Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ВЛИЯНИЕ МЕЖАГРЕГАТНОГО И ВНУТРИАГРЕГАТНОГО УПЛОТНЕНИЯ НА ВОДОУДЕРЖИВАЮЩУЮ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВЫ

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ МЕЖАГРЕГАТНОГО И ВНУТРИАГРЕГАТНОГО УПЛОТНЕНИЯ НА ВОДОУДЕРЖИВАЮЩУЮ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВЫ"

А -Х96М

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОШЕРЫЖОЯ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В.ЛОМОНОСОВА

ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи . УДК 631.43

РЕГАК МИШ

ВЛИЯНИЕ МЕЖАГРЕГАТНОГО И ВНГГРИАГРКГАТНОГО УПЛОТНЕНИЯ "НА'ВОДРУДЕРЯШАВДШ СПХОШОСТЬ. ПОЧВЫ

Специальность 03.00,27 - почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 1990

Работа выполнена на кафедре физики и меллораиии факультета почвоведения Московского государственного верситета имени М.В.Ломоносова.

Почв уни-

ИаучкыК руководитель: кандидат (Зоологических наук,

старший научный сотрудник у . H.H. Ьереэин

Официальные оаоненты: доктор биологических ц^ук

'Я.А, Начзиский кандидат биологических наук И.В. Кузнецова

Ведущее учреждение: Украинский научно-исследовательский

институт почвоведения и агрохимии иш А.Н. Соколовского

Зс-^ита сост( '.с " 9 " п^то^ря Т9Э0г, в 15 час. оО шш.

; . . Бета К 0S3.U5.I6. в ЮТ

ие горы, М1У, факультет so' библиотеке факультета

гября 1Э30г.

- ; . : ■■. обсуздении диссерташи на

■ - .'С . й'Зта а отзыва на авторефе-

.. * - ~ • - - ■(. - править по адресу: j» . -я, Ш\ факультет лочво-

и do важного совета ¿c^Jpt^^ bio ту зова

Актуальность темы. Интенсификация сельскохозяйственного производства, усиление технологических нагрузок механического, химического, биологического и водного характера при несоблюдении основных правил агротехники неблагоприятно сказывается на физическом состоянии почв. Комплекс физических свойств определяет функцию почвы как объекта технологических воздействий и среды обитания почвенной 0йоты, растений в том числе. Это позволяет■говорить о физических свойствах почвы как ох -митирующем факторе почвенного плодородия. Практически этот комплекс определяется особенностями порового пространства в условиях многообразного варьирования природных и антропогенных факторов внешнего воздействия,

. Детальное изучение изменения порового пространства под действием уплотнения и его влияния на водоудердаюащую способность и структурные свойства необходимо для дальнейшего развития, иредставлений. о механизме формирования физической основы почвенного плодородия и прогноза его изменений.

Цель работы. Оценка влияния межагрегатного и внутриагре-гатного уплотнения на водоужерсивающую способность и общее физическое состояние почв.

Задачи исследований. I) изучить изменение структуры парового пространства под действием уплотняющих нагрузок;

2) изучить влияние ыежагрегатного ц внутриагрегатного уплотнения на гидрофизические свойства почв.

Объекты исследования. Черноземы и черноземные почвы занимают значительные плошади как на территории Советского Союза, так и Чехо-Словакии. На этих почвах получают значительна доли сельскохозяйственной продукции. Эти почвы по своей природе

обладают благопршЗгныш щвания сельскохоз-

; ;о;к, сельскохоз ачадемж,

явственных культур и прежде всего, хорошо развитой структурой. Разрушение структуры, черноземов приводит к резкому снижению их плодородия. Это обстоятельство послужило причиной выбора черноземных почв з качестве объектов исследования.

Научная новизна,, Получена комплексная количественная характеристика агрофизических свойств пахотных горизонтов трех черноземных почв, находящихся в различных условиях сельскохозяйственной эксплуатации и дана количественная оценка их по-'теныиальной и актуальной слитоств. ¿¡а основе результатов модельного опыта установлены определенные закономерности изменения порового пространства и структурно-функциональных свойств под действием уплотняющих нагрузок.

Практическая ценность. Дана характеристика современного физического состояния пахотных горизонтов черноземных почв в различных условиях сельскохозяйственной эксплуатации. На основе полученных результатов могут быть разработаны рекомендации но оценке и улучшению ах физического состояния. Данные исследования позволяют на основе количественных характеристик структуры порового пространства прогнозировать изменение физического состояния почв под действием уплотняющих нагрузок.

Апробация работы. Диссертация рассмотрена а рекомендована к защите на заседании кафедры физики и мелиорации почв факультета почвоведения ЮТ.

