почвы, позволяющий мгновенно интерпретировать текстуру почвы по профилю.

    Фон

    Текстура почвы - это оценка относительного количества частиц песка, ила и глины в почве. На физическое и химическое поведение почвы сильно влияет текстура почвы (Bowman & Hutka, 2002), которая будет варьироваться из-за различий в типе и минеральном составе исходного материала, положении почв в ландшафте и физических характеристиках. и процессы химического выветривания, участвующие в почвообразовании. Текстура почвы влияет на движение и доступность воздуха, питательных веществ и воды в почве (Hunt and Gilkes, 1992) и часто используется для оценки других свойств почвы, особенно свойств воды в почве, если прямые измерения недоступны (NLWRA, 2001).Простая мера текстуры почвы - это то, как почва ощущается при ручных манипуляциях.

    Измерение текстуры почвы

    Текстурирование поля или руки - это мера поведения небольшой горсти почвы при увлажнении и превращении в мяч, немного превышающем размер мяча для гольфа (NSW Agriculture, 1988) или болюса, и когда он выдавливается, образуя ленту между большой и указательный пальцы (рисунок 1). Поведение почвы во время образования комков и образовавшейся ленты характеризует текстуру поля.

    Полевой метод

    Возьмите образец почвы и удалите фракцию> 2 мм (гравий - см. Ниже, корни, органический материал) просеиванием или вручную. Образец должен быть достаточным, чтобы удобно помещаться на ладони. Смочите почву небольшим количеством воды и замесите ее комком (рис. 1). Продолжайте работать с болюсом, при необходимости добавляя больше почвы и воды, пока почва не перестанет прилипать к пальцам и не будет заметного изменения пластичности (обычно 1-2 минуты).Если болюс работать в течение длительного времени, он может высохнуть, но может снова намокнуть (влажность образца будет влиять на длину образующейся ленты).
    Используя чистую влажную руку, поместите комок между большим и указательным пальцами и проведите большим пальцем по земле (срезание), чтобы выдавить ленту. Попробуйте сделать тонкую непрерывную ленту толщиной около 2 мм и шириной 1 см. Измерьте и запишите длину полученной ленты с помощью линейки. Почвы с высоким содержанием глины дополнительно классифицируются путем формования болюса в стержни.Если стержни ломаются, почве присваивается степень текстуры более легкая, чем средняя глина. Разбивка категорий текстурирования полей приведена в таблице 1. Этот метод был адаптирован из McDonald et al. , (1998).
    Гравий (частицы> 2 мм) удаляется из почвы перед текстурированием, поскольку он не влияет на химические и некоторые физические свойства почвы.

    Лабораторный метод

    Лабораторное определение текстуры почвы дает более подробные и надежные измерения относительного количества частиц песка, ила и глины в почве.Общий термин для измерения текстуры почвы в лаборатории - анализ размера частиц (PSA). Анализ размера частиц определяет гранулометрический состав (PSD) почвы, и хотя текстура поля тесно связана с PSD (McKenzie et al. , 2004), классы текстуры, назначенные на основе текстуры поля и PSA, не всегда эквивалентны. Например, натриевые почвы имеют более тяжелую текстуру поля, чем предполагает лабораторный анализ PSA. Для более подробного описания этого метода, пожалуйста, обратитесь к разделу «Анализ размера частиц» в информационном бюллетене «Текстура почвы».


    Рисунок 1: Обработка почвы для текстурирования поля. При этом свойства каждой почвы определяют текстуру.

    Таблица 1: Классификация на основе полевого текстурирования почв. Комбинация «Поведение влажного болюса» и «Длина ленты» дает указание на «Степень текстуры поля». По материалам McDonald et al. (1998).

    Степень текстуры поля Поведение влажного болюса Длина ленты (отрезание между большим и указательным пальцами) Приблизительное содержание глины (%)
    Песок Согласованность от нулевой до очень слабой, не поддается формованию; одиночные песчинки налипают на пальцы. Нет <10% (часто <5%)
    Суглинистый песок Небольшая согласованность. ок. 5 мм 5-10%
    Песок глинистый Незначительная когерентность, липкая при намокании; к пальцам прилипает много песчинок; глина пачкает руки. 5-15 мм 5-10%
    Суглинок Болюс плотный, но очень песочный на ощупь; преобладают песчинки среднего размера, хорошо заметны. 15-25 мм 10-20%
    Суглинок Болюс плотный и довольно рыхлый; ощущение гладкости при манипуляциях, без явной песчанистости или «шелковистости»; может быть жирным на ощупь при наличии большого количества органических веществ. ок. 25 мм ок. 25%
    илистый суглинок Когерентный болюс; от очень гладкого до шелковистого при манипуляциях. ок. 25 мм ок. 25% (с илом)
    Суглинок песчано-глинистый Сильно связный комок, песчаный на ощупь; песчинки среднего размера, видимые в более мелкой матрице. 25-40 мм > 25%
    Суглинок Связанный пластиковый болюс, удобный для манипулирования. 40-50 мм 20-30%
    Суглинок песчаный Когерентный пластиковый болюс; песчинки среднего размера, видимые в более мелкой матрице. 40-50 мм 30-35%
    Суглинок илистый глинистый Когерентный гладкий болюс; пластичный и часто шелковистый на ощупь. 40-50 мм 30-35% (с илом)
    Песчаная глина Пластиковый болюс; Мелкие и средние зерна песка можно увидеть, почувствовать или услышать в глинистой матрице. 50-75 мм 35-40%
    Светлая глина Пластиковый болюс; гладкий на ощупь. 50-75 мм (небольшое сопротивление сдвигу ленты) 35-40%
    Глина легкая средняя Пластиковый болюс; гладкий на ощупь. ок. 75 мм (мод. Сопротивление ленточному срезу) 40-45%
    Глина средняя Гладкий пластиковый болюс; ручки как из пластилина; можно формовать в стержни без разрушения. > 75 мм (мод. Сопротивление ленточному срезу) 45-55%
    Глина тяжелая Гладкий пластиковый болюс; ручки как жесткий пластилин; можно формовать в стержни без разрушения. > 75 мм (устойчивое сопротивление сдвигу ленты) > 50%

