SOIL SCIENCE

239 Pages·2010·1.54 MB·English

UKRAINE
NATIONAL AGRICULTURAL UNIVERSITY
Department of Soil Science & Soil Conservation
SOIL SCIENCE:
Practical Methods Manual
Methodological Instruction Book for the Undergraduate Students of
Agronomy and Ecology
Kyiv
2008
UDK 631.4
A manual contains laboratory methods and practical classes in Soil Science
which are used for the training of Bachelors of Science in Agronomy and Ecology,
which study the course of Soil Science in English. The methods are the most widely
used in Ukrainian soil science and agricultural chemistry. Practical classes are
devoted to balance calculation, soil and land evaluation, etc. Museum classes and
summer field practice are also included.
Recommended by the Learned Council of the Research and Training Institute
of Crop Science & Soil Science
Compilers: L.R.Petrenko, Ye.M.Berezhnyak
Reviewers:
Methodological Instruction Book for the Undergraduate Students
of Agronomy and Ecology
SOIL SCIENCE:
Practical Methods Manual
Compilers: Petrenko Leonid Romanovich
Berezhnyak Yevgeniy Mickailovych
Editor: O.M.Kirik
NAU Publishing Center, Director: A.P.Kolesnikov
Responsible for publication: as. prof. L.R.Petrenko
Signed for publication Format 60×84 1/16,
Con. printer’s sheet 15. Tally sheet. 3,3
Circulation 50 copy Order. (cid:651) /
Publishing house NAU.
03041, Kyiv – 41, Geroyev Oborony St., 15
Tel. [phone]
2
(cid:589)(cid:580)(cid:586)(cid:570)(cid:562)(cid:583)(cid:570)
(cid:583)(cid:570)(cid:592)(cid:561)(cid:584)(cid:583)(cid:570)(cid:581)(cid:598)(cid:583)(cid:578)(cid:579)(cid:3)(cid:570)(cid:573)(cid:586)(cid:570)(cid:586)(cid:583)(cid:578)(cid:579)(cid:3)(cid:589)(cid:583)(cid:561)(cid:572)(cid:575)(cid:586)(cid:587)(cid:578)(cid:588)(cid:575)(cid:588)
(cid:580)(cid:602)(cid:622)(cid:607)(cid:606)(cid:618)(cid:602)(cid:3)(cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:616)(cid:609)(cid:615)(cid:602)(cid:604)(cid:619)(cid:620)(cid:604)(cid:602)(cid:3)(cid:620)(cid:602)(cid:3)(cid:616)(cid:623)(cid:616)(cid:618)(cid:616)(cid:615)(cid:610)(cid:3)(cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:639)(cid:604)
(cid:648)(cid:586)(cid:589)(cid:583)(cid:588)(cid:584)(cid:577)(cid:583)(cid:570)(cid:572)(cid:587)(cid:588)(cid:572)(cid:584):
(cid:581)(cid:602)(cid:603)(cid:616)(cid:618)(cid:602)(cid:620)(cid:616)(cid:618)(cid:615)(cid:639)(cid:3)(cid:618)(cid:616)(cid:603)(cid:616)(cid:620)(cid:610)(cid:3)(cid:639)(cid:3)(cid:617)(cid:618)(cid:602)(cid:612)(cid:620)(cid:610)(cid:625)(cid:615)(cid:639)(cid:3)(cid:609)(cid:602)(cid:615)(cid:633)(cid:620)(cid:620)(cid:633)(cid:3)(cid:609)
(cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:616)(cid:609)(cid:615)(cid:602)(cid:604)(cid:619)(cid:620)(cid:604)(cid:602)(cid:3)(cid:606)(cid:613)(cid:633)(cid:3)(cid:619)(cid:620)(cid:621)(cid:606)(cid:607)(cid:615)(cid:620)(cid:639)(cid:604)(cid:3)(cid:603)(cid:602)(cid:612)(cid:602)(cid:613)(cid:602)(cid:604)(cid:618)(cid:639)(cid:604)
(cid:602)(cid:605)(cid:618)(cid:616)(cid:615)(cid:616)(cid:614)(cid:639)(cid:625)(cid:615)(cid:616)(cid:605)(cid:616)(cid:3)(cid:620)(cid:602)(cid:3)(cid:602)(cid:605)(cid:618)(cid:616)(cid:607)(cid:612)(cid:616)(cid:613)(cid:616)(cid:605)(cid:639)(cid:625)(cid:615)(cid:616)(cid:605)(cid:616)
(cid:615)(cid:602)(cid:617)(cid:618)(cid:633)(cid:614)(cid:612)(cid:639)(cid:604)(cid:3)(cid:617)(cid:639)(cid:606)(cid:605)(cid:616)(cid:620)(cid:616)(cid:604)(cid:612)(cid:610)
(cid:580)(cid:578)(cid:562)(cid:572)
2008
3
(cid:589)(cid:574)(cid:580) 631.4
(cid:585)(cid:618)(cid:602)(cid:612)(cid:620)(cid:610)(cid:612)(cid:621)(cid:614)(cid:3)(cid:609)(cid:3)(cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:616)(cid:609)(cid:615)(cid:602)(cid:604)(cid:619)(cid:620)(cid:604)(cid:602)(cid:3)(cid:637)(cid:3)(cid:615)(cid:602)(cid:604)(cid:625)(cid:602)(cid:613)(cid:630)(cid:615)(cid:616)(cid:16)(cid:614)(cid:607)(cid:620)(cid:616)(cid:606)(cid:610)(cid:625)(cid:615)(cid:610)(cid:614)(cid:610)(cid:3)(cid:604)(cid:612)(cid:602)(cid:609)(cid:639)(cid:604)(cid:612)(cid:602)(cid:614)(cid:610)(cid:3)(cid:633)(cid:612)(cid:3)(cid:606)(cid:613)(cid:633)
