关键概念
地质学
持水能力
土壤类型
引言
在夏天，您可能会在花园里看到色彩缤纷的花朵、新鲜的西红柿和美味的浆果。但是谁在给它们浇水呢？也许您想知道它们是否获得了足够的水——或者太多的水。它们应该每天浇水、每天两次还是每周一次？应该浸透还是经常少量浇水更好？不幸的是，没有通用的规则，因为很大程度上取决于土壤的类型。在这个科学活动中，您将通过使用容易获得的厨房替代品代替泥土，来了解土壤可以保持多少水分。一旦您理解了一些基本原理，您应该能够更好地解决明智浇水的实际问题。
背景
一些专家声称，美国居民每天在户外使用数十亿加仑的水。给花园浇水是其中一个原因。为什么明智地给花园浇水以保护植物和避免浪费如此困难？
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理想的浇水计划（您应该浇多少水以及浇水的频率）很大程度上取决于土壤可以保持多少水分。如果土壤无法保持水分，则需要频繁少量地浇水。对于可以保持水分的土壤，较少频率的大量浇水计划更好。
有两个因素在决定土壤的持水能力方面起着重要作用：其结构——或土壤中颗粒的大小——以及存在的有机物质的量。有机物质指的是分解的植物和动物材料。水喜欢依附在有机物质上，因此混合到土壤中的有机物质越多，保水性就越好。在土壤结构方面，对于相同的土壤体积，较小的颗粒具有更大的表面积，这意味着水可以粘附的面积更大。这项活动将用不溶的干食品来检验这个想法。将食物磨碎是否可以让相同体积的物质保持更多的水分？一旦您将您的“土壤”进行了测试，请阅读结论，并查看“更多探索”部分中的链接，以了解如何将其应用于您花园中的土壤。
材料
纸巾或厨房毛巾，以在发生溢出时保护您的工作区
四个相同的玻璃杯（最好开口较窄，以便锥形咖啡过滤器可以放在里面）
三个干净的锥形纸质咖啡过滤器
三分之一杯量杯
三分之二杯干米饭、米饭粉（或粗磨米饭）和米粉（或细磨米饭）（或者，您可以使用干玉米粒、玉米粉和玉米面粉；或谷物浆果、碾碎的干小麦和麦粉。）
一位助手
水
可以容忍少量液体溅出的工作区
纸和笔（或铅笔）
塑料咖啡过滤器锥（可选），可以固定您的纸质过滤器并帮助防止溢出（可选）
厨房秤（可选）
准备工作
用一些纸巾或厨房毛巾保护您的工作区
打开一个咖啡过滤器，让它放在玻璃杯的开口处。对另外两个过滤器和玻璃杯重复此操作。您将剩下一个玻璃杯。
如果您有咖啡过滤器支架，请使用它们，特别是对于干米饭。它们将有助于防止溢出。
在第一个过滤器中加入三分之二杯干米饭。
在第二个过滤器中加入三分之二杯米饭粉。
在最后一个过滤器中加入三分之二杯米粉。
步骤
如果您有厨房秤，请一次称量装有干燥物质的过滤器。写下您的测量结果。
观察这三种物质：干米饭、米饭粉和米粉。它们有哪些相似之处和不同之处？
稍后您将把水倒在这些物质上。您认为哪一种可以保持更多的水分？您如何测量它可以保持多少水分？
将三分之一杯水倒在干米饭上。在您这样做之前，请让助手扶住过滤器，以免翻倒和溢出。如果您有咖啡过滤器支架，它也可以完成这项工作。
重复上一步，现在将三分之一杯水倒在米饭粉上，然后再倒在米粉上。观察发生了什么。水是否渗过这些物质？为什么会发生这种情况？
水受到重力向下拉。在这三个装置中，为什么水在这三种情况下不会以相同的方式渗出？
在每种物质上再倒入三分之一杯水。小心，过滤器可能会翻倒。您认为这次会渗出更多还是更少的水？
在最后一个玻璃杯中倒入三分之二杯水，并将其放在其他玻璃杯旁边。这个玻璃杯如何帮助您发现哪种物质可以保持最多的水分？
大约五分钟后，比较一下有多少水流过玻璃杯中的物质。您的第四个玻璃杯显示了您倒在物质上的水量。哪个玻璃杯的水最多？如果有些玻璃杯中的水较少，水都去哪里了？
如果您有厨房秤，请称量每个装有湿物质的过滤器的重量。测量结果与第一步中测量的干燥物质的质量不同吗？哪些样本增加的质量最多？这些额外的质量来自哪里？
额外内容：如果您有堆肥，您可以测量添加堆肥如何影响土壤的持水能力。例如，您可以创建一个 1:2 的堆肥-米饭粉混合物，即每两勺米饭粉添加一勺堆肥，并使用本活动中描述的方法将该混合物的持水能力与纯米饭粉的持水能力进行比较。
额外内容：您能测量您花园或花盆中土壤的持水能力吗？从花园或花盆中取一个干燥的土壤样本。如果土壤是湿的，您需要先让它干燥再进行测试。将土壤弄碎，使其松散成粒状，然后执行本活动中的测试。三分之二杯土壤可以保持多少水分？如果在浇水周期中，您向该土壤添加更多的水会发生什么？您应该让土壤完全干燥后再重新浇水吗？这会如何影响您的浇水计划？
额外内容：地质学家将土壤分为三种主要类型：沙土、粉土和粘土。粘土的颗粒最小；您可能需要显微镜才能看到它们。其次是粉土，然后是沙土。您期望哪种类型的土壤最能保持水分？如果您可以找到这些类型的土壤的小样本，请用它们重复实验以测试您的预测。
观察和结果
干米饭是否几乎无法保持水分，而最小的研磨物保留了最多的水分？
水向下流动是因为它受到重力的拉动。水需要一个表面来依附，以便克服重力并留在样品中。您研磨物质的次数越多，物质中的颗粒就越小——水可以依附的总表面积就越大。
土壤不仅在颗粒大小上有所不同，而且在稠度（或构成它们的材料）上也有所不同。尽管如此，颗粒大小在决定土壤可以保持多少水分方面起着重要作用。沙质土壤的颗粒较大；它不能保持太多水分，需要频繁少量地浇水。粉土的颗粒较小；其持水能力是大多数植物的理想选择。粘土的颗粒非常小，因此它可能会保留过多的水分，导致植物腐烂。
向土壤中添加有机质（分解的植物和动物材料）不仅会增加其养分含量，还会提高其持水能力。
清理
您的样品和过滤器可以放入堆肥箱。用剩下的水浇灌您的植物。
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本活动由科学伙伴合作推出