    Глоссарий

    Bolus: шарик из почвы, который образуется при ручных манипуляциях с почвой.
    Когерентность: шарик или комок почвы удерживает вместе.
    Основной материал: выветрившаяся и неответренная порода или почва, из которой образована почва.
    Пластичность: мяч деформируется и прочно сохраняет свою новую форму; типично для глин.
    Стрижка: скольжение большим пальцем по земле в форме ленты.
    Шелковистость: ил на ощупь гладкий, мыльный или скользкий.
    Натриевая: почвы с высоким уровнем обменного натрия (может привести к плохим физическим условиям почвы).

    Дополнительная литература и ссылки

    Боуман Г.М., Хутка Дж. (2002) Анализ размера частиц. В области физических измерений и интерпретации почвы для оценки земель.
    (Редакторы NJ McKenzie, HP Cresswell, KJ Coughlan), стр. 224-239. (Издательство CSIRO: Коллингвуд, Виктория).

    Хант Н., Гилкс Р. (1992) Справочник по мониторингу фермерских хозяйств. (Университет Западной Австралии: Недлендс, Вашингтон).

    Макдональд Р.К., Исбелл Р.Ф., Спейт Дж. Г., Уокер Дж., Хопкинс М.С. (1998) Австралийский полевой справочник по исследованию почв и земель.(Австралийская совместная программа оценки земель: Канберра).

    Маккензи Н.Дж., Жакье Д.Дж., Исбелл Р.Ф., Браун К.Л. (2004) Австралийские почвы и ландшафты. Иллюстрированный сборник. Издательство CSIRO: Коллингвуд, Виктория.

    NLWRA (2001) Австралийская оценка сельского хозяйства 2001 г. Национальный аудит земельных и водных ресурсов.

    Сельское хозяйство Нового Южного Уэльса (1998) SOILpak TM Для фермеров засушливых земель на красной почве Центрального Западного Нового Южного Уэльса (ред. А. Андерсон, Д. Маккензи, Дж. Френд) (Сельское хозяйство Нового Южного Уэльса).

    Авторы: Кэтрин Браун (Университет Западной Австралии)

    Этот информационный бюллетень gradient.org.au был профинансирован программой «Здоровые почвы для устойчивых ферм», инициативой Фонда природного наследия правительства Австралии в партнерстве с GRDC, а также регионами WA NRM Совета водозабора Avon и NRM южного побережья. через инвестиции в Национальный план действий по солености и качеству воды и Национальную программу по уходу за землей правительства Западной Австралии и Австралии.
    Главный исполнительный директор Департамента сельского хозяйства и продовольствия штата Западная Австралия и Университет Западной Австралии не несут никакой ответственности по причине небрежности или иным образом, возникшей в результате использования или разглашения этой информации или любой ее части.

    Посмотреть все информационные бюллетени

    Исследования состава и текстуры почвы с помощью инфракрасной спектроскопии (2–14 м)

    Способность термической и коротковолновой инфракрасной спектроскопии характеризовать состав и текстуру оценивалась как с использованием образцов почвы с разделением по размерам, так и естественных почв.Для изучения возможных взаимосвязей между спектральными характеристиками кварца и глинистых минералов и текстурой почвы был проведен анализ размера частиц и разделение на глинистые, иловые и песчаные фракции почвы. Было обнаружено, что спектральные индексы, основанные на характеристиках теплового инфракрасного зеркального отражения и объемного рассеяния, позволяют отличить глинистую почву, богатую минералами, от большей части более крупнозернистой, богатой кварцем песчаной почвы и в меньшей степени от илистой, богатой кварцем почвы. Дальнейшие исследования были предприняты с использованием спектров и информации о 51 USDA и других почвах в спектральной библиотеке ASTER, чтобы проверить применение коротковолновых, средних и тепловых инфракрасных спектральных индексов для определения содержания глинистого минерала, кварца и органического углерода.Наблюдалась нелинейная корреляция между содержанием кварца и спектральным индексом TIR на основе 8,62 мкм м. Предварительные усилия по получению спектрального индекса содержания органического углерода в почве на основе 3,4–3,5 мкм м фундаментальных полос валентных колебаний H – C также были предприняты с ограниченными результатами.

    1. Введение

    Картирование и анализ почв на предмет их состава и текстурных характеристик обычно требует обширных полевых работ и лабораторных методов, которые традиционно требуют много времени.Однако измерение и определение текстуры и состава почвы важны для картирования территорий, уязвимых к эрозии почвы, вызванной водой и ветром. Грунты с более крупной структурой более устойчивы к отслоению и переносу через капли дождя, поэтому менее подвержены водной эрозии [1]. Почвы с содержанием ила более 40% считаются сильно эродируемыми, в то время как частицы глины могут потенциально объединяться с органическими веществами с образованием агрегатов или комков, которые способствуют их сопротивлению эрозии [1].Кроме того, исследования критических скоростей поперечного ветра, необходимых для переноса частиц почвы разного размера, показывают, что частицы диаметром от 0,10 до 0,15 мм наиболее уязвимы для ветровой эрозии [1].