Публикации, Но теме диссертации опубликовано 2.работы, одна статья находится в печати.

Объем работы. Диссертация состоит, из введения, ^"глав, выводов, приложения, содержит странна машинописного текста, ЪО рисунка, ¿Гтаблиц. Список литературы включает/¿/наше-аовадяй, в том числе иностранных.

Глава I. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И НАПРАВЛЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования изменения физического состояния цочб под действием уплотнения проводятся практически зо всем мире (Бондарев, Кузнецова, Медведев, Gué'rif „ Hailairs , Papy , Feteikau. и др.). Уплотнение ухудшает водные, воздушные, ге- ' пловые и связанные с ними технологииесяна свойства, Повншэние плотности сложения почвы происходит за счет уменьшения аорозо-го пространства почвы. Снижается доступность влаги растениям, сужается диапазон активной влаги, увеличиваются- непродуктивные потери, повышается опасность эрозионных процессов О'ткае-ва, Guérif )• Потери урожая могут достигать 10-50$.и больше. Отрицательное влиянве уплотнения может сохранятся и в течение нескольких лет (Медведев,, Мелу a, Kassiussen )е

.Энергетический подход к количественной оценке структуры порового пространства (Воронин, Березян, Шеин) позволяет оценить изменения и осуществлять прогноз основных параметров порового пространства: удельных объемов пустот - пористости текстурной, общей, трещиноватооти и занятых водой - под действием природных и антропогенных факторов внешнего воздействия. Этот подход использован в данной работе для исследования влияния-межагрегатного и внутриагрегатного уплотнения на водоудеркива-ющую способность почв.

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ«

Объекты исследования. В качестве объектов исследования были выбраны пахотные горизонты трех черноземных почв, находящихся в различных условиях сельскохозяйственной эксплуатация: лу-; гово-черноземная почва из Чехо-Словашш, находящаяся в зерновом

севообороте о^з орошения и чернозем шныи (Одесская область), находящий!са в зерновом собообороте без орошения и под лесополосой сороколетнего возраста, практически в условиях залежи.

{.¡етодь* к с следования. Б процессе работы основное внимание было уделено изучения структурно-функциональных характеристик и порового пространства. Исходные определения включали; гранулометрический- (¿ерезкн, 1967) к агрегатный составы (Ваданина, Корчагина, 1973), химические и физнко-хшкческие свойства ЧАринушшка, 1970), основные параметры поверхности твердой фазы и порового-пространства (Воронин, 1384; лерезин и др., 1965),■ основная гидрофизическая характеристика (Воронин, 1984), пористость агрегатов разных размеров и кривые хода свободной усадки агрегатов (Церезин, 1387). 11а основе характеристики ис- . ходного состояния почв был построен модельный опыт по уплотнению статической штамповой нагрузкой при исходной влачено с ти 25$ и *0/ь в интервале-нагрузок 2Q-200 alla. После уплотнения были определены следующие параметры: пористость общая, фрагментов и текстурная (¿врезан и др., 1965), коэффициент фильтрации (Зайдельман, 1931), кшллярно-сорбгшонный потенциал (Воронин, 1у8о), ненасыщенная гидравлическая проводимость (Глобус, I9Ô9) а распределение пор по их эквивалентному радиусу ио Жюрену. flo епбшальноыу алгоритму (Березни, Макурин, 198?) на основе экспериментальных данных были рассчитаны диаграммы' структуры порового пространства ц сделана оценка дотвнииальной и актуальной слито с та по. спешальной оценочной шиле (Березин, 1990).

Глава ИСХОДНОЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ШСЛЕДУЖЬЦ ПОЧБ.

o.I. Структура исследуемых почв на уровне гранулометрического,

Miu-poarpera-iiiore ja агрэгаткого со^авс.ь.

3.1 Л. Гранулс>;втрт-эcickíí а ™нксоагейга^khí: состав.

По классификации гоййулоьигр^часкоро состава, дрздлотн-иой Н. А. Качияскэм ÍÍS53; йооледу дочзк относятся к -гякэлда суглинкам, крупкоднлеаато-н;;.оза-гь^д. Lb сгрехчдзакой жале SIMA (Воронин, 1986) кочвн относятся к тдеsato-г,л1шкстда На основе вероятностных хар&хтеристк* гранулометрического состава Цзэрезш,. 138?? дочек отеосятся к сугдгщ&ам ^якэдам, ;?рт-бокодлоыдиш» тонкозернистым, алайоотссртиров&нвш,, Исслздуе-ыые почвы блнзки кеаду собой по содергаккю отдельных фракций К&абд. I).

