關鍵概念
地質學
持水能力
土壤型別
引言
在夏天，您可能會在花園裡看到色彩繽紛的花朵、新鮮的西紅柿和美味的漿果。但是誰在給它們澆水呢？也許您想知道它們是否獲得了足夠的水——或者太多的水。它們應該每天澆水、每天兩次還是每週一次？應該浸透還是經常少量澆水更好？不幸的是，沒有通用的規則，因為很大程度上取決於土壤的型別。在這個科學活動中，您將透過使用容易獲得的廚房替代品代替泥土，來了解土壤可以保持多少水分。一旦您理解了一些基本原理，您應該能夠更好地解決明智澆水的實際問題。
背景
一些專家聲稱，美國居民每天在戶外使用數十億加侖的水。給花園澆水是其中一個原因。為什麼明智地給花園澆水以保護植物和避免浪費如此困難？
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理想的澆水計劃（您應該澆多少水以及澆水的頻率）很大程度上取決於土壤可以保持多少水分。如果土壤無法保持水分，則需要頻繁少量地澆水。對於可以保持水分的土壤，較少頻率的大量澆水計劃更好。
有兩個因素在決定土壤的持水能力方面起著重要作用：其結構——或土壤中顆粒的大小——以及存在的有機物質的量。有機物質指的是分解的植物和動物材料。水喜歡依附在有機物質上，因此混合到土壤中的有機物質越多，保水性就越好。在土壤結構方面，對於相同的土壤體積，較小的顆粒具有更大的表面積，這意味著水可以粘附的面積更大。這項活動將用不溶的幹食品來檢驗這個想法。將食物磨碎是否可以讓相同體積的物質保持更多的水分？一旦您將您的“土壤”進行了測試，請閱讀結論，並檢視“更多探索”部分中的連結，以瞭解如何將其應用於您花園中的土壤。
材料
紙巾或廚房毛巾，以在發生溢位時保護您的工作區
四個相同的玻璃杯（最好開口較窄，以便錐形咖啡過濾器可以放在裡面）
三個乾淨的錐形紙質咖啡過濾器
三分之一杯量杯
三分之二杯幹米飯、米飯粉（或粗磨米飯）和米粉（或細磨米飯）（或者，您可以使用幹玉米粒、玉米粉和玉米麵粉；或穀物漿果、碾碎的幹小麥和麥粉。）
一位助手
水
可以容忍少量液體濺出的工作區
紙和筆（或鉛筆）
塑膠咖啡過濾器錐（可選），可以固定您的紙質過濾器並幫助防止溢位（可選）
廚房秤（可選）
準備工作
用一些紙巾或廚房毛巾保護您的工作區
開啟一個咖啡過濾器，讓它放在玻璃杯的開口處。對另外兩個過濾器和玻璃杯重複此操作。您將剩下一個玻璃杯。
如果您有咖啡過濾器支架，請使用它們，特別是對於幹米飯。它們將有助於防止溢位。
在第一個過濾器中加入三分之二杯幹米飯。
在第二個過濾器中加入三分之二杯米飯粉。
在最後一個過濾器中加入三分之二杯米粉。
步驟
如果您有廚房秤，請一次稱量裝有乾燥物質的過濾器。寫下您的測量結果。
觀察這三種物質：幹米飯、米飯粉和米粉。它們有哪些相似之處和不同之處？
稍後您將把水倒在這些物質上。您認為哪一種可以保持更多的水分？您如何測量它可以保持多少水分？
將三分之一杯水倒在幹米飯上。在您這樣做之前，請讓助手扶住過濾器，以免翻倒和溢位。如果您有咖啡過濾器支架，它也可以完成這項工作。
重複上一步，現在將三分之一杯水倒在米飯粉上，然後再倒在米粉上。觀察發生了什麼。水是否滲過這些物質？為什麼會發生這種情況？
水受到重力向下拉。在這三個裝置中，為什麼水在這三種情況下不會以相同的方式滲出？
在每種物質上再倒入三分之一杯水。小心，過濾器可能會翻倒。您認為這次會滲出更多還是更少的水？
在最後一個玻璃杯中倒入三分之二杯水，並將其放在其他玻璃杯旁邊。這個玻璃杯如何幫助您發現哪種物質可以保持最多的水分？
大約五分鐘後，比較一下有多少水流過玻璃杯中的物質。您的第四個玻璃杯顯示了您倒在物質上的水量。哪個玻璃杯的水最多？如果有些玻璃杯中的水較少，水都去哪裡了？
如果您有廚房秤，請稱量每個裝有溼物質的過濾器的重量。測量結果與第一步中測量的乾燥物質的質量不同嗎？哪些樣本增加的質量最多？這些額外的質量來自哪裡？
額外內容：如果您有堆肥，您可以測量新增堆肥如何影響土壤的持水能力。例如，您可以建立一個 1:2 的堆肥-米飯粉混合物，即每兩勺米飯粉新增一勺堆肥，並使用本活動中描述的方法將該混合物的持水能力與純米飯粉的持水能力進行比較。
額外內容：您能測量您花園或花盆中土壤的持水能力嗎？從花園或花盆中取一個乾燥的土壤樣本。如果土壤是溼的，您需要先讓它乾燥再進行測試。將土壤弄碎，使其鬆散成粒狀，然後執行本活動中的測試。三分之二杯土壤可以保持多少水分？如果在澆水週期中，您向該土壤新增更多的水會發生什麼？您應該讓土壤完全乾燥後再重新澆水嗎？這會如何影響您的澆水計劃？
額外內容：地質學家將土壤分為三種主要型別：沙土、粉土和粘土。粘土的顆粒最小；您可能需要顯微鏡才能看到它們。其次是粉土，然後是沙土。您期望哪種型別的土壤最能保持水分？如果您可以找到這些型別的土壤的小樣本，請用它們重複實驗以測試您的預測。
觀察和結果
幹米飯是否幾乎無法保持水分，而最小的研磨物保留了最多的水分？
水向下流動是因為它受到重力的拉動。水需要一個表面來依附，以便克服重力並留在樣品中。您研磨物質的次數越多，物質中的顆粒就越小——水可以依附的總表面積就越大。
土壤不僅在顆粒大小上有所不同，而且在稠度（或構成它們的材料）上也有所不同。儘管如此，顆粒大小在決定土壤可以保持多少水分方面起著重要作用。沙質土壤的顆粒較大；它不能保持太多水分，需要頻繁少量地澆水。粉土的顆粒較小；其持水能力是大多數植物的理想選擇。粘土的顆粒非常小，因此它可能會保留過多的水分，導致植物腐爛。
向土壤中新增有機質（分解的植物和動物材料）不僅會增加其養分含量，還會提高其持水能力。
清理
您的樣品和過濾器可以放入堆肥箱。用剩下的水澆灌您的植物。
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本活動由科學夥伴合作推出