    Еще одним мотивом для определения текстуры и состава почвы, включая минералогию, является цель измерить способность почвы удерживать воду или обеспечивать дренаж. Глинистые минералы, такие как монтмориллонит, могут проявлять набухание, поглощая и накапливая воду в рамках своей слоистой решетчатой ​​структуры [2].Такие глинистые почвы с более мелкой текстурой могут предложить больше воды для роста растений, чем песчаные почвы. Песчаные почвы более уязвимы к засухе, чем глинистые почвы, хранят меньше воды и, вероятно, быстрее теряют воду из-за растущих растений [3]. Однако в условиях наводнения глинистые почвы плохо отводят лишнюю воду и могут заболачиваться.

    Включение спектрально полученной текстурной и композиционной информации в схемы классификации почв будет осуществляться, в частности, для специальной классификации с конкретными целями, такими как отображение эродируемости [3].Уайт [2] описывает полезность текстурной классификации почв с точки зрения уязвимости к засухе и плохой аэрации. Кроме того, оценка текстуры поверхности почвы и выявленное присутствие или отсутствие определенных минералов по-прежнему является потенциально важным вкладом в общую классификацию почв, основанную на количественных характеристиках, которые определяют ее морфологию, в отличие от ее происхождения. Классификация почв в США и Австралии в основном использует такую ​​морфологию почв в качестве основы для классификации, хотя это также требует наблюдения свойств, меняющихся в зависимости от глубины и горизонта [2].Таким образом, включение спектроскопической информации в подробное трехмерное описание морфологии требует использования проксимальных спектральных измерений извлеченных образцов почвы.

    Общий интерес к определению текстуры и состава почвы можно резюмировать также как потребность в мониторинге и картировании районов, уязвимых к опустыниванию, что обычно проявляется в усилении эрозии почвы. В подробном исследовании [3] были изучены ключевые индикаторы опустынивания, в том числе свойства почвы, с целью картирования территорий, уязвимых для будущего опустынивания.В исследовании описывается параметр почвы, эродируемость, как прежде всего свойство текстуры почвы, с самыми высокими значениями для мелкозернистых и илистых почв с низким содержанием глины, но которые могут быть значительно уменьшены при наличии органического углерода [3]. Поскольку ожидается, что к 2050 году население мира достигнет 9 миллиардов, продовольственная безопасность является проблемой, которая в наименьшей степени может позволить себе последствия эрозии и опустынивания, сокращая существующие пахотные сельскохозяйственные угодья, чтобы прокормить растущий мир [4].

    Спектроскопия проксимального и дистанционного зондирования дает возможность увеличить скорость и снизить стоимость интерпретации образцов почвы на предмет текстуры и состава.В последнее время гиперспектральная аэроспектроскопия успешно применялась для изучения некоторых свойств почвы с использованием электромагнитного излучения (ЭМИ) в диапазоне длин волн видимого и ближнего инфракрасного (VNIR) (0,4–1,0 м) и коротковолнового инфракрасного (SWIR) диапазонов длин волн (1,0–2,5 м). ) [5]. Кроме того, разработки в области воздушного гиперспектрального среднего и теплового инфракрасного дистанционного зондирования [6, 7] указывают на потенциал для картирования и определения характеристик in situ почв. В лабораторных условиях тепловая инфракрасная (TIR) ​​спектроскопия в диапазоне длин волн 7–14 м также показала свой потенциал для получения минералогической и текстурной информации о почве [8, 9].Кроме того, несколько ключевых компонентов, богатых органическим углеродом (включая лигнин и целлюлозу), демонстрируют диагностические особенности, связанные с основными полосами валентных колебаний углеводородов H – C между 3,4 и 3,5 м в диапазоне средних инфракрасных (MIR) длин волн (3-5 м) [ 10, 11]. Спектральные библиотеки, состоящие из двунаправленных измерений коэффициента отражения TIR, выявляют диагностические характеристики поглощения многих силикатных минералов [9], хотя направленные эффекты не позволяют использовать их для количественного сравнения с сигнатурами дистанционного зондирования TIR.Проксимальные лабораторные спектральные измерения в диапазоне длин волн видимого и ближнего инфракрасного диапазона (VNIR) (0,4–1,0 м) и коротковолнового инфракрасного диапазона (SWIR) (1,0–2,5 м) могут идентифицировать оксиды трехвалентного железа, глину (AlOH), сульфаты и карбонатные минералы [ 12] обычен в почвах. Однако для определения содержания кварца или силиката в почвах требуется спектроскопия в пределах области MIR [11] и, чаще, области TIR [9]. Таблица 1 суммирует эти диапазоны длин волн, содержащие диагностические спектральные признаки.Количественная оценка состава и характеристик почвы также может быть достигнута с помощью методов спектроскопии диффузного отражения в средней инфракрасной области (DRIFTS) с помощью частичной калибровки методом наименьших квадратов с использованием набора контрольных образцов почвы [13]. Однако физика измерений DRIFTS и операции выборки не позволяет преобразовать записанные сигнатуры отражательной способности в абсолютные коэффициенты излучения. Методика DRIFTS требует, чтобы образцы были измельчены до мелкодисперсной фракции (например, <80 мкм), помещенной в небольшой контейнер, похожий на крышку, из которого детектируются отражательная способность и передаваемые сигнатуры [14].

    7 иллит, монтмориллонит), сульфаты (например, гипс) и карбонатные (например, кальцит) минералы

    SWIR
    1,0–2,5 м
    MIR
    3–5 м
    TIR
    7–14 м

    Органический углерод (например, лигнин, целлюлоза), кварц, каолинит Кварц (включая ил по сравнению с крупным песком), каолинит, иллит / монтмориллонит , целлюлоза.

