1.4 Техника закладки и проведения лизиметрических опытов

Лизиметрический метод -- исследование растений с помощью лизиметров, установок и приборов, имеющих отверстие в дне, что позволяет учитывать естественную миграцию почвенных растворов. Название лизиметра происходит от греческого слова «lysos» -- растворение, освобождение. Первое лизиметрическое исследование провел английский ученый Джон Дальтон (1766 -- 1844). Лизиметрические опыты дают возможность установить динамику водопроницаемости, баланс элементов питания и других веществ (поступление в почву и вынос с урожаем), коэффициенты эвакотранспирации (транспирация + испарение с поверхности) или водопотребления). Они обеспечивают мониторинг свойств почвы, роста и развития растений как в полевых, так и в лабораторных условиях. Глубина исследуемого слоя почвы составляет от 20...25 см до 1...3 м. В зависимости от способа заполнения почвой выделяют лизиметры с насыпной почвой и почвой ненарушенного строения.

Существуют стационарные (бетонные и кирпичные) и металлические лизиметры, хроматографические колонки и воронки Эбермайера (рис. 3).

Рисунок 3. Схема устройства и подготовки к работе лизиметров:

Насыпные бетонные лизиметры с общей поверхностью почвы 1...4 м² рассчитаны на постановку многолетних и длительных опытов. Пространство между боковыми стенками (около 0,5 м) заполняют грунтом. Передние стенки выходят в подземный коридор. Покатое дно лизиметров снабжено дренажным слоем с двумя бороздками, которые проходят от углов задней стенки к отверстию в середине передней, соединенному трубопроводом со сменным приемником-накопителем. Десять лизиметров вместимостью 4 м³ (2 х 2 м и глубиной 1 м), заложенных по проекту В. Р. Вильямса в 1900 г. в МСХА им. К. А. Тимирязева, просуществовали до начала 30-х годов XX в. (рис. 4).

Рисунок 3. Общий вид бетонных лизиметров Вильямса:

1 - буферная полоса травяного газона; 2 - саженцы ели; 3 - пар; 4- стеклянные рамы перекрытия подземного коридора; 5 - второй ряд лизиметров

Металлические лизиметры разной вместимости и формы используют для работы с насыпной почвой и почвой естественного сложения. Как и в случае с бетонной конструкцией, на дне лизиметра делают дренаж из гравия и песка. Заполненные почвой лизиметры непосредственно закапывают в грунт или помещают в другие, предварительно закопанные металлические цилиндры (деревянные ящики) большого диаметра. Выемные лизиметры периодически взвешивают. Во всех случаях дно лизиметра соединено через отверстие с приемником для фильтрата. Чтобы при взятии образца почвы не было заметного нарушения ее естественного строения, низ цилиндра заострен и врезается в почву при заполнении лизиметра. Съемное дно конусообразной формы заполняют дренажным материалом и крепят к цилиндрической части. Затем лизиметр устанавливают на постоянное место и соединяют трубопроводами с приемниками.

Одной из модификаций металлических конструкций является малый лизиметр А. В. Ключарева, который представляет собой стальной тонкостенный цилиндр высотой 20 см и диаметром 11 см с воронкообразным дном. На дно этого цилиндра насыпают гравий и песок, затем его заполняют почвой ненарушенного строения и подвешивают на крючки внутри железного цилиндра высотой 50 см, предварительно закопанного до уровня поверхности почвы. Лизиметрические воронки используют только на почвах естественного строения. Они были введены Эбермайером в 1879 г. Верхние края цинковых воронок диаметром 25... 50 см и глубиной 5 см загнуты на 0,5 см и заострены. Воронка заполнена дренирующим материалом, а в районе шейки прикрыта цинковым кружком с отверстием диаметром 2 мм.

Воронки Эбермайера врезают верхним краем в потолок ниш на передней стенке достаточно глубоко вырытой траншеи на расстоянии 30... 100 см друг от друга и соединяют трубками с приемниками фильтрата (см. рис. 3). Оставшиеся после установки воронок пустоты в нишах засыпают грунтом. Промежутки между воронками служат буферными зонами. Они играют роль защиток при проведении исследований на соседних делянках полевых опытов. В изолированной сверху траншее оборудуют люк с крышкой для доступа к приемникам.

Сорбционные лизиметры (лизиметрические хроматографические колонки объемом 600 см³) получили наибольшее распространение в полевых опытах. В качестве сорбентов применяют оксид алюминия, синтетические иониты и активированный уголь. Колонки, заполненные послойно кварцевым песком и сорбентом в соотношении от 1: 2 до 1:5, устанавливают в 2... 3-кратной повторности под изучаемые слои почвы. В одной траншее размещают до 20...24 установок. Местонахождение траншеи обеспечивается топографической привязкой с рисунком на бумаге. Водорастворимые вещества и металлорганические соединения поступают в колонки с водой путем вертикальной и боковой инфильтрации и поглощаются сорбентом. По истечении определенного срока (месяц, сезон, год) траншею вскрывают, а колонки разбирают в лаборатории. Песок очищают растворами кислоты и щелочи, а изменения сорбентов анализируют визуально и физико-химическими методами.