Дугово-черноз¿иаач ночза м чернозем шный (лесополоса) обладают хорошими агрегнрующшла связама, о чаи самдетедъсгвует процентное содерзанае фракций но результатам мшфоагрвгатного состава. Содержание фракции ^-0,25 мм 46,22 и 52,2^, хруаной пыли 26,4% и 22„£tó, сродней и ыелдой.яыдн примерно oí я % к ала около соответственно. Чернозем юшшй taasa) содерии только фракции »0,25 ш, почти крупно2 шлк, среднзй а мелкой пыли около % и 1,7$ ада.

Анализ микроструктура под действием ультразвука- покагаа, что прочность макроструктуры убывает з раду:' чернозем зжкн.4 (лесополоса) - лугово-черноэемная почва - чернозем юкаый .'.доле зернового севооборота).

3.1.2. Агрегатный состав.

Данные сухого и мокрого просеивания но Саввшову дополняют результаты анализа микроструктуры под деАствием ультразвука, На основе результатов сухого оросаяаания бил рассчитан коэффициент структурности tí (Бадршша, Корчагина, 1У73), который

Таблица I

Распределение частиц з зависимости от времени обработки ультразвуком 80 кГц.

Диссерга- Содер;£акиз, размер фракций, ш

ШИ, мин. >0,20 ■ 0,25- од- 0,05- 0.01- 0,005- '0,001

-0,1 -0,05 -0,01 -0,005 -0,001

Лугово-черноэеьшая почва, Ад 10-30 см

а 46,2 II,7 1,5 1 3,9 3,9

2 24,0 9,8 30,о 5,5 12,1 11,5

5 12,2 2,8 II,о ¿¡3,6 7,4 14,5 17,9

'10 11,5 1,3 14,0 2Й.9 Сп с» о, 2 17,2 25,9

20 4,0 4,0 12,2 5,1 17,4 27,6

¿0 1,2 > ^ 10,7 32,1 5,9 19,4 26,2

Чернозем южный (поле), Ад 10-30 см

0 18,0 22,0 6,9 44,5 2,6 .4,3 1,7

2 1.& •0,8 4,8 44,7. 10,9 22,9. 14,5

1.2 0,6 2,2 42,0 5,4 22,7 25,8

10 1,5 0,3 2,0 38,9 7,2 22,0 28,1

2,0 0.2 2,0 '38,5 ■ 7,9 19,8

за Г,2 0,5 2,9 38,2 С,7 20,6 30,1

Чернозем шкы11 (лесополоса), А^ 10-ЗС см

0 52, 2 9,0 о,3 22,8 5,0 2,3 5,4.

2 3, 8 3,7 37,5 6,9 П.4 10 Д

5 ¿,8 п О ~»" О О 42,8 9,7 ид; 18,2

10 5,5 0,5 2Д 41,3 7,3 16,7 25,1

20 1.7 3,3 5,2 40,2 ?,7 15,0 29,9

' 33 1.7 0,5 3,0 40,6 7,7 17,5 29,0

- ? -

тем вше, чем почва лучше оструктурена. Самый высокий коэффициент структурности у почвы из лесополосы СК ® 2,27). затек следует лугово-чернсаемная почва 'К - и наконец чернозем

шмый - поле зернового севооборота (й - 0,55).

Оценка водопрочности почвенной структуры по шкале Саввино- ' ва приводилась по результатам мокрого просеивания, Лугово-черноземная почва и чернозем южный (.лесоаолоса) обладает хорошей водопрочноетью структуры. Водопрочнооть структуры черкозеад п-иого (поле! оценивается как недостаточно удовлетворительная,.

3,2. Пористость агрегатов и ее изменение при иссушении, о.2.1 Пористость сухих, агрегатов разных размеров*

Многоступенчатое строение почвенной.структуры обусловливает зависимость пористости агрегатов от их размеров. Самая юная пористость агрегатов в воздушно-сухом состоянии у луго-во-черноземной почвы и чернозема шного (поле). У этих лочв пористость агрегатов мало зависит от юс размера и во всем диапазоне структурных отдельностей она практически одинакова. Самая высокая пористость у чернозема шного (.лесополоса), где можно отметить-четкую зависимость возрастания пористости агрегатов от их размеров (рис. I).

Стабильная структурная пористость (дф) рассчитывается как разница пористости крупных агрегатов (комков) и текстурной пористости. 1 почвы из лесополосы самая высокая стабильная структурная пористость - 0,12 см°/г, что показывает на хорошую оструктуранность и физическое состояние почвы, которое характерно для почв в естественных условиях без существенного антропогенного воздействия. Остальные две почвы - лугово-чирно-земная и чирнозем хшшй (поле зернового севооборота) обладают

незлОЙ стабильно;: структурной аорастсстью 1 которая составляет 0,СЗ н 0,05 см^/г соответственно4 что покагкв.аз? яа преобладание. процессов слитосте к это свойство характерно для почв, аспых'ывагадх повышенные технологкческие кагруейи.