    Двунаправленные проксимальные и дистанционные измерения коэффициента отражения VNIR-SWIR могут быть приблизительно репрезентативными, если почвы ламберированные (например, изотропные для ЭМИ). Это предположение не подходит для анизотропных поверхностей, таких как ошпаривания с преобладанием глины. В идеале сравнение дистанционного зондирования MIR и TIR со спектроскопией почвы требует направленного полусферического отражения (DHR) или проксимальных измерений почвы в режиме излучения.Солсбери [15] продемонстрировал, что для типичных земных материалов с ламбертовскими поверхностями можно принять закон Кирхгофа (, где и), позволяющий взаимозаменяемым спектральным сигнатурам DHR и излучательной способности. Более поздние исследования в диапазоне длин волн 3–14 м показали, что изменение коэффициента излучения с углом наблюдения мало для всех почв, за исключением песка, где изменение до 4% происходит в диапазоне длин волн 8–10 м [16].

    Исследования по интерпретации многоспектральных изображений ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission Reflectance Radiometer) TIR и бортовых TIMS (Thermal Infrared Multispectral Scanner) изображений минералогии и текстуры почвы, однако, показали, что их ограниченное пространственное и спектральное разрешение ограничивает это применение [17].В других исследованиях, в частности, описываются трудности сравнения неоднородностей в пределах 90-метровой пиксельной зоны ASTER с изменчивостью температуры и излучательной способности на земле [18]. Изображения ASTER доступны с 2000 года, и только пять полос от 8,3 до 11,3 м были получены на каждый 90-метровый пиксель. Будущий космический датчик НАСА HyspIRI будет получать с чуть более высоким разрешением шесть полос TIR от 8,3 до 12,0 м, получаемых на каждый 60-метровый пиксель [19].

    Для проведения спектроскопии почвы для моделирования пассивных гиперспектральных методов дистанционного зондирования MIR / TIR требуются проксимальные измерения излучения / яркости с высоким спектральным разрешением. Хотя извлечение информации об излучательной способности из изображений яркости дистанционного зондирования MIR / TIR, особенно дневных (например, при солнечном свете) MIR, нетривиально, было разработано и применено несколько алгоритмов [20, 21]. В этом исследовании получение выбранной информации о составе и текстуре почвы нацелено на использование ключевых характеристик спектрального поглощения в диапазоне длин волн от 2 до 14 м в качестве пилотного исследования для будущих применений гиперспектрального инфракрасного дистанционного зондирования.

    Обычное получение гиперспектральных изображений TIR все еще находится на ранней стадии с помощью бортовых датчиков, таких как система пространственно-расширенного широкополосного массива спектрографа (SEBASS) со 128 полосами между 7.На длинах волн 6 и 13,5 м [22]. Фактически, в настоящее время спектральные и пространственные тепловые инфракрасные изображения с высоким разрешением ограничиваются целенаправленной съемкой с воздуха или точечными измерениями in situ, или пробами почвы. До тех пор, пока не будет доступно больше обычных и оперативных бортовых датчиков (или спутниковых датчиков с более высоким разрешением), есть надежда, что использование полевой спектрометрии или лабораторных измерений образцов почвы будет полезно для более быстрого текстурного и композиционного анализа, чем традиционные лабораторные методы.

    Возможность проведения трехмерной спектроскопии почвы возможна с использованием лотков, которые в настоящее время уже используются для хранения нескольких небольших образцов с регулярных интервалов глубины. Спектральное зондирование лотков для щебня уже используется для получения проксимальных измерений VNIR-SWIR проб, собранных в рамках обычных программ горного и разведочного бурения (http://www.csiro.au/en/Organisation-Structure/Divisions/Earth-Science –Resource-Engineering / HyChips.aspx). Лабораторные измерения VNIR-SWIR и, возможно, TIR для таких лотков могут быть выполнены при условии, что образцы почвы достаточно и постоянно высушены и полностью заполняют каждое отделение для лотков. Небольшое поле обзора потребуется для обеспечения отсутствия спектральной интерференции с материалом контейнера лотка или отсутствия потенциального эффекта полости черного тела при использовании спектрометра с эмиссионным режимом TIR.

    Первоначально это исследование было частью гораздо более крупного проекта CSIRO-ESRE (Организация научных промышленных исследований Содружества, Отдел наук о Земле и разработке ресурсов) по картированию поверхностных минералов / химического состава с использованием аэроснимков гиперспектральных и спутниковых изображений ASTER с применением видимого ближнего инфракрасного диапазона и методы коротковолнового инфракрасного зондирования (проксимального и воздушного) [23, 24].Почвы Tick Hill, описанные и использованные в этой статье, были частью этого исследования CSIRO-ESRE и собраны на севере Квинсленда (21 ° 35 'ю.ш., 139 ° 55' в.д.) (рисунки 1 и 2). Хорошая подверженность почвы и изменчивость в пределах этой региональной проектной территории сделали ее полезной для изучения для картографирования почвы с помощью дистанционного зондирования и спектроскопии. Предварительные результаты исследований TIR-спектроскопии, проведенных для этих почв Tick Hill, были представлены на 19-м Всемирном конгрессе почвоведов [25]. Эта публикация описывает эти результаты более подробно, а также в сочетании с другими результатами измерений DHR проб почвы Министерства сельского хозяйства США (USDA), доступными через Спектральную библиотеку ASTER (ASL) [26] (http: // speclib.jpl.nasa.gov/search-1/soil). Предыдущие исследования этих спектров ASL Министерства сельского хозяйства США показали, что они полезны для прямого сравнения с полевыми измерениями при свертке до 5-полосного спектрального разрешения коэффициента излучения TIR ASTER [27]. Спектры ASL в рамках этого исследования также включали десять дополнительных образцов почвы из полузасушливой среды, Fowlers Gap, в западном Новом Южном Уэльсе, Австралия, собранных и проанализированных в рамках докторской степени. [28]. Кроме того, это исследование также включает дальнейшую интерпретацию коротковолновой инфракрасной (SWIR) спектроскопии содержания глинистых минералов во всех исследованных образцах Tick Hill.


