Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Дифференциальная пористость агро-тёмно-серой почвы со вторым гумусовым горизонтом Владимирского ополья

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Дифференциальная пористость агро-тёмно-серой почвы со вторым гумусовым горизонтом Владимирского ополья"

На правах рукописи

Левковский Егор Владимирович

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ПОРИСТОСТЬ АГРО-ТЁМНО-СЕРОЙ ПОЧВЫ СО ВТОРЫМ ГУМУСОВЫМ ГОРИЗОНТОМ ВЛАДИМИРСКОГО ополья

Специальность 06.01.03 - агропочвоведение, агрофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва-2008

003448929

Работа выполнена на кафедре физики и мелиорации почв факультета почвоведения Московского государственного университета им М В Ломоносова

Научный руководитель: Кандидат биологических наук

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук кандидат биологических наук Ведущее учреждение: Владимирский НИИСХ

Защита диссертации состоится «_» 2008г в_ч_мин

в аудитории М-2 на заседании Диссертационного Совета Д 501 002 13

при МГУ им M В Ломоносова по адресу 119992 Москва, Ленинские горы, МГУ,

факультет почвоведения

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке биологического и почвенного факультеюв МГУ им M В Ломоносова

Автореферат разослан «_»_2008г

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании диссертационного совета Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью организации, просьба присылать по адресу: 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения, Ученый Совет Факс (495)9393684, e-mail. phys@soil msu ru

Л К. Губер

П H Сапожников Ю.Л Мешалкина

Ученый секретарь Диссертационного Совета доктор биологических наук, профессор

Г M Зенова

Актуальность темы: В условиях усиливающейся антропогенной нагрузки, возрастает актуальность оценки надежности прогноза деградационных явлений в почве. Многочисленные исследования прямо или косвенно указывают на изменение водного, теплового, воздушного и питательного режимов почвы в различных частях планеты. Эти изменения напрямую связаны с переорганизацией порового пространства (ПП) почв При многообразии существующих методов изучения ПП почвы, относительно мало известно о том, насколько универсальны эти методы, а также достоверны и полны данные, получаемые в результате их использования. Оценки ПП, сделанные на основе различной информации, зачастую, противоречат друг другу, или ведут к необоснованным рекомендациям

Цель работы: Изучение дифференциальной пористости почвенных горизонтов агро-темно-серой почвы со вторым гумусовым горизонтом (ВГГ) Владимирского ополья с использованием комплекса методов и критическая оценка информации, получаемой этими методами

Задачи исследования:

1 Изучить физические свойства почвенных горизонтов на различных уровнях иерархического строения,

2 Дать комплексную оценку дифференциальной пористости почвенных горизонтов,

3. Оценить применимость различных методов для расчета дифференциальной пористости почвенных горизонтов;

4. Оценить возможность расчета дифференциальной пористости почвы по данным о свойствах твердой фазы почвы Определить минимальный список параметров, необходимых для расчета;

5 Разработать модель, адекватно описывающую изменение пористости различных по размеру фракций агрегатов с изменением влажности Оценить изменения пористости, связанные с изменением влажности почвы; 6. Оценнтъ возможность получения транспортных характеристик почвы из значений ее дифференциальной пористости

Научная новизна:

Впервые детально, по размерам и функциональным категориям исследована дифференциальная пористость агро-темно-серой почвы со ВГГ Владимирского ополья. Проведен сравнительный анализ результатов, получаемых с помощью различных методов расчета дифференциальной пористости. Показан характер изменения ПП с влажностью почвы Разработана математическая

3

модель, адекватно воспроизводящая эти изменения Впервые дифференциальная пористость рассчитана на основе данных гранулометрического состава, плотности почвы и содержания органического вещества в почве Дана оценка возможности использования дифференциальной пористости для характеристики транспортных свойств почвы

Практическое значение:

• Доказала возможность расчета дифференциальной пористости почвы по данным о твердой фазе почвы Выявлен состав моделей и минимально необходимый список параметров применительно к генетическим горизонтам агро-темно-серой почвы со вторым гумусовым горизонтом Владимирского ополья

• Разработана математическая модель расчета пористости различных по размеру фракций агрегатов при различных значениях влажности почвы

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждались на «Международном Симпозиуме по фрактальной Математике, описывающей Почву и Гетерогенные Системы» (El Barco de Avila, Spam, June 28th - July 1st, 2002), на ежегодном симпозиуме «ASA-CSSA-SSSA» (Denver, Colorado, 2-6 November, 2003), на конференции «Фундаментальные физические исследования в почвоведении и мелиорации» (Москва, 20-24 декабря, 2003), на международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2005» (Москва, 20-25мая, 2005), на Всероссийской научной конференции «Экспериментальная информация в почвоведении теория и пути стандартизации» (Москва, 20-22 декабря, 2005)

Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 статьи и 6 тезисов

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы, 5 приложений Она включает 120 стр, 11 таблиц, 27 рисунков, список литературы из 139 наименований, в том числе 51 иностранных авторов

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. ПОРОВОЕ ПРОСТРАНСТВО II ПОДХОДЫ К ЕГО ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ

Поровое пространство (ПП) почвы достаточно полно характеризуется дифференциальной пористостью и морфологическим строением пор Морфологическое описание ПП, основанное на визуальном определении размеров, формы, протяженности, пересеченности пор, дает представление об их генезисе Дифференциальная пористость, или количественное разделение пор на группы по размерам, характеризует почву, как среду обитания, накопления продуктов биологической деятельности, с одной стороны, и как объемы, окруженные твердой фазой и вовлеченные в процессы переноса и обмена с окружающей средой, с другой