40 Г В

л ж

о

20

20

•р . о

§ 10

и

15)

а .

-о В

« А

10

20

30 40 50 Размер агрегатов, мм

Рио. I Зависимость пористости агрегатов от их разменов.

A) лугово-черноземная почва,. Б) чернозем южный (поле),-

B) чернозем кжный (лесополоса).

3.2,2. Кривые хода свободной усадки агрегатов.

. Оценку зависимости текстурной пористости или пористости -агрегатов 2-5 мм (аерезш, 1987; Сг1иа1сИ , 1936).от влажнос-гб в диапазоне от предела текучести, когда поровое цроотрая-стзо практически полностью насыщено водой, до воздушно-сухого состояния, которое соответствует пределу усадки до текстурной дсристостк кеяке получить с псыосцт кржьн свободной ускдкк агрегатов,

¿1оте начальную небухаемость почв оценивали по величине коэф-

фициента свойодной усадки агрегатов (Ка), который рассчитывается иэ экспериментальных данных по формуле (Березин, 1990):

0Пр - предел усадки по текстурной пористости, 0Е - предел набухания. Коэффициент хода свободной усадки агрегатов является весьма характерной величиной: при его возрастании увеличивается способность аочвы к проявлению усадочных явлений; лрг его снижении улучшается структурные показатели. В исследуемых нам почвах Кц колеблется у лугово-черноэемно& почвы в пределах 0,49-0.74; в черноземе южной (поле) от 0,49-0,64 и в черноземе с*ном (лесополоса) от 0,44-0,54.

' кривые хода свободной усадки агрегатов рассчитываются из экспериментальных данных по формуле;

Каждая нэ кривых - свободной усадки агрегатов определена иэ 25-00 определений и'Н& рис. 2 представлены усредненные кривые.

3.2.3. Основная гидрофизическая характеристика.

Дня полной характеристики исследуэмых объектов была определена полная кривая водоудерживания (Воронин, 1984). В области высоких йлажностей были определены кривые аодоудзрживания для почвы в ненарушенном состоянии и для агрегатов диаметром 1-2, 2-3, 3-5» 5-7 и 7-Ю мм.

Следует отметить, что четкой закономерности поведения воды в агрегатах различного диаметра не наблюдается. Общий вид кривых основной гидрофизической характеристики (ОГХ) лугово-

s где

D

О- удельный'объем текстурного норового пространства, ¡Акт-1, W- влажность, м^.кг-1.'

Рис, 2 Серия кривых свободной усадки агрегатов.

A) лугово-чераоземкая почва, о) чернозем южный (поле),

B) чернозем юшшй (лесополоса),

-черноземной почвы и чернозема шного (поле) практически одинаковый, что связано с низкой текстурной пористостью агрегатов !! ш. усадочкостью и кривые ОГК смещены в сторону низких влаж-ностейо Хорошая микро в ыакроагрегировакность чернозема южного (лесополоса) приводит к более высокому содержании воды и кривые 0ГХ смещена а сторону высоких вдажностей {рис. 3).

3.3. ¿¡шмческне м физико-хммическае свойства.

Относительно высокое содержание гумуса наблюдается в чер-

1(Р " ~

И5 10»

яЛ и*

1С*

А)

1—^У- — 6

5—МЛл

2— :—* »-3

0,1 е,г

ЧМ* ЧМ рт й*

10* ю*

в»2

101 и а

0.1 0,1 0.1 0,4 0,9

Рис. 3 Основная гидрофизическая характерно тика,

А) лугово-чернозеииая почва £) чернозем кшшй (поле) В) чернозем шныЗ (лесополоса) Диаметр агрегатов: .1)' 1-2 ш, 2) 2-3 ш, 3) ¿-5 ш, £-7 ш, 5) 7-10 ш,. 6) ночо-шт.

нозем« гешсм (лесополоса), который находится практически в условиях залеаи в лугово-черноземной почве 3,53а и самое низкое содержание гумуса в черноземе южном (поле зернового севооборота) 2,б7>». Но остальным свойствам' исследуемые почвы примерно одинаковы. рН колеблется а пределах от 7,0-8,0. Почвы насыщены Са а Мд . Ййкость катионного обмена (ЕКО) колеблется в лределах от 39,1 до 45,0 мг-экв/ЮО г почвы.

3.4,. Характ е рис тике поверхности твердой фазы и порового пространства.

Плотность твердой фазы всех трех почв находится в пределах 2,55-2,62 г/Ъ'Л> По величине удельной поверхности, как оощей; так и внутренней и внешней почвы незначительно отличаются, что соответствует результатам гранулометрического состава. Величина поверхностной энергии у лугово-черноземной почвы несколько иовш;ана .<99,1 да/кг) по сравнению с швдаи черноземами '.74,1.-75,3 дж/кг). '*

К основным характеристикам, по которым оценивается поро-вое пространство относятся: предел усадки по текстурной пористости < ВДрЗ, стабильная структурная пористость Iдй) и коэффициент хода свободной усадка агрегатов (Ка).

Характеристики поверхности твердой фазы и норового пространства, приведенные в табл. 2 были в дальнейшем использована при расчетах дааграш структуры норового пространства.

Глава ЩЦВЛЬШй ОПЫТ ПО УПЛОТНЁН®.

4.1* Изменение порового пространства прд уплотнении.

Изучинке влияния уплотнения на норовое пространство почвы .

Таблица 2

Структурно-энергетические характеристики поверхности твердой

■ фазы и лорового пространства.

Почва, горизонт, глубина, см

--------- Лугово- чернозем- нал Ад 10-30 Чернозем шшый (поде) Ад 10-30 л' Чернозем ГО-'ШЫЙ (лесополоса) Ах Ю-оО

Плотность твердой фаза,^£, г/си3 2,55 2,62 2,62

Поверхностная проводимость до раствору КС1 0,2659 0,2007 0,2033 •

Поверхностная энергия твердой фазы, Е, да/кг 99,1 75,3 74,1

Кощчество адсорбированной водн,^а, пЛО-5 мЧкг-1 4,77 5,26 4,31

Предел усадки по текстурной пористости, 0Пр, Ю-5 м3.кг~* 15,41 19,94 26,92

Стабильная структурная пористость, дф, п.КГ5 м^.кг-1 2,80 4,95 11,65

Коэффициент хода свободной усадки агрегатов, Ка 0,74 0,64 0,52

Общая удельная поверхность почвы.Б пол, м2.г~х 93 101) 99

Внешняя удельная поверхность почвы,5Бнеш, м2.г'1. 79, 85 75

Внутренняя удельная поверхность почвы, 5 внуТр. м^г"1 14 21 24

- и -

является одним из основных направлений исследований советских и зарубежных ученых iКузнецова, 1984; Уткаева и др., 1986; üuírif , 1982; l-otelküu , 1984; Grimaldl „ 198o И др.). В нашей работе проведены опыты но изучению влияния уплотняющих нагрузок в диапазоне.20-200 кИа на состояние порового пространства о<3 раз нов, составленных из выделенных агрегатов о-5 мм, ори повышенной исходной влажности (40^) и при влажности "физической спелости" (2й(£). Цолученные уплотненные до разной степени образны с различным состоянием порового пространства использовали яри изучении влияния структуры порового пространства на водоудершшающую способность и общее физическое состояние почв.

В указанном диапазоне влажности уплотнен*« происходит в Фбеих вариантах за очет маж&грегатной пористости, что отмечается и другими авторами (Нагачевская, 1989; Guérií , 1982).

При уплотнении наблюдается вполне определенная тенденция. Цри влажности 2Ы, что примерно соответствует влажности "физической спелости", почвы чувствительны к уплотнению в следующем ряду; чернозем вкный (поле зернового севооборота}»-дуго-во-чарноземиая почва чернозем шыый (лесополоса), 06 этом свидетельствует каждой кривых зависимости общей пористости с учетом третий (Фт> и общей пористости (®> от нагрузки. У первых двух почв наклон кривых крутой, у почвы из лесополосы более пологий.

11ри повышенной исходной влажности UÚ.í) м«жагрегатная пористость уменьшается в той же последовательности. Б первых двух почвах Мйяагрегатная пористость становится практически постоянной при нагрузках ^0-80 tóle.. У чернозема южного (лесополоса) это происходит при нагрузке 100 кЛа.

Пористость крупных фрашентов после уплотнения при влажности самая низкая в черноземе южном (поле) - 0,21 см0/г, что уже близко к текстурной пористости. Затем следует лугово-черноземная почва - 0,24 см^/г. Б черноземе южном (лесополоса) пористость крупник фрагментов составляет у,35 ш°/г.

При влажности уплотнения 2Ь% величины пористости фрагментов лугово-черноземной почвы и чернозема юаного (поле) примерно одинаковы - 0,2о см^/г и в черноземе южном из лесополосы

* .

пористость фрагментов составляет 0,3S см^/г.

Текстурная пористость агрегатов 3-5 мм после уплотнения практически не изменилась и осталась на уровне исходного состояния но всем вариантам, что наблюдалось и другими авторами. (Натачавекая, 1989; Guérif • 1982), а'в отдельных вариантах наблодазтея тенденция к некоторому относительному ее увеличению.

tía основе детального капиляриметричвского измерения в области высоких влажностей были определены кривые распределения пор по их эквивалентному радиусу в зависимости от уплотняющей нагрузки. Распределение имеет вполне определенную зависимость. О повышением нагрузки уменьшается удельный объем, занятии порами эквивалентного радиуса больше 10 мкм с возрастанием доли текстурногЬ порового пространства (поры размером XU мкм).

üpu влажности «¿5* лугово-черноэемная почва и чернозем южный (поле зернового севооборота) имеют примерно одинаковый характер распределения пор. У. чернозема шного (лесополоса) удельные объемы пор примерно в два раза больше, что говорит о хорошем структурном состоянии ятой почвы.

При влажности уплотнения -¿О/ распределение нор при нагрузке 120 и 200 Kila имеет одинаковый характер у всех трех почв, Цри нагрузке 40 кЦа повышено содержание пор ?» 10 мкм у

- íti -

D / ® ■I.ür

0,5

I.Or

o, a

i.o

Ú,Ü

A)

Б)

Исходная влажность: о - 25% Х- 4£#

В)

100 200 N. кПа

Рис. 4 Зависимость доли (О / Ф ) -текстурных пор в общем

объеме норового пространства от величины уплотняющей нагрузки (N ). л D, Ф - средние из 3-х довторноотей). Л) лугово-черноземная почва; ь) чернозем южный iпола); Ы чернозем шный (лесополоса).

прчБЫ из лесополоса. Существенным является тот факт, что при уплотнении за счет уменьшения размеров крупных пор наблюдается относительное и иногда и абсолютное повышение объема текстурного порового пространства, что обусловливает наличие некого пологого оптимума при уплотняющих нагрузках от нО-ЮО кЛа. Эта тенденция обнаружена на всех изучаемых обраэгах как при повышенной исходной влажности (40$), так и в состоянии "физической спелости" (25$) - рис.4 и рио.5. Это говорит о неоднозначности влияния уплотняющих нагрузок на структуру перового пространства почвы.

0,8 ,0,6 0.4

N ■ кПа: о 20 £ £ ♦

* юо *

• 200 ♦ о

V г •

о

л

'а

а

2

"Г*

ш

•а

о

з

>

рр

' 100 юио

Эквивалентный радиус по йор^ну, ш

Рис. 5 Интегральные кривые распределения пор по разорим лугово-черноземной почвы ври уплотнящнх нагрузках 20, 100 и 200 к[1а при влажности 2&5 ($вгурними скобками показано' увеличение доли текстурна нор в обу^м объеме морового пространства, п ).

4.2. Изменение водно-физических свойств при уплотнении.

С изменением структуры порового пространства яри уплотнении связано н ухудшение водных свойств почвы. Определение ка-пилярно-сорбциоиного потенциала проводилось на монолитах полученных сссле уплотнения массы агрегатов 3-5 ми при нагрузках 80, 120, 160 и 200 кПа при исходной влажности 25* и 4С$.

Увеличение статических у плотнящих нагрузок приводит к уменыкенш порового пространства; Ира влажности уплотнения 25% начальная нагрузка кПа практически не уплотняет почву. Сдвиг в сторону уменьшения влажности происходит при нагрузках 80 кПа и дольше. Четкая зависимость отдельных нагрузок ив наблюдается. Дугово-чернозвмная почва ж чернозем щни£ (поле зернового севооборота) имеет практически аналогичный вид кривых ОГК, что оо существу связано с нжэкой текстурной пористостью и усадочность» исходных агрегатов. Чернозем южный (лесополоса) имеет неходкую пористость значительно вше, но общая тенденция сдвига кривых ОГХ в область понижения влажностж сохраняется ( Ыопп1ег » Биег!! , 1988).

11ри влажности уплотнения 40$ межагрегатная пористость уменьшается еще в большой степени, криваэ-ОГХ становятся более похожими друг ца друга, сдвиг происходит в сторону повышения влажности. С увеличением нагрузок кривые ОГХ чернозема южного (лесополоса) сдвигаются в сторону понижения влажности. Главную роль в процессе сдвига кривых ОГХ лугово-черноземной почвы и чернозема южного (поле) в сторону повышения влажности играют ужз силы спевления,- так как агрегаты после уплотнения образовали сплошную кассу, где отсутствуют крупные поры и поровое пространство представлено более мелкими порами (рио. о).