    2. Данные и лабораторные методы
    2.1. Традиционные аналитические методы

    В прошлом текстура оценивалась качественно при полевых исследованиях почвы путем увлажнения образца водой и разминания между пальцами и большим пальцем до тех пор, пока агрегаты не разрушатся и зерна почвы не будут полностью увлажнены [2]. Более точный количественный, но трудоемкий лабораторный анализ текстуры также доступен с помощью анализа размера частиц с использованием методов седиментации, основанных на скорости осаждения в водно-почвенной суспензии [29].Точно так же традиционные методы анализа состава, включающие дифракцию рентгеновских лучей, отнимают много времени и дороги. Следует отметить, что в этом спектроскопическом исследовании «содержание глины» относится к содержанию глинистых минералов (например, каолинита, монтмориллонита и иллита), то есть менее 2 м, если их дезагрегировать. Поэтому требуется осторожность при сравнении полученного спектральным методом содержания глинистого минерала с содержанием глины с размером частиц, поскольку определенная фракция размером 2 м и более мелкая может включать мелкодисперсные оксиды железа или органический материал, если не будет должным образом обработан [29].

    2.2. Tick ​​Hill Samples

    Восемь образцов почвы Tick Hill были отобраны и проанализированы на предмет фракций частиц по Международной системе [2], глины (<2 м), ила (2–20 м) и песка (20 м – 2 мм), CSIRO land и воду (http://www.clw.csiro.au/services/analytical/), используя традиционный метод пипетки [29] (Таблица 2). Согласно картированию Австралийской системы информации о почвенных ресурсах (ASRIS) [2, 31], все, кроме одного образца, использованного в этой области исследования, были феррозолями (таблица 2) с высоким содержанием свободного оксида железа и низким контрастом текстуры между A и B. горизонты [30].MI132 был нанесен на карту как Tenosols со слабой педологической структурой, за исключением горизонта A [30]. Однако в подробном масштабе, отобранном в этом районе Тик-Хилл, наблюдалось гораздо большее разнообразие свойств почвы (Рисунок 1). Эти образцы впервые были приготовлены путем химического удаления солей, органических веществ и трехвалентного железа [29]. Эти фракции были разделены и высушены для последующих спектральных измерений. Полученная фракция песка также была дополнительно разделена между 20–60 мкм м и 60 мкм м – 2 мм и высушена для последующих спектральных измерений.

    9023 9023 9023 907 902 6,6 907

    Образец Глина <2 м% Ил
    2–20 м%
    <2 м% <20 м% <2000 м2% <2000 м2 влага, оксиды Fe / Al и органические вещества, удаленные при предварительной обработке% Классификация ASRIS *

    MI115 33,1 13,2 33,1 46,3 100
    MI120 18.3 8,6 18,3 26,9 100 11 Феррозоли
    MI121 16,6 10,1 16,6 46,1 18,8 46,1 64,9 100 8 Феррозоли
    MI124 57,6 17,3 57. 6 74,8 100 7 Феррозоли
    MI128 22,8 6,7 22,8 29,5 100
    13,1 26,9 100 6 Феррозоли
    MI132 27,8 11,5 27,8 39,3
    ASRIS * (Австралийская информационная система о почвенных ресурсах) [2, 30].

    Исходный сырой грунт, а также четыре фракции размера частиц (<2 мкм м, 2–20 мкм м, 20–60 мкм м, 60 мкм м – 2 мм) каждой Для восьми образцов Tick Hill были измерены характеристики их спектральной излучательной способности TIR с использованием прибора Designs and Prototypes microFTIR 102 [32] (http://www.dpinstruments.com/). Образцы почвы нагревали в печи в течение ночи при 60 ° C для получения постоянной сухости. Измерения эмиссии MicroFTIR были получены из нагретых образцов почвы в керамических тиглях, также при 60 ° C, с примерно 20-миллиметровым полем обзора и с использованием 16 интеграций сканирования.Измерения были откалиброваны в единицах яркости (W // sr / μ м) с использованием измерений горячего и холодного черного тела, установленных на 65 ° C и 30 ° C, соответственно. Фоновое сияние (например, «нисходящий поток») было удалено путем измерения излучения латунной пластины при комнатной температуре (определяемой с помощью Pt термопары). Разделение температурно-излучательной способности полученных измерений энергетической яркости было рассчитано с использованием собственного программного обеспечения, разработанного CSIRO (Green, , личн. Комм. ), для получения абсолютных спектральных характеристик излучательной способности.Каждый образец почвы был также проанализирован на минералогию с помощью дифракции рентгеновских лучей (XRD).

    Измерения эмиссии с помощью microFTIR каждой фракции размера частиц были повторены для проверки незначительных изменений сигнатуры, когда поверхность образца была нарушена шпателем. Наблюдались лишь незначительные изменения в абсолютных значениях излучательной способности без эффективного изменения формы сигнатуры. Полученные в результате сигнатуры излучательной способности МДП были импортированы в программное обеспечение CSIRO для обработки ближайших спектральных данных, «Спектральный геолог» (TSG, http: // www.thespectralgeologist.com/). Интерпретации характеристик излучения для минералогии помогло сравнение с ASL [26]. Дополнительные спектральные измерения образцов Tick Hill были также проведены с использованием спектрометров PIMA II (Portable Infrared Mineral Analyzer; http://www.hyvista.com/) и Fieldspec FR (http://www.asdi.com/). получить характеристики отражения SWIR сырой почвы и фракций частиц Tick Hill.