Сложность почвы как объекта исследования, и различия в характере исследуемых процессов породило множественность классификаций, отражающих различные подходы к дифференциации ПП почвы. С определенной степенью условности эти подходы можно объединить в четыре группы (а) основанные на геометрических (форма, извилистость, протяженность) различиях (Kubiena (1938, 1952), Brewer (1964), Парфенова и Ярилова (1977), Скворцова (1994), Розанов (2004)), (б) основанные на различиях в размерах пор (Качинский (1947, 1956), USDA (1951), Jongenus (1957), Jonson eta! (1960), Brewer(1964), Добровольский и Шоба (1978), Бондарев (1978), Лозе и Матье (1998) и др), (в) основанные на структурной организации твердой фазы почвы (Польский (1955), Качинский (1965), Fitzpatrick (1984), Березин (1987), Герасимова, Губин, Шоба (1992)), (г) основанные на взаимодействии твердой, жидкой и газообразной фаз почвы (Shumacher (1894), Качинский (1947, 1965), Роде (1965), Kohnkc (1968), Нерпин, Чудновский (1975), Мичурин (1975), Thomasson (1978), Воронин (1980), Роуэлл (1998)) Несмотря на разную степень детализации, в существующих классификациях отсутствует универсальность, что приводит к необходимости адаптировать существующие классификации к конкретной области приложения, или использовать несколько классификаций для характеристики объекта исследования

В связи с активным использованием в последние несколько десятилетий теории массопереноса в почвах получили развитие функциональные подходы к дифференциации пористости почвы, основанные на разделении ПП в зависимости от выполняемых порами функций. Применительно к теории массопереноса среди функциональных подходов можно выделить'

1) Структурно-гидрофизический - основанный на энергетическом состоянии почвенной влаги в ПП и включающий термодинамическую оценку взаимодействия поверхности твердой фазы с поровым раствором (Воронин, 1980);

2) Энергетический подход - разработанный для набухающих (усаживающихся) почв и основанный на взаимосвязи термодинамических параметров почвенной влаги с поверхностной энергией твёрдой фазы и изменяющимся в процессе усадки удельным объемом ПП (Березин, Воронин, Шеин, 1985)

3) Транспортный - основанный на различиях в способности пор проводить и удерживать переносимые в почве вещества Согласно транспортному подходу в почве выделяют проточные и застойные (или «тупиковые») зоны (Philip, 1968) или гидравлически активные и неактивные поры (Саноян, 1979) Достоинством транспортного подхода является возможность использования меток различного размера с различными физическими и химическими свойствами для получения качественной и количественной информации о структуре и функционировании ПП почвы

При всем совершенстве и многообразии методов исследования ПП остаются нерешенными принципиальные вопросы как согласуется информация, полученная с использованием различных методов, и существует ли возможность перехода от базовых физических свойств почвы (плотность, содержание углерода, гранулометрический и агрегатный состав) к оценке дифференциацальной ПП

Глава 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ II ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЫЮЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЧВЕННЫХ ГОРИЗОНТОВ

Владимирское ополье расположено на Русской равнине северо-западнее г. Владимира и

представляет собой междуречную равнину, расчлененную овражно-балочной сетью. Юго-восточная часть ополья представляет собой невысокое Суздальское плато (абсолютные отметки 170-200 м) Яркой чертой ополья является западинный микрорельеф Почвенный покров ополья характеризуется высокой комплексностью, в которой доминируют серые лесные почвы.

Для полевых исследований была выбрана агро-темно-серая почва со вторым гумусовым горизонтом (ВГГ), расположенная на опытном участке Владимирского НИИСХ, который представляет собой часть выровненной, длительное время находящейся в сельскохозяйственном использовании территории Изучение генетических горизонтов агро-темно-серой почвы на

первом этапе проводили морфологически. Были отмечены структурные различия в почвенных горизонтах (Табл. 1).

Таблица 1.

Морфологическое описание профиля агро-темно-серой срсдиеоподзолснной освоенной

почвы со ВГГ

Ар 0- 26 см Серый, сухой, средне суглинистый, комковато-зернисто-порошистый, в нижней части уплотненный, переход резкий, заметный по цвету и плотности, граница ровная.

АЬ 26- 52 см Темно-серый, сухой, среднесуглинистый, комковато-порошистый, со щелевидными и трубчатыми порами, содержит корни, граница ясная, мелко клиновидная, в нижней части окраска горизонта становится более светлой.

ЕВ 52-68 см Пятнистый, на грязно-буром фоне белесые пятиа, сухой, тяжелосуглинистый, ореховато-зернистый, уплотненный, со щелевидными и трубчатыми порами, с засыпанным в трещины материалом второго гумусового горизонта, граница ровная.

В > 68 см Желтоватобурый, сухой, легкоглинистьш, призматически-ореховатый, уплотненный.

Второй этап исследований включал изучение физических свойств выделенных при морфологическом описании почвенных горизонтов. Были изучены агрегатный состав почвы (рис. 1а), плотность твердой фазы (рис.2а), плотность почвы и агрегатов (рис. 16), содержание органического углерода (рис.2б), гранулометрический (рис. 3) и микроагрегатный (рис.4) и состав в агрегатах фракций 3-5, 5-7, 7-10 мм и в средних образцах из горизонтов. Все измерения проводились в трехкратной повторности по общепринятым методикам (Шеин и Карпачевский, 2007).

2,0

1,6

1,2

6)

Почва 3-5 мм 5-7 мм 7-10 мм

Рис.