(cid:613)(cid:602)(cid:603)(cid:616)(cid:618)(cid:602)(cid:620)(cid:616)(cid:618)(cid:615)(cid:610)(cid:623), (cid:620)(cid:602)(cid:612)(cid:3) (cid:639)(cid:3) (cid:617)(cid:618)(cid:602)(cid:612)(cid:620)(cid:610)(cid:625)(cid:615)(cid:610)(cid:623)(cid:3) (cid:609)(cid:602)(cid:615)(cid:633)(cid:620)(cid:630)(cid:3) (cid:609)(cid:3) (cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:616)(cid:609)(cid:615)(cid:602)(cid:604)(cid:619)(cid:620)(cid:604)(cid:602)(cid:3) (cid:609)(cid:602)(cid:3) (cid:617)(cid:618)(cid:616)(cid:605)(cid:618)(cid:602)(cid:614)(cid:616)(cid:632)
(cid:617)(cid:639)(cid:606)(cid:605)(cid:616)(cid:620)(cid:616)(cid:604)(cid:612)(cid:610)(cid:3)(cid:603)(cid:602)(cid:612)(cid:602)(cid:613)(cid:602)(cid:604)(cid:618)(cid:639)(cid:604)(cid:3)(cid:617)(cid:616)(cid:3)(cid:615)(cid:602)(cid:617)(cid:618)(cid:633)(cid:614)(cid:612)(cid:602)(cid:623)(cid:3)(cid:570)(cid:605)(cid:618)(cid:616)(cid:615)(cid:616)(cid:614)(cid:639)(cid:633)(cid:3)(cid:620)(cid:602)(cid:3)(cid:575)(cid:612)(cid:616)(cid:613)(cid:616)(cid:605)(cid:639)(cid:633)(cid:3)(cid:602)(cid:615)(cid:605)(cid:613)(cid:639)(cid:611)(cid:619)(cid:630)(cid:612)(cid:616)(cid:632)(cid:3)(cid:614)(cid:616)(cid:604)(cid:616)(cid:632).
(cid:582)(cid:607)(cid:620)(cid:616)(cid:606)(cid:610)(cid:612)(cid:610)(cid:3) (cid:619)(cid:620)(cid:616)(cid:619)(cid:621)(cid:632)(cid:620)(cid:630)(cid:619)(cid:633)(cid:3) (cid:633)(cid:612)(cid:3) (cid:613)(cid:602)(cid:603)(cid:616)(cid:618)(cid:602)(cid:620)(cid:616)(cid:618)(cid:615)(cid:610)(cid:623)(cid:3) (cid:602)(cid:615)(cid:602)(cid:613)(cid:639)(cid:609)(cid:639)(cid:604), (cid:620)(cid:602)(cid:612)(cid:3) (cid:639)(cid:3) (cid:617)(cid:618)(cid:602)(cid:612)(cid:620)(cid:610)(cid:625)(cid:615)(cid:610)(cid:623)(cid:3) (cid:609)(cid:602)(cid:615)(cid:633)(cid:620)(cid:630)(cid:3) (cid:609)
(cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:616)(cid:609)(cid:615)(cid:602)(cid:604)(cid:619)(cid:620)(cid:604)(cid:602), (cid:604)(cid:612)(cid:613)(cid:632)(cid:625)(cid:602)(cid:632)(cid:625)(cid:610)(cid:3)(cid:603)(cid:602)(cid:613)(cid:602)(cid:615)(cid:619)(cid:616)(cid:604)(cid:639)(cid:3)(cid:618)(cid:616)(cid:609)(cid:618)(cid:602)(cid:623)(cid:621)(cid:615)(cid:612)(cid:610)(cid:3)(cid:604)(cid:3)(cid:602)(cid:605)(cid:618)(cid:616)(cid:624)(cid:607)(cid:615)(cid:616)(cid:609)(cid:602)(cid:623), (cid:603)(cid:616)(cid:615)(cid:639)(cid:620)(cid:621)(cid:604)(cid:602)(cid:615)(cid:615)(cid:633)
(cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:639)(cid:604)(cid:3) (cid:639)(cid:3) (cid:609)(cid:607)(cid:614)(cid:607)(cid:613)(cid:630), (cid:620)(cid:616)(cid:627)(cid:616). (cid:574)(cid:616)(cid:3) (cid:615)(cid:602)(cid:604)(cid:625)(cid:602)(cid:613)(cid:630)(cid:615)(cid:616)(cid:605)(cid:616)(cid:3) (cid:617)(cid:616)(cid:619)(cid:639)(cid:603)(cid:615)(cid:610)(cid:612)(cid:602)(cid:3) (cid:620)(cid:602)(cid:612)(cid:616)(cid:608)(cid:3) (cid:604)(cid:612)(cid:613)(cid:632)(cid:625)(cid:607)(cid:615)(cid:616)(cid:3) (cid:614)(cid:621)(cid:609)(cid:607)(cid:611)(cid:615)(cid:639)
(cid:609)(cid:602)(cid:615)(cid:633)(cid:620)(cid:620)(cid:633)(cid:3)(cid:620)(cid:602)(cid:3)(cid:613)(cid:639)(cid:620)(cid:615)(cid:632)(cid:3)(cid:615)(cid:602)(cid:604)(cid:625)(cid:602)(cid:613)(cid:630)(cid:615)(cid:621)(cid:3)(cid:617)(cid:618)(cid:602)(cid:612)(cid:620)(cid:610)(cid:612)(cid:621)(cid:3)(cid:609)(cid:3)(cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:616)(cid:609)(cid:615)(cid:602)(cid:604)(cid:619)(cid:620)(cid:604)(cid:602).