    2.3. Спектральная библиотека АСТЕР

    Пятьдесят один образец почвы, доступный в Спектральной библиотеке АСТЕР [26] (http: // speclib.jpl.nasa.gov/search-1/soil) использовались в этом исследовании и представляли все основные типы почв. Подробные описания и классификации даны для большинства почв, включая процентное содержание песка, ила и глины, предоставленное Национальной лабораторией исследования почв Министерства сельского хозяйства США, где размер глины менее 2 мкм м; крупность ила от 2 мкм м до 50 мкм м; размер песка составляет от 50 мкм м до 2 мм. Определения ила и песка по размеру частиц в системе USDA отличаются от Международной системы, где ил и песок определяются размером частиц от 2 мкм от м до 20 мкм м и 20 мкм от мкм до 2 мм соответственно [2] .Это предотвратило использование ила и разложения песка для восьми образцов Tick Hills от объединения с этими образцами Министерства сельского хозяйства США. По возможности Министерство сельского хозяйства США определило минералогию глин полуколичественно на основе рентгеноструктурного анализа, а минералогию ила и песка - с помощью петрографического микроскопа. Предоставленная Министерством сельского хозяйства США оценка процентного содержания кварца была пересчитана в оценку общего содержания кварца в почве для этого исследования с использованием оценки процентного содержания глинистых частиц для получения поправки (например,грамм., ). В этом исследовании также использовалось процентное содержание органического углерода Министерства сельского хозяйства США, которое было получено путем анализа мокрого сжигания [33]. Оценки содержания кварца в пробах Фаулерса были получены на основе нормативного анализа результатов рентгенофлуоресцентного анализа почвы [34]. Анализ размера частиц почв Фаулерского зазора проводился с использованием просеивания и лабораторных методов, исходя из классов текстуры системы USDA [34].

    Образцы USDA, включенные в ASL, были измерены для спектров DHR с использованием спектрофотометра Nicolet 5DXB FTIR при постоянном спектральном разрешении 4 см -1 от 2 мкм м до 14 мкм мкм (напримерg., длины волн SWIR-TIR) [35]. Для измерения диаметра образца 2,5 см использовалась направленная (10 градусов) приставка с полусферическим отражением. В этом исследовании сигнатуры ASL TIR были преобразованы из DHR в излучательную способность, полученную с помощью microFTIR, в соответствии с законом Кирхгофа [15]. Эти спектры также были объединены с дополнительными спектральными измерениями 0,4 мкм от мкм до 2,0 мкм мкм для каждого образца, хотя диапазон длин волн VNIR здесь не исследовался.

    3. Спектральный анализ и результаты
    3.1. Tick Hill

    XRD-анализ почв Tick Hill выявил такие минералы, как кварц, смектит, каолинит и небольшие количества иллита. Характеристики излучательной способности MicroFTIR образцов необработанной почвы подтвердили преобладание кварца и глинистых минералов. В частности, образцы MI122 и MI128 показали присутствие кварца и минералов каолинита / смектита (Рисунок 3). Хотя кварцевый «рестстрален» между 8 и 9,5 м меньше в образцах необработанной почвы по сравнению со спектрами библиотеки JHU, спектры 8.62 м особенность остается отличительной. Аналогично, 9,0-метровый каолинит менее выражен в сырой почвенной смеси, хотя 9,5-метровый элемент остается.


    Соответствующие сигнатуры излучательной способности для различных фракций размера частиц образцов MI122 и MI128 выделяют примеры тенденции увеличения спектральной характеристики кварцевого рестстралена 8,62 м и уменьшения характеристики глины 9,5 м при увеличении размера частиц (рис. 4) . Также в диапазоне длин волн 10,5–12 м «объемное» рассеяние кварца (QVS) связано с фракциями почвенных частиц 2–20 м и 20–60 м [36] (рис. 4).


    Для сравнения, остаточный кварц связан с зеркальным рассеянием на более крупных зернах кварца [36]. Несколько образцов, в том числе представленный MI128, также указывают на небольшие количества каолинита в пределах фракций размером 2–20 мкм и 20–60 мкм, как показано их спектральными характеристиками 9,0 и 9,8 мкм (рис. 4).

    Программное обеспечение TSG было настроено для нацеливания на те особенности излучательной способности, которые связаны с каолинитсмектитом, кварцем и его мелкозернистыми вариациями объемного рассеяния.В частности, были разработаны спектральные индексы для оценки содержания более крупного кварца, содержания глинистых минералов и эффектов объемного рассеяния мелкого кварца; , и, соответственно. Обычно здесь использовались отдельные полосы детектора или их ближайшая длина волны. Эти спектральные индексы были разработаны для нацеливания на спектральную абсорбционную характеристику таким же методом, как и в [37]. где - среднее значение в пределах 30 нм (например, между 8602 и 8664 нм), а - значения на длинах волн 8383 и 8897 нм соответственно.

    На рисунке 5 эти длины волн показаны в зависимости от спектральной особенности кварцевого рестстралена. Оценка содержания кварца с использованием (1) в качестве спектрального индекса, основанного на диагностической характеристике поглощения рестстралена, следует примерам предыдущего применения спектральных индексов с проксимальными и воздушными гиперспектральными данными [23, 24].


    Аналогичным образом были разработаны индексы для глины (каолинита) и оценки эффекта объемного рассеяния кварца.