Фильтрационные свойства тесно связаны с величиной ста-

Лугово-ч'ериоземная почва

W- 25%

W= 4ÜÍÍ

vf »

10= I i

m« 4 >

ю> 4

io" *

vfi <1 *

I a

,vf> « .1 1

10» « Í

w*

10» i 4

:

ID1 I

I 0 I

Чернозем шный (пола)

V.JU/и- pF

W-

Чернозем шлий

(лесополоса) W= 2öi

Рис. ó

W= <¿0;l

Основная гидрофизическая характеристика. ' ' ^плотшшлие нагрузки: I) 0 40 Kita. 3) 80 «i, ко кйа, 5)" W tía, ó) »ju кЦа

бильнои структурной пористости (радиус пор более 10-20 миа), коэффициент фильтрата; уменьшатся на несколько еопядксз о ое уменьшением и газисимость близка к экспонашшдьксй. ¿плотнящие натру35® при исходной вдеансотя 25;2 уменьшают лоадфииийнт фильтрации з ишьшай степени, чем ара влажности

11 у и анализе экспериментальных данных по ненасыщенной гидравлической проводшгсотй 1НГЦ) по Гарднеру (Глобус, 1963) не наблюдается кр&ктаческй изменения КШ а зависимости от уп-доткявдщ; натру Э04С. Ьожно лишь отметить снижение моэффицаенаа влагояроводностк и^,) а э&рианм о исходной влакностыо Коэ#ишент влагоароводноота з основном связан о характером текстурного иорового пространства. В условиях модельного опы--та абсолютные величины текстурной,вористооти существенно не изменились) что и подтверждают результаты определения НГП.

.Глава 6. ДМГРАШЫ СТРУКТУРЫ Ц0Р0В0Ю ПРОСТРАНСТВА И ОЦЕНКА ШВДШАЛЫШ И АКТУАЛЬНОЙ сдпоош.

лоличествбнн&я опенка потенциальной а актуальной слитоста проводится по ъаш приведенным исходнш параметрам Шерезан, 1У90К Потенциальная опасность одатизащи наиболее выражена в лугово-чернозймной почве (5 баллов). Южный чернозем как э зерновом севообороте, так а под лесополосой достаточно устойчив х сдатаэаиаа (4 балла). Фактический т уровень актуальной слл-тости связан с потенциальной опасностью слмтазаши а уровнем

действующих технологических нагрузок. Но этой оценка актуадь-*

ноа ^тост», чернозем шни2 (лесополоса) находится в опмшаль-«ом состоянии балда), осталыш* даа варианта - лугово-ччр-лоз^ышя иочва и чернозэи шный в зерновом севообороте отно-

- ах -

л.

л

I

а

0j' (А чэ О

40 20

А)

\U///J////n\(J//////Z7?.

Б)

5 2

w-w„

о t>

а а

LCZZZZZZZZZZZ

5 2 il 4 pF

ШЗ V*'

Рис. 7 Диаграммы структуры порового пространства.

A) логово-черноземная почва; Б) чернозем южный (поле);

B) чернозем южный (лесополоса).

сятся соответственно к сильно (8 баллов) и средне (о,7 балла) . слитым почвам (рис. 7).

lia основе экспериментальных данных (табл. 2) были по специальному алгоритму Церезин, Макурин, 1987) на ЭВМ рассчитаны диаграммы структуру порового пространства для всех вариантов модельного опыта, т.е. исходного состояния а 10 градации

уплотняющих нагрузок ори двух влажностях для 3-х почв, lia t

рис. 8 приведены характерные из них - при нагрузках ¿0 и 20О кПа и влажности 25/! и 40$. Эти диаграммы достаточно хорошо показывают изменение структуры порового пространства и водо-удерживающей способности с возрастанием нагрузки и влажности, при которой проводилось уплотнение, и соответствующее уменьшение межагрегатнои пористости во всем диапазоне уилотняшЩ^ео давления. Структура порового пространства южного чернозема иол лесополосой более развита и свидетельствует о значительно лучшем физическом состоянии этой почвы.

60Г а

40

20

о

40

20

ta

40

§

Ц 20

5

? / /V / V/ ■ //

¿//y///?:

' N= 200 rila

W«40* Na 20 Ша

EPTT'Tl S A SjU

рис. ô ^liiTpsMiij структуры порового пространства.

.выводы.

1. Исследуемые почвы (пахотные горизонты лугово-черноэем-ной почвы (ЧСФР), чернозема южного под зерновым севооборотом

и под лесополосой 40-летнего возраста (Одесская область), характеризуются тяжелосулинистым гранулометрическим составом, емкостью катионного обмена ¿9,1-45,0 мг-экв/100 г и содержанием органического вещества 2,67-4,60».

2. Стабильность структуры исходных образцов по данным гранулометрического и микроагрегатного анализа при увеличении времени .ультразвуковой двссергашш и по результатам анализа

агрегатного состава в водной и воздушной среде, уменьшается в. *

ряду: чернозем шный (лесополоса)»- лугово-черноземная почва {ЧСФР) чернозем южный {поле зернового севооборота).

3. Возрастание пористости агрегатов-фрагментов с увеличением их размеров чернозема южного из лесополосы свидетельствует о многоступенчатом строении его структуры. Потенциальная опасность слитизации, опрёделенная по энергетическим характеристикам поверхности твердой фазы, наиболее выражена в дугово-чер-ноземной почве. Чернозем пятый, как в зерновом севообороте,

так а под лесополосой достаточно устойчив к слитизации.'Актуальная слитость чернозема под лесополосой соответствует оптимальным пределам, лугово-черноземная почва и чернозем в зерновом севообороте относятся соответственно к сильно и среднеслитым почвам.

4. По характеру юдоудерживающей способности исследуемые почва обладают определенным сходством, особенно для образцов, составленных из агрегатов-фрагментов 3-5 мм. Кривые ОГХ обладают малым наклоном и смещены в сторону, низких влажностей, что

связано с низкой текстурной пористостью. Чернозем южный (лесополоса) находится в хорошем физическом состоянии и кривые ОГХ, особенно в капилярной части, смещены в сторону повышения влажности.

а. С увеличением уплотняющих статических нагрузок происходит уменьшение удельного объема общего норового пространства за счет более резкого уменьшения размеров и количества стабильных структурных (межагрегатных) пор и межкомковых пустот. Текстурная пористость не уменьшается в диапазоне-нагрузок до

200 ш1а, а г интервале 40-100 кНа наблюдается ее относительное и даже абсолютное увеличение, что обусловливает определенный оптимум при уплотнении в указанном интервале.'Это в большей мере относится к варианту уплотнения почвы в состоянии "физи-. ческой спелости", когда агрегаты долее устойчивы к механическим нагрузкам.

б. Специфическое изменение структуры перового простран-

- ства, его отдельных категорий и распределение'пор по размерам в целом, обусловливает сложную связь изменений водоудераива-ющей способности с увеличивающимися уплотняющими нагрузками. Ь капилярной области кривая водоуде рживавдей способности имеет тенденции к сдвигу в сторону повышенных влажносгей с ростом уплотняющих нагрузок до величины порядка 80-120 кЯа, затем происходит уменьшение влажности при тех же потенциалах почвенной влаги.

«^ьграпионные свойства тесно связаны с величиной стабильной структурной пористости (радиус пор более 10-20 мкм), коэ^иил^кт фильтрации уменьшается на несколько порядков с ее \'ь-.еньи«н;1ем и эта зависимость близка к экспоненциальной, Коэф-,¡1и г ьлигоцроводности в исследованном диапазоне уплотняющих

- 2b -

нагрузок не имеет существенных тенденций к изменению, так как он в основном связан с текстурной пористостью, которая по абсолютной величине изменяется незначительно.

8. Количественная оценка актуальной слитости модельных уплотненных образцов показала, что признаки слитости существенно проявляются при уплотняющих нагрузках, превышающих 100-120 jala, особенно при повышенной исходной влажности, в большей степени для лугово-червдземной почвы и наименьшей - для чернозема яшюго под лесополосой,

ilo материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Характеристика чернозема Грнавской равнины ЧССР' // Почвоведение .- 198Э & 3 С. 15-20,

2. Влияние матагрегатного уплотнения.-на водоудерживающую способность черноземов // Тезйен докладов республиканской конференции "Экологические аспекты использования и охраны почвенных ресурсов Молдавии, Кишинев, 12-13 июля, 1990 . т. 2 лшшдев, 1990 С. 61-62.

3» Агрофизическая характеристика и оценка слитости трах черноземов (в печати).

PjüfAK. МиЛан

ВЛИЯ1Ш ММГРВГАТШГО И БНУТРИАГРЕГАТЫОГО У11Д0ТШШ IIA БОДОУДЁРЖВАКШЮ СПОСОБНОСТЬ ÍÍOffiU. (Автореферат)

. Подписано в печать 5.07.90г, Заказ 618 Формат 60x90/16 Тираз; 130 "

Москва. Типограф ШСШШ ■