(cid:586)(cid:607)(cid:612)(cid:616)(cid:614)(cid:607)(cid:615)(cid:606)(cid:616)(cid:604)(cid:602)(cid:615)(cid:616)(cid:3) (cid:572)(cid:625)(cid:607)(cid:615)(cid:616)(cid:632)(cid:3) (cid:618)(cid:602)(cid:606)(cid:616)(cid:632)(cid:3) (cid:583)(cid:583)(cid:561)(cid:3) (cid:586)(cid:616)(cid:619)(cid:613)(cid:610)(cid:615)(cid:615)(cid:610)(cid:624)(cid:620)(cid:604)(cid:602)(cid:3) (cid:620)(cid:602)(cid:3) (cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:616)(cid:609)(cid:615)(cid:602)(cid:604)(cid:619)(cid:620)(cid:604)(cid:602)
(cid:583)(cid:602)(cid:624)(cid:639)(cid:616)(cid:615)(cid:602)(cid:613)(cid:630)(cid:615)(cid:616)(cid:605)(cid:616)(cid:3)(cid:602)(cid:605)(cid:618)(cid:602)(cid:618)(cid:615)(cid:616)(cid:605)(cid:616)(cid:3)(cid:621)(cid:615)(cid:639)(cid:604)(cid:607)(cid:618)(cid:619)(cid:610)(cid:620)(cid:607)(cid:620)(cid:621)
(cid:589)(cid:612)(cid:613)(cid:602)(cid:606)(cid:602)(cid:625)(cid:639): (cid:581)(cid:17)(cid:586)(cid:17)(cid:585)(cid:607)(cid:620)(cid:618)(cid:607)(cid:615)(cid:612)(cid:616), (cid:559)(cid:17)(cid:582)(cid:17)(cid:571)(cid:607)(cid:618)(cid:607)(cid:608)(cid:615)(cid:633)(cid:612)
(cid:586)(cid:607)(cid:624)(cid:607)(cid:615)(cid:609)(cid:607)(cid:615)(cid:620)(cid:610):
(cid:582)(cid:607)(cid:620)(cid:616)(cid:606)(cid:610)(cid:625)(cid:615)(cid:639)(cid:3)(cid:604)(cid:612)(cid:602)(cid:609)(cid:639)(cid:604)(cid:612)(cid:610)(cid:3)(cid:609)(cid:3)(cid:606)(cid:610)(cid:619)(cid:624)(cid:610)(cid:617)(cid:613)(cid:639)(cid:615)(cid:610) «(cid:648)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:616)(cid:609)(cid:615)(cid:602)(cid:604)(cid:619)(cid:620)(cid:604)(cid:616)»
(cid:589)(cid:612)(cid:613)(cid:602)(cid:606)(cid:602)(cid:625)(cid:639):(cid:3)(cid:585)(cid:607)(cid:620)(cid:618)(cid:607)(cid:615)(cid:612)(cid:616)(cid:3)(cid:581)(cid:607)(cid:616)(cid:615)(cid:639)(cid:606)(cid:3)(cid:586)(cid:616)(cid:614)(cid:602)(cid:615)(cid:616)(cid:604)(cid:610)(cid:625),
(cid:571)(cid:607)(cid:618)(cid:607)(cid:608)(cid:615)(cid:633)(cid:612)(cid:3)(cid:559)(cid:604)(cid:605)(cid:607)(cid:615)(cid:639)(cid:611)(cid:3)(cid:582)(cid:610)(cid:623)(cid:602)(cid:611)(cid:613)(cid:616)(cid:604)(cid:610)(cid:625)
(cid:586)(cid:607)(cid:606)(cid:602)(cid:612)(cid:620)(cid:616)(cid:618)(cid:3)(cid:584)(cid:17)(cid:582)(cid:17)(cid:580)(cid:610)(cid:618)(cid:610)(cid:612)
(cid:577)(cid:602)(cid:604). (cid:604)(cid:610)(cid:606)(cid:602)(cid:604)(cid:615)(cid:610)(cid:625)(cid:610)(cid:614)(cid:3)(cid:624)(cid:607)(cid:615)(cid:620)(cid:618)(cid:616)(cid:614)(cid:3)(cid:583)(cid:570)(cid:589)(cid:3)(cid:570)(cid:17)(cid:585)(cid:17)(cid:580)(cid:616)(cid:613)(cid:607)(cid:619)(cid:615)(cid:639)(cid:612)(cid:616)(cid:604)
(cid:572)(cid:639)(cid:606)(cid:617)(cid:616)(cid:604)(cid:639)(cid:606)(cid:602)(cid:613)(cid:630)(cid:615)(cid:610)(cid:611)(cid:3)(cid:609)(cid:602)(cid:3)(cid:604)(cid:610)(cid:617)(cid:621)(cid:619)(cid:612)(cid:3)(cid:606)(cid:616)(cid:624). (cid:581)(cid:17)(cid:586). (cid:585)(cid:607)(cid:620)(cid:618)(cid:607)(cid:615)(cid:612)(cid:616)
(cid:585)(cid:639)(cid:606)(cid:617)(cid:610)(cid:619)(cid:602)(cid:615)(cid:616)(cid:3)(cid:606)(cid:616)(cid:3)(cid:606)(cid:618)(cid:621)(cid:612)(cid:621) (cid:590)(cid:616)(cid:618)(cid:614)(cid:602)(cid:620) 60×84 1/16,
(cid:589)(cid:614). (cid:606)(cid:618)(cid:621)(cid:612). (cid:602)(cid:618)(cid:612). 15 (cid:584)(cid:603)(cid:613).-(cid:604)(cid:610)(cid:606). (cid:602)(cid:618)(cid:612). 15,5
(cid:583)(cid:602)(cid:612)(cid:613)(cid:602)(cid:606) 50 (cid:617)(cid:618)(cid:610)(cid:614). (cid:577)(cid:602)(cid:614). (cid:651) (cid:604)(cid:639)(cid:606)
(cid:572)(cid:610)(cid:606)(cid:602)(cid:604)(cid:615)(cid:610)(cid:625)(cid:610)(cid:611)(cid:3)(cid:624)(cid:607)(cid:615)(cid:620)(cid:618)(cid:3)(cid:583)(cid:570)(cid:589).
03041, (cid:580)(cid:610)(cid:640)(cid:604) – 41, (cid:604)(cid:621)(cid:613). (cid:573)(cid:607)(cid:618)(cid:616)(cid:640)(cid:604)(cid:3)(cid:584)(cid:603)(cid:616)(cid:618)(cid:616)(cid:615)(cid:610), 15
(cid:588)(cid:607)(cid:613). 267-80-49
4
CONTENT
PREFACE …………………………………………………………………... 10
INTRODUCTION. SAMPLE COLLECTION AND PREPARATION …… 10
Hygroscopic Moisture. Hygroscopicity Coefficient. Practical Applications
of Soil Hygroscopicity ……………………………………………………… 11
1. SOIL TEXTURE 14
1.1. Classification of Textural Particles and Their Properties …………….. 14
1.2. Diagnostics of Soil Texture ……………………………………………. 16
1.3. Mechanical (Particle-Size) Analysis …………………………………… 17
1.1.1. Simplified Analytical Procedure ………………………………... 19
1.1.2.Texture of Ukrainian Soils ………………………………………. 21
1.1.3. Some Applications of Soil Particle Analysis Data …………….. 22
1.1.4. Some Features of Soil Texture Determination in the USA
(Foth, 1990) ………………………………………………………………… 24
2. SOIL STRUCTURE 25
2.1. M.I.Savvinov’s Procedure of Soil Aggregate Analysis ………………... 26
2.1.1. Dry Aggregate Analysis ……………………………………….. 26
2.1.2. Wet Aggregate Analysis ……………………………………….. 28
2.2. Soil Microaggragate Analysis As Proposed by N.A.Kachinsky ………. 29
2.3. Evaluation of Soil Microaggregate Composition ……………………… 31
3. SOIL PHYSICAL PROPERTIES 32
3.1. Soil Particle Density Determination (S.I.Dolgov’s Procedure) ………... 33
3.2. Soil Bulk Density Determination ………………………………………. 34
3.2.1. Technique of Soil Bulk Density Determination ………………… 37
3 . 2 .2. Use of Bulk density Values in Calculation of Other Soil
Characteristics ……………………………………………………………… 40
3.3. Soil porosity ……………………………………………………………. 41
3.3.1. Total Porosity Determination ……………………………………. 42
3.3.2. Determination of Differential Soil Porosity …………………… 43
3.4. Soil Hardness (Penetrometer Resistance) ……………………………… 44
3 .4 . 1. Determination of Soil Hardness with Yu.Yu.Revyakin’s
penetrometer ……………………………………………………………….. 45
3.4.2. Calculation of Soil’s Resistance to Tillage from the Values of Its
Penetrometer Resistance …………………………………………………… 46
3.5. Soil’s Physical Maturity for Tillage …………………………………. 47
4. SOIL WATER AND WATER-RELATED PROPERTIES 48
4.1. States and Forms of Soil Water ……………………………………….. 48
4.2. Field Moisture of the Soil and Methods of Its Determination …………. 51
4.2.1. Soil Moisture Determination by Gravimetric Procedure ……….. 51
4.3. Soil Properties Related to Content and Availability of Water ………… 54
4.3.1. Maximum Hygroscopic Moisture (MHM) and Its Determination. 54
4.3.2. Soil’s MHM Determination by A.V.Nikolaev’s Procedure ……. 55
5
4.3.3. Permanent Wilting Point ……………………………………….. 56
4.3.3.1. Determination of Soil’s PWP by Seedling Growth Procedure . 57
4.3.4. Field Capacity (FC) ……………………………………………... 58
4.3.5. Capillary Capacity (CC) ……………………………………….. 60
4.3.5.1. Capillary Capacity Determination by Laboratory Procedure 60
4.3.6. Full Capacity …………………………………………………… 61
4.3.6.1. Laboratory Method of Full Capacity Determination …………. 61
4.3.6.2. Full Capacity Determination by Calculations ………………… 62
4.4. Some Applications of Soil Characteristics Pertaining to Soil Moisture
and Physical Properties Related to Water ………………………………….. 62
4.5. Brief Outline of Soil Water Potential and Related Determinations ……. 64
4.6. Electrical Resistance and Neutron Scattering Methods of Soil Wetness
Determination (from D.Hillel, 1982) ……………………………………….. 66
5. SOIL ORGANIC MATTER 68
5.1. Methods of SOM Determination …………………………………….. 69
5.1.1. Wet Combination Method of I.V.Tyurin ……………………….. 69
5.2. Evaluation of SOM Status ……………………………………………... 72
5.3. Calculation of Energy in SOM as Proposed by S.A.Aliyev …………… 74
5.4. Determination of SOM’s Reactivity by M.I.Laktionov’s Proposal …. 75
5.5. Qualitative Composition of Soil Organic Matter ……………………… 77
5 .5.1. Determination of SOM Composition by Sodium Pyrophosphate
Method of Kononova and Belchikova …………………………………….. 78
5.6. Soil Organic Matter Balance and Methods of Its Calculation …………. 79
5.6.1. G.Y.Chesnyak’s Method of SOM Balance Calculation ………… 79
5 .6.2. Some Information on SOM Balance Calculation by the Method
of O.M.Lykov ……………………………………………………………... 86
5 .6 .3. The Use of Mathematical Model for the Prediction of Soil
Organic Carbon Balance ……………………………………………………. 88
6. PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES OF THE SOIL 89
6.1. Soil’s Ability for Cation Exchange and Retention …………………... 90
6.1.1. Preliminary Testing ……………………………………………… 94
6.1.2. Determination of Exchangeable Cations by the Method of
Schollenberger ……………………………………………………………… 95
6.1.3. Complexonometric Determination of Calcium and Magnesium . 96
6.1.4. Determination of Exchangeable Ca2+ + Mg2+ …………………... 97
6.1.5. Determination of Exchangeable Calcium ………………………. 98
6.1.6. Determination of Exchangeable Potassium and Sodium on the
Flame Photometer ………………………………………………………….. 99
6.1.7. Determination of the Sum of Exchangeable Bases by the Method
of Kappen-Gilkowiz ………………………………………………………... 101
6.1.8. Cation Exchange Capacity (CEC) Determination by
P.V.Zakharchuk’s Method ………………………………………………….. 102
6.1.9. Determination of Exchangeable Sodium by the Method of
M.M.Godlin ………………………………………………………………… 105
6
6.1.10. Determination of Carbonates in the Soil by Gas-Volumetric
Procedure …………………………………………………………………… 108
6.2. Sodic and Sodicity-Affected Soils, Their Chemical Amendment and
Reclamation ………………………………………………………………… 110
6.2.1. Determination of the Extent of Soil Sodicity and Calculation of
Gypsum Rates ……………………………………………………………… 113
6.2.2. Gypsum-Soil Interactions ………………………………………. 115
6.2.3. Time, Ways and Place of Gypsum Application in Crop
Rotations ……………………………………………………………………. 116
6.3. Soil Acidity and the Methods of Its Determination and Control ………. 118
6.3.1. What is Soil Acidity …………………………………………... 118
6.3.2. Methods of Soil Acidity Determination ………………………… 123
6.3.2.1. Active Acidity Determination by Potentiometric Procedure …. 123
6.3.2.2. Exchangeable Acidity Determination by the Method of
Daikukhara …………………………………………………………………. 125
6.3.2.3. Hydrolytic Acidity Determination by the Method of G.Kappen 125
6.3.2.4. Determination of Exchangeable Acidity and Available
(Exchangeable) Aluminum by the Method of O.V.Sokolov ………………. 127
6.3.3. Chemical Amendment of Acid Soils …………………………… 129
6.3.3.1. Lime’s Interaction with Acid Soils …………………………… 129
6.3.3.2. Soil’s Need in Liming and Its Determination ………………… 129
6.3.3.3. Calculations of Liming Rates ……………………................. 131
6.3.3.4.Time, Place and Way of Lime Application in Crop Rotations . 137
7. SALT-AFFECTED SOILS, THEIR RESEARCH AND
RECLAMATION 138
7.1. Soil Extract Analysis …………………………………………………... 139
7.1.1. Preparation of Soil Extract ……………………………………. 139
7.1.2. Qualitative Analysis of Soil Extract …………………………... 140
7.1.3. Dry Residue (Total Dissolved Solids) Determination ………… 140
7.1.4. Total Mineral Dissolved Solids Percent Determination ………. 140
7.1.5. Potentiometric Determination of Soil Extract’s pH …………... 140
7.1.6. Active Soil Alkalinity Determination ………………………… 140
7.1.7. Chloride Ion Determination by Mohr’s Method ……………… 144
7.1.8. Sulfate-Ion (SO 2-) Determination ……………………………. 144
4
7.1.9. Calcium (Ca2+) and Magnesium (Mg2+) Determination by
Trilonometric Procedure ……………………………………………………. 146
7.1.10. Determination of Sodium and Potassium Ions (Na+, K+) ……. 147
7.1.11. Determination of the Sum of K+ and Na+ by Subtraction …… 148
7.1.12. Checking Up the Precision of Soil Extract Analysis ………… 149
7.2. Type and Extent of Soil Salinity Determination ………………………. 149
7.3. Elements of Saline Soil Reclamation ………………………………….. 152
8. MUSEUM CLASSES IN SOIL SCIENCE 157
8.1. Soil Genesis ……………………………………………………………. 158
8.1.1. Role of Climate in Soil Formation ……………………………… 158
8.1.2. Role of Organisms in Soil Genesis ……………………………... 159
7
8.1.3. Role of Topography in Soil Genesis ……………………………. 159
8.1.4. Role of Parent Material in Soil Genesis ………………………… 160
8.1.5. Role of Time in Soil Genesis …………………………………… 160
8.1.6. Human Beings as a Soil-Forming Factor ……………………….. 161
8.2. Processes of Soil Formation …………………………………………… 161
8.3. Elements of Soil Classification ………………………………………… 163
8.4. Elements of Soil Nomenclature and Diagnostics ……………………… 165
8.4.1. (cid:574)(cid:607)(cid:618)(cid:615)(cid:616)(cid:604)(cid:616)(cid:16)(cid:617)(cid:639)(cid:606)(cid:609)(cid:616)(cid:613)(cid:610)(cid:619)(cid:620)(cid:639)(cid:3) (cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:610). Soddy-podzolic soils.
Podzoluvisol Eutric. Albeluvisols Umbric…………………………………. 165
8.4.2. (cid:574)(cid:607)(cid:618)(cid:615)(cid:616)(cid:604)(cid:616)(cid:16)(cid:617)(cid:639)(cid:606)(cid:609)(cid:616)(cid:613)(cid:610)(cid:619)(cid:620)(cid:639)(cid:3) (cid:616)(cid:605)(cid:613)(cid:607)(cid:637)(cid:615)(cid:639)(cid:3) (cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:610). Soddy-podzolic gleyed
(gleyic and gley) soils. Podzoluvisols Gleic. Albeluvisols Gleic…………… 166
8.4.3. (cid:585)(cid:639)(cid:606)(cid:609)(cid:616)(cid:613)(cid:610)(cid:619)(cid:620)(cid:616)(cid:16)(cid:606)(cid:607)(cid:618)(cid:615)(cid:616)(cid:604)(cid:639)(cid:3)(cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:610). Podzolic-soddy soils…………….. 166
8.4.4. (cid:574)(cid:607)(cid:618)(cid:615)(cid:616)(cid:604)(cid:616)(cid:16)(cid:612)(cid:602)(cid:618)(cid:603)(cid:616)(cid:615)(cid:602)(cid:620)(cid:615)(cid:639)(cid:3) (cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:610). Rendzinas proper. Leptosols
rendzic. Rendzinas orthic. ………………………………………………….. 167
8.4.5. (cid:574)(cid:607)(cid:618)(cid:615)(cid:616)(cid:604)(cid:639)(cid:3)(cid:619)(cid:612)(cid:607)(cid:613)(cid:607)(cid:620)(cid:615)(cid:639)(cid:3)(cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:610). Soddy skeletal soils. Leptosols ……. 167
8.4.6. (cid:574)(cid:607)(cid:618)(cid:615)(cid:616)(cid:604)(cid:639)(cid:3)(cid:603)(cid:616)(cid:618)(cid:616)(cid:604)(cid:639)(cid:3)(cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:610). Soddy soils in ancient alluvial sands of
the terraces. Arenosols Cambic. Arenosols Haplic. ………………………… 167
8.4.7. (cid:574)(cid:607)(cid:618)(cid:615)(cid:616)(cid:604)(cid:639)(cid:3)(cid:605)(cid:613)(cid:607)(cid:611)(cid:616)(cid:604)(cid:639)(cid:3)(cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:610). Soddy-gleyed soils. Gleysols Mollic . 168
8.4.8. (cid:587)(cid:639)(cid:618)(cid:639)(cid:3)(cid:616)(cid:617)(cid:639)(cid:606)(cid:609)(cid:616)(cid:613)(cid:607)(cid:615)(cid:639)(cid:3)(cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:610) ((cid:587)(cid:639)(cid:618)(cid:639)(cid:3)(cid:613)(cid:639)(cid:619)(cid:616)(cid:604)(cid:639)(cid:3)(cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:610)). Grey forest soils.
Greyzems Haplic. Phaozems Umbric and Albic …………………………… 168
8.4.9. (cid:587)(cid:639)(cid:618)(cid:639)(cid:3)(cid:618)(cid:607)(cid:605)(cid:618)(cid:602)(cid:606)(cid:616)(cid:604)(cid:602)(cid:615)(cid:639)(cid:3)(cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:610). Regraded grey forest soils. Greyzems
haplic……………………………………………………………………….. 169
8.4.10. (cid:587)(cid:639)(cid:618)(cid:639)(cid:3) (cid:616)(cid:617)(cid:639)(cid:606)(cid:609)(cid:616)(cid:613)(cid:607)(cid:615)(cid:639) ((cid:619)(cid:639)(cid:618)(cid:639)(cid:3) (cid:613)(cid:639)(cid:619)(cid:616)(cid:604)(cid:639)) (cid:616)(cid:605)(cid:613)(cid:607)(cid:637)(cid:615)(cid:639)(cid:3) (cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:610). Gleyed grey
forest soils. Greyzems Gleic. Phaozems Gleic…………………………….. 170
8.4.11. (cid:593)(cid:616)(cid:618)(cid:615)(cid:616)(cid:609)(cid:607)(cid:614)(cid:610)(cid:3)(cid:616)(cid:617)(cid:639)(cid:606)(cid:609)(cid:616)(cid:613)(cid:607)(cid:615)(cid:639). Podzolized Chernozems. Chernozems
Luvic. Chornozems Chernic………………………………………………… 170
8.4.12. (cid:593)(cid:616)(cid:618)(cid:615)(cid:616)(cid:609)(cid:607)(cid:614)(cid:610)(cid:3) (cid:604)(cid:610)(cid:613)(cid:621)(cid:605)(cid:82)(cid:604)(cid:602)(cid:615)(cid:639). Leached Chernozems. Chernozems
Haplic. Chernozems Chernic ………………………………………………. 170
8.4.13. (cid:593)(cid:616)(cid:618)(cid:615)(cid:616)(cid:609)(cid:607)(cid:614)(cid:610)(cid:3) (cid:618)(cid:607)(cid:605)(cid:618)(cid:602)(cid:606)(cid:616)(cid:604)(cid:602)(cid:615)(cid:639). Regraded (repeatedly saturated)
Chernozems. Chernozems “Luvic-Calcic” …………………………………. 171
8.4.14. (cid:593)(cid:616)(cid:618)(cid:615)(cid:616)(cid:609)(cid:607)(cid:614)(cid:610)(cid:3)(cid:620)(cid:610)(cid:617)(cid:616)(cid:604)(cid:639). Typical chernozems. Chernozems Haplic.
Chernozems Chernic. ………………………………………………………. 172
8.4.15. (cid:593)(cid:616)(cid:618)(cid:615)(cid:616)(cid:609)(cid:607)(cid:614)(cid:610)(cid:3) (cid:609)(cid:604)(cid:610)(cid:625)(cid:602)(cid:611)(cid:615)(cid:639). Ordinary Chernozems. Chernozems
Haplic. Chernozems Calcic. Chernozems Chernic………………………….. 172
8.4.16. (cid:593)(cid:616)(cid:618)(cid:615)(cid:616)(cid:609)(cid:607)(cid:614)(cid:610)(cid:3) (cid:609)(cid:604)(cid:610)(cid:625)(cid:602)(cid:611)(cid:615)(cid:639)(cid:3) (cid:614)(cid:639)(cid:624)(cid:607)(cid:613)(cid:633)(cid:618)(cid:615)(cid:616)(cid:16)(cid:612)(cid:602)(cid:618)(cid:603)(cid:616)(cid:615)(cid:602)(cid:620)(cid:615)(cid:639). Ordinary
Chernozems with Micelliar Carbonates. Chernozems Calcic………………. 173
8.4.17. (cid:593)(cid:616)(cid:618)(cid:615)(cid:616)(cid:609)(cid:607)(cid:614)(cid:610)(cid:3) (cid:617)(cid:639)(cid:604)(cid:606)(cid:607)(cid:615)(cid:615)(cid:639). Southern Chernozems. Chernozems
Calcic……………………………………………………………………….. 174
8.4.18. (cid:593)(cid:616)(cid:618)(cid:615)(cid:616)(cid:609)(cid:607)(cid:614)(cid:610)(cid:3)(cid:615)(cid:602)(cid:3)(cid:615)(cid:607)(cid:613)(cid:607)(cid:619)(cid:616)(cid:604)(cid:610)(cid:623)(cid:3)(cid:617)(cid:616)(cid:618)(cid:616)(cid:606)(cid:602)(cid:623). Chernozems in non-loess
parent materials. Chernozems Haplic. Chernozems Rendzic. ……………… 175
8.4.19. (cid:588)(cid:607)(cid:614)(cid:615)(cid:616)(cid:16)(cid:612)(cid:602)(cid:626)(cid:620)(cid:602)(cid:615)(cid:616)(cid:604)(cid:639)(cid:3)(cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:610). Dark-Chestnut Soils. Kastanozems
Haplic……………………………………………………………………….. 175
8.4.20. (cid:580)(cid:602)(cid:626)(cid:620)(cid:602)(cid:615)(cid:616)(cid:604)(cid:639)(cid:3)(cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:610). Chestnut Soils. Kastanozems Luvic. …….. 176
8.4.21. (cid:587)(cid:616)(cid:613)(cid:616)(cid:615)(cid:624)(cid:639)(cid:3)(cid:625)(cid:616)(cid:618)(cid:615)(cid:616)(cid:609)(cid:607)(cid:614)(cid:615)(cid:639). Chernozem-Like Sodic (Alkali) Soils.
Solonetz Haplic……………………………………………………………… 177
8
8.4.22. (cid:587)(cid:616)(cid:613)(cid:616)(cid:615)(cid:624)(cid:639)(cid:3)(cid:612)(cid:602)(cid:626)(cid:620)(cid:602)(cid:615)(cid:616)(cid:604)(cid:639). Sodic Chesnut Soils. Solonetz Haplic. …. 177
8.4.23. (cid:581)(cid:621)(cid:625)(cid:615)(cid:616)(cid:16)(cid:625)(cid:616)(cid:618)(cid:615)(cid:616)(cid:609)(cid:607)(cid:614)(cid:615)(cid:639)(cid:3) (cid:620)(cid:602)(cid:3) (cid:613)(cid:621)(cid:625)(cid:615)(cid:616)(cid:16)(cid:612)(cid:602)(cid:626)(cid:620)(cid:602)(cid:615)(cid:616)(cid:604)(cid:639)(cid:3) (cid:619)(cid:616)(cid:613)(cid:616)(cid:615)(cid:624)(cid:639). Meadow-
Chernozemic and Meadow-Chestnut Sodic Soils. Solonetz Haplic………… 177
8.4.24. (cid:570)(cid:613)(cid:632)(cid:604)(cid:639)(cid:602)(cid:613)(cid:630)(cid:615)(cid:639)(cid:3)(cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:610). Alluvial soils. Fluvisols Haplic…………. 178
8.4.25. (cid:581)(cid:621)(cid:625)(cid:615)(cid:639)(cid:3)(cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:610). Meadow soils. Gleysols Mollic……………….. 178
8.4.26. (cid:571)(cid:616)(cid:613)(cid:616)(cid:620)(cid:615)(cid:639)(cid:3)(cid:649)(cid:618)(cid:621)(cid:615)(cid:620)(cid:610). Peat and Bog Soils. Swamp Soils. Gleysols
Histic. Histosols Terric and Supric………………………………………….. 179
8.4.27. (cid:587)(cid:616)(cid:613)(cid:616)(cid:606)(cid:639). Solots. Solods. Planosols Eutric. Phaozems Luvic.
Planosols Albic. Phaozems Albic…………………………………………… 180
8.5. Soils of Ukrainian Mountain Regions …………………………………. 180
8.5.1. Soils of the Carpathian Mountain Region (Province) ………… 180
8.5.1.1. Brown-Meadow Soils ……………………………………….... 183
8.5.1.2. Brown Forest Soils …………………………………………… 185
8.5.1.3. Brown Gley-Podzolic Soils …………………………………… 185
8.5.2. Soils of the Crimean Mountain Region ………………………… 186
8.5.2.1. Soddy-Carbonatic Mountain Forest-Steppe Soils (Rendzinas
Cambric) ……………………………………………………………………. 187
8.5.2.2. Grey Mountain Forest-Steppe Soils …………………………... 188
8.5.2.3. Meadow Mountain Chernozem-like Soils ……………………. 189
8.5.2.4. Brown Forest Soils …………………………………………… 190
9. SOME BALANCE CALCULATIONS IN UKRAINIAN
AGRICULTURAL SOIL SCIENCE 193
9.1. Soil Water Balance ……………………………………………………. 193
9.1.1. The Use of Soil Moisture Data in Practice of Crop Production .. 194
9.2. Balance of Soluble Salts in Soils ………………………………………. 198
9.3. Prediction of Secondary Soil Salinity by the Method of
O.M.Alexandrova ………………………………………………………….. 200
9.4. Balance of Calcium and Magnesium in the Soil ……………………….. 203
9.5. Balance of Plant Nutrition Elements in the Soil ………………………. 212
10. SOIL PRODUCTIVITY EVALUATION 217
10.1. Agroecological Method of Soil Productivity Evaluation Proposed by
A.I.Siry (1974) ……………………………………………………………… 218
10.2. Land Area Evaluation by the Method of A.I.Siry (1974) ……………. 224
10.3. Some Other Approaches to Soil and Land Evaluation in Ukraine …… 229
10.3.1. The Method of Soil and Land Evaluation Proposed by the
Research Institute of Soil Science and Agrochemistry and Research
Institute Of Land Planning of the Ukrainian Academy of Agricultural
Sciences …………………………………………………………………….. 229
10.3.2. T.Laktionova’s Proposals on the Assessment of the Quality of
Agricultural Land in Ukraine ……………………………………………….. 231
10.3.3. The Method of Land Estimation Proposed by V.V.Medvedyev
and I.V.Plisko ………………………………………………………………. 232
10.3.4. Our Proposal for Soil and Land Value Grades Composition ….. 236
Literature …………………………………………………………………… 238
9
PREFACE
The methods described in this manual are those most frequently used in the
practice of soil analysis in Ukraine. The aim of the book is to help the undergraduate
students, majoring in Agronomy (including Agrochemistry and Soil Science major)
and Agroecology to fulfill bachelor’s degree programs in soil science. It may prove
especially useful for students who plan to engage in professional work requiring more
soil science than is included in the core curriculums in agriculture and ecology, and
for students who plan to do graduate study in soil science.
The methods described in this manual are documented by the former Soviet or
present-day Ukrainian standards, and some of them are in harmony with the ISO.
It is supposed to be a training manual more than a reference-book for the
specialists, so the methods in it are described in enough detail and explanation of
theory to satisfy the interests of teaching and self-preparation. We expect it to be of
especial value for the Ukrainian students taking their soil science course in English.
INTRODUCTION
SAMPLE COLLECTION AND PREPARATION
The purpose of any soil sample is to obtain information about a particular soil
and its characteristics. Sampling provides a means to estimate the parameters of those
soil characteristics with an acceptable accuracy at the lowest possible cost.
Soil variability and sample size are interferences to sample collection and
preparation. Soil material needs to be adequate in amount and thoroughly mixed in
order to obtain a representative sample.
Different disciplines and fields of research have their own regulations for
sample collection and preparation. This pertains to classical soil analyses requested
by soil survey, agrochemical procedures of soil research, soil microbiology and so on.
We shall confine our presentation here only to laboratory preparation of soil samples.
The objective of laboratory preparation is to homogenize the soil samples that
are used in chemical, physical, and mineralogical analyses. These analyses are
generally determined on the fine-earth (< 1 mm) fraction that has been air-dried (up
to 30°C) to a constant weight. Drying requires 4 to 7 days. In Ukrainian laboratory
practice it is customary to spread the soil sample (500-1000 g) as a thin layer on the
sheet of carton and dry it up in a clean and dry room, with no direct sun light, where
the air does not contain dust and gases (NH , HCl, etc.).
3
In addition to laboratory preparation for bulk samples, undisturbed soil clods
that are used to determine some physical properties, e.g., bulk density and aggregate
porosity, also are processed.
To determine the skeletal part of the soil the sample after drying is weighed on
electric balance. Large clods are broken to pieces by hands. Roots, inclusions, and
new formations (concretions) are assiduously taken out and collected separately.
From the sample prepared in this way, subsamples are taken for the determination of
10