    Результаты этих спектральных индексов для каждой фракции почвы Tick Hill, обработанные с использованием TSG, показаны на рисунках 6, 7 и 8.Рисунок 6 показывает примерную тенденцию к увеличению спектрального параметра кварца с увеличением размера зерна. Более высокое объемное рассеяние кварца для фракций среднего размера (например, 2–60 м) показано дополнительным цветовым кодированием (от зеленого к красному, рис. 6) для точек отбора проб. На рис. 7 виден четкий обратный тренд между спектральными индексами глины и кварца. Однако высокое содержание глины все же может проявляться в илистых фракциях (например, с голубой кодировкой, Log ~ 1.0 или ~ 10 м) и некоторых более крупных фракциях (например.г, красный) имеют высокий спектральный индекс глин. Зависимость от отношения, показанная на рисунке 7, показывает высокую корреляцию значения определения () 0,85. Хотя следует отметить, что этот набор данных включал повторные измерения microFTIR для каждой фракции образца. Разработка алгоритмов прогнозирования содержания глины в процентах осложняется таким остаточным содержанием глинистых минералов в разделенных фракциях почвы. Однако на Рисунке 8 предлагается прогнозировать содержание глинистых минералов во фракциях мельче 10 м с низким содержанием кварца (напр.г., синий) возможно.




    Спектральный индекс был определен для спектральных измерений SWIR, собранных с помощью PIMA II. Алгоритм на основе TSG, рассчитывающий глубину полинома 4-го порядка на участке поглощения глины 2,2 м, был применен к спектрам без континуума («глинаолинит (SWIR)») для всех фракций почвенных частиц Tick Hill (рисунки 9 (a) и 9 (б)). Значение клинакаолинита (SWIR) было установлено на 0, когда не было обнаружено никаких признаков поглощения 2.2 м SWIR.Сравнение показателей минеральной глины SWIR и TIR для всех фракций Tick Hill показало широкий диапазон значений (рис. 9 (а)). Однако лучшая корреляция между размером частиц и минеральным индексом, полученным из TIR, была очевидна, когда были исследованы только три фракции 2 м, 2–20 м и 20–60 м (рис. 9 (b)). Представляется вероятным, что в более крупных фракциях присутствует некоторое загрязнение глинистыми минералами, возможно, как покрытие зерен. Об этом свидетельствуют примеры спектральных характеристик глины (например,g., фракции MI128, рисунок 4).

    Применение этих спектральных индексов к восьми естественным образцам почвы Tick Hill не выявило четких взаимосвязей с текстурой, хотя количество образцов было небольшим. Минеральный индекс в сравнении с содержанием глины, полученным в лаборатории для этих природных образцов (рис. 10), ясно указывает на гораздо большую популяцию, и для проверки применения этих спектральных методов требуется ряд образцов почвы, что более подробно рассматривается в следующем разделе.


    3.2. Спектральная библиотека ASTER Soils

    Спектральные характеристики SWIR и TIR 51 почвы из ASL [26] были включены в это исследование для оценки разработанных спектральных индексов для состава и текстуры естественных образцов почвы. Примеры этих спектральных сигнатур ASL USDA и Fowlers Gap показаны на рисунках 11 (a) и 11 (b), соответственно. Эти спектры выделяют разнообразный спектр представленных почвенных сред, включая богатый органикой суглинок Spodosol (874264), супесчаный суглинок Alfisol на эоловой основе (87P2376), слюдистый суглинок Inceptisol (88P2535) и богатый кварцем аллювиальный песок Entisol (FGG027) (Рисунки 11 ( а) и 11 (б)).

    Те же спектральные индексы, которые описаны в (1) - (3), были применены к спектрам ASL почвы с использованием Excel, а не TSG в этом приложении. Различия между измерениями ASL Nicolet 5DXB FTIR и CSIRO-ESRE MicroFTIR потребовали небольшой корректировки спектральных показателей, хотя различия в длинах волн TIR были незначительными.

    Отчетливая особенность поглощения SWIR на 2,2 м (например, 2200 нм) может наблюдаться для нескольких глинистых и филлосиликатных минералов AlOH, которые могут составлять фракцию мелких частиц глины в почвах (например,ж., монтмориллонит, каолинит и мусковит, рис. 12). Индекс относительной глубины полосы был разработан для этой особенности 2200 нм, чтобы различать такие глинистые минералы (Рисунок 12) по (4) где - значение коэффициента отражения при 2100 нм и т. д.


    В частности, (4) использует среднюю оценку спектральной характеристики поглощения на 2195 и 2215 нм в качестве знаменателя и плеч поглощения на 2100 и 2300 нм для числителя в качестве вариации метода относительной глубины полосы. .

    И индексы и для объединенных наборов данных Tick Hill и ASL не показывают последовательной корреляции между минералогией глины и размером глинистых частиц, несмотря на использование увеличенной выборки почв с более широким диапазоном содержания глины (Рисунок 13).


    Плохой результат для спектрально полученного содержания глины в% (Рисунок 13) может быть связан с рядом факторов, включая влияние кварцевого рестстралена размером 8-9,2 м на спектральный индекс на основе поглощения глины 9,5 м, ограничения спектральный алгоритм относительной глубины полосы, применяемый для минерального содержания глиныAlOH, нелинейных эффектов от многократного рассеяния между частицами глинистого минерала, покрывающими более крупные частицы, или присутствием мелких неглинистых минеральных частиц размером менее 2 мкм, искажающих измеренную фракцию глины (напримерг., оксиды железа, органика). Вариация спектрального индекса глины (), рассчитанная с использованием (2), впоследствии была получена с использованием спектральной характеристики каолинита 9,0 мкм м, которая сохраняется даже при преобладающем присутствии кварца (Рисунок 3) и описана здесь в (5). : Однако полученный индекс также дал плохой результат, показывая отсутствие эффективной корреляции с процентным содержанием глины USDA.

    Результаты сравнения с петрографическим определением содержания кварца, связанного с почвенными спектрами Министерства сельского хозяйства США, показали взаимосвязь, включающую степенную функцию () с умеренным коэффициентом детерминации (Рисунок 14).Включение почв Фаулерского разрыва в эту выборку существенно не повлияло на этот результат. Однако содержание кварца в промежутке Фаулера было получено с помощью другого метода, включающего нормативный расчет, основанный на элементном анализе XRF, и, следовательно, не обязательно согласуется с результатами Министерства сельского хозяйства США.


    Индекс объемного рассеяния кварца (QVS) показал небольшую тенденцию к увеличению с процентным содержанием ила для образцов USDA и Fowlers Gap, однако он был низким 0,27. Этот индекс, по-видимому, представляет больший потенциальный интерес для изучения разделенных фракций почвы, чем для естественных образцов почвы.

    Были также предприняты попытки получить неминеральный органический углеродный состав почвы из спектров почвы ASL с использованием спектральных индексов, рассчитанных на основе характеристик поглощения MIR и результатов определения органического углерода, определенных Министерством сельского хозяйства США. Изучение нескольких спектров DHR почвы Министерства сельского хозяйства США выявило особенности органического углерода на глубинах 3,41 м («A») и 3,5 м («B») (Рисунок 15). Обратите внимание, что представленная почва USDA, 874264, представляет собой богатый органическими веществами суглинок Spodosol, содержащий самый высокий органический углерод 28% в коллекции образцов ASL.Эти спектры MIR DHR (также показанные на рисунке 11 (a)) выделяют обработку между 3,3 м и 3,6 м, где удаление континуума корпуса действует как процесс нормализации [38] и упрощает расчет спектральных индексов как глубин поглощения (рисунок 15).


    Было разработано несколько индексов глубины с центрами на 3,41 и 3,5 мкм м, элементы, включенные в (6) - (8): где - среднее значение ρ в пределах нм (например, между 3405 и 3425 нм) где - среднее значение ρ в пределах нм (например,g. , между 3475 и 3505 нм)

    Кроме того, спектральный индекс был получен из площади, ограниченной корпусом (= 1 на рисунке 15), и спектральной характеристики между 3,3 и 3,6 м. Это потребовало перевернуть сигнатуры корпуса и рассчитать площадь под полученной кривой. Наибольшая «корреляция» четырех индексов с оценками органического углерода Министерства сельского хозяйства США была достигнута при использовании индекса глубины органического углерода A MIR, равного 0,53 (Рисунок 16 (a)). Однако это включало чрезвычайно удаленный образец, содержащий 28% органического углерода, и корреляция уменьшилась до 0.39, когда это было опущено (Рисунок 16 (b)). Аналогичным образом, индексы средней глубины органического корпуса MIR и основанные на площади площади дали 0,37 и, соответственно, снизились до значений 0,19 и 0,18 соответственно, когда исключили этот единственный образец с высоким содержанием органического углерода. Хотя эти предварительные результаты не показали последовательной корреляции, этот результат будет подтвержден, если будет включено больше почв, содержащих более широкий диапазон органического углерода от 10 до 30%. Однако, поскольку большинство земных почв содержат менее 10% органического углерода, его определение с использованием таких спектральных индексов представляется маловероятным.На Рисунке 17 также показано это ограничение с результатом индекса средней глубины корпуса MIR для органических соединений от 0 до 10% органического углерода.


    4. Выводы

    Изучение фракций размера частиц, полученных из образцов почвы Tick Hill, показывает тесную связь между минералогией и текстурой при исследовании спектров TIR. В частности, крупнозернистые и мелкозернистые кварцевые компоненты имеют отчетливые спектральные особенности ПВО. Спектральные результаты также показывают, что остаточные глинистые минералы все еще могут присутствовать во фракции песка, даже при тщательном разделении частиц по размеру, и потенциально могут искажать определение содержания «глины», если основано только на седиментационном анализе (например,г. , <2 м). Ближайшие спектральные измерения образцов Tick Hill показали его потенциал для анализа содержания глинистых минералов. В частности, результаты Tick Hill показали, что спектральный индекс TIR, основанный на абсорбционной характеристике 9,5 мкм м, полезен для определения содержания глины в фракциях размера частиц почвы.

    Дальнейшие исследования с использованием большей совокупности образцов естественной почвы, доступных из ASL, не показали сильной корреляции между лабораторно определенным размером частиц глины и глиной, полученной на основе спектральных индексов на основе SWIR или TIR.Возможными причинами этого могут быть помехи от 8 до 9,2 мкм м кварцевого рестстралена на спектральных индексах на основе поглощения глины 9,5 мкм м и 9,0 мкм м, ограничения алгоритма спектральной относительной глубины полосы, нелинейные эффекты от покрытия из частиц глинистого минерала над крупнозернистыми частицами или наличие неглинистых минеральных частиц размером менее 2 мкм мкм, но включенных во фракцию «глинистых» частиц. Умеренная нелинейная корреляция была указана между индексом, полученным из кварца TIR, основанным на 8.62 мкм м рестстрален и содержание кварца петрографического происхождения. Предварительные усилия были также предприняты для получения спектрального индекса органического углерода с использованием характеристик поглощения от 3,4 до 3,5 мкм м, связанных с основными полосами валентных колебаний H – C. Никаких сильных корреляций с оценками органического углерода Министерства сельского хозяйства США не было обнаружено с использованием спектров удаленного континуума корпуса для получения индексов, основанных на глубине и площади абсорбционных особенностей.

    Благодарности

    Адриан Бич, бывший менеджер аналитических служб CSIRO Land and Water, выражает искреннюю благодарность за проведение всестороннего анализа размера частиц и разделения проб почвы Tick Hill.Помощь Питера Мэйсона из CSIRO также помогла в применении программного обеспечения TSG.

    Ответить

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *