Гранулометри́ческий ана́лиз по́чвы (механический анализ почвы), исследование фракционного состава почв. Проводится при помощи разрушения почвенных агрегатов на элементарные частицы почвы с последующим определением их фракционного состава. Измеряется в % на сухую почву.

Существуют полевые и лабораторные методы определения гранулометрического состава. В полевых условиях механический состав почв приближённо определяют по внешним признакам и на ощупь; для точного определения применяют лабораторные методы. Все группы гранулометрического (механического) состава почв можно различать по ряду органолептических признаков. Зная эти признаки и имея соответствующие навыки, можно быстро и с достаточной точностью определять механический состав в полевых условиях.

Полевые методы

В полевых условиях используют различные методы определения фракционного состава почвы: мокрый, сухого растирания (метод «зеркала»), мокрого растирания «проба ножом» и определение гранулометрического состава по структурности пашни.

Мокрый метод

Образец растёртой почвы увлажняют и перемешивают до тестообразного состояния, при котором почвы обладают наибольшей пластичностью. При определении механического состава карбонатных почв применяют вместо воды 10% НСl с целью разрушения водопрочных агрегатов. Из подготовленной почвы на ладони скатывают шарик и пробуют раскатать его в шнур толщиной около 3 мм, затем свернуть в кольцо диаметром 2–3 см. В зависимости от механического состава почвы показатели «мокрого» метода будут различны (см. таблицу «Мокрый метод определения механического состава почв в поле»).

Мокрый метод определения механического состава почв в поле. Архив БРЭ.Мокрый метод определения механического состава почв в поле. Архив БРЭ.Сухое растирание (метод «зеркала»)

Небольшой комочек воздушно-сухой почвы (размером с горошину) растирают пальцами и высыпают на сухую ладонь. Почву втирают указательным пальцем в кожу, затем ладонь переворачивают и слегка встряхивают. На ладони остается так называемое «зеркало» за счёт оставшихся в бороздках и порах кожи наиболее мелких частиц (фракции физической глины). По «зеркалу» определяют гранулометрический состав почвы.

Рыхлые пески «зеркала» почти не дают; у связных песков оно слабое, редкое, но всё же ясно заметное; у супесей – ясно заметное, но прерывистое; у лёгких суглинков – хорошее, почти сплошное и у средних суглинков – сплошное «зеркало». Более тяжёлые по составу почвы трудно растирать пальцем в сухом состоянии. Обычно они имеют хорошо выраженную микроструктуру и поэтому могут показаться опесчаненными и даже дать прерывистое «зеркало», что ошибочно укажет на более лёгкий гранулометрический состав.

Методом сухого растирания хорошо определять гранулометрический состав лишь песчаных, супесчаных и легкосуглинистых почв. С его помощью можно дать и дополнительную характеристику гранулометрического состава. Пылеватые почвы при растирании дают ощущение мягкости или «бархатистости»; песчанистые – жёсткости, шероховатости; пылевато-песчанистые – мягкости, но и явного присутствия песчинок (более трёх).

Мокрое растирание

Небольшую щепотку почвы смачивают водой и растирают на ладони. Рыхлые пески не оставляют почти никакого следа, связные – слегка загрязняют ладонь; супеси загрязняют ладонь сильнее; лёгкие и средние суглинки почти сплошь замазывают кожу, а тяжёлые – сплошь; глины дают однородную мажущуюся массу.

Проба ножом

Лезвием ножа делают черту и срез почвы. Черта осыпается, поверхность среза шероховатая, под ножом слышен треск – песчанистая почва; черта с разорванными краями от выпавших песчинок, поверхность среза шероховатая – супесчаная; черта ровная, шире лезвия ножа, поверхность среза ровная, матовая, под ножом треска не слышно – суглинистая; черта узкая, равна по ширине лезвию, срез гладкий, блестящий – глинистая почва.

Определение механического состава почвы по структурности пашни

Почвы разного гранулометрического состава обладают различной способностью образовывать структурные агрегаты. Наблюдая структурность недавно обработанных (заборонованных) участков, можно заметить, что рыхлопесчаные почвы состоят из раздельночастичной бесструктурной массы, связнопесчаные – имеют на поверхности отдельные комки, у рыхлопесчаных – комки занимают менее ¹/₃ поверхности, у связносупесчаных – до ¹/₂, у легкосуглинистых – около ³/₄, у среднесуглинистых – вся поверхность покрыта комками размером от голубиного до куриного яйца, у тяжёлосуглинистых и глинистых – комки покрывают всю поверхность и среди них встречаются глыбы до 10 см и более.

Точные определения гранулометрического состава производятся на основании лабораторного анализа.

Лабораторный метод

При механическом анализе почвенный скелет (>1 мм) разделяют на ситах, а мелкозём (<1 мм) – разделяют на фракции различными методами (отмучивание, аэрометрический метод, метод пипетки). В России широко применяется метод пипетки в варианте Н. А. Качинского.

Механические элементы, особенно суглинистых и глинистых почв, находятся в агрегатированном состоянии. Чтобы определить механический состав почвы, необходимо разрушить агрегаты и перевести все механические элементы в раздельночастичное состояние. Это осуществляется химическим и механическим воздействием на почву при подготовке к механическому анализу.

Химическое воздействие заключается в том, что в почве поглощённые двухвалентные катионы (кальций и магний) замещаются одновалентными. Это приводит к диспергированию почвы, которое ещё больше увеличивается при кипячении с водой.

Навеску мелкозёма (<1 мм) после химической обработки и кипячении пропускают через сито с отверстиями 0,25 мм. Частицы, оставшиеся на сите, высушивают, взвешивают и определяют их содержание. Механические элементы, прошедшие через сито с отверстиями 0,25 мм, собирают в цилиндр в виде суспензии. Из неё пипеткой берут пробы, на основании которых рассчитывают содержание механических элементов меньше 0,25 мм.

Принцип метода пипетки основан на зависимости, существующей между скоростями падения частиц и их размером. Если взмутить суспензию и оставить её в спокойном состоянии, то постепенно взмученные частицы осядут. Быстрее будут осаждаться более крупные по размеру механические элементы, как более тяжёлые.

Скорость падения различных по размеру частиц рассчитывают по формуле Стокса:

$V= \frac{2}{9} r^{2} \left(\begin{array}{c}\frac{d_{1}- d_{2} }{ \eta }\end{array}\right)g,$где:
$V$– скорость падения частицы (в см/с);

$r$ – радиус падающей частицы шарообразной формы (в см);

$d_{1}$ – плотность падающей частицы;

$d_{2}$ – плотность жидкости, в которой оседает частица;

$g$ – ускорение силы тяжести при свободном падении тела;

$\eta$ – вязкость жидкости.

Зная, с какой скоростью осаждаются механические элементы различного диаметра, можно брать через определённые интервалы времени с помощью пипетки пробы почвенной суспензии с определённой глубины (по истечении различных сроков после взмучивания) и определить содержание механических элементов. Отобранные пробы затем высушивают и взвешивают. На основании полученных результатов определяют гранулометрический (механический) состав образца почв по классификации Н. А. Качинского.

Ареометрический метод основан на последовательном определении плотности суспензии грунта через определённые промежутки времени с помощью ареометра. По результатам определений рассчитывают диаметр и количество определяемых частиц по специальной формуле или с помощью номограммы. Этим методом определяют содержание в грунте частиц диаметром менее 0,1 мм. Содержание фракций крупнее 0,1 мм определяют ситовым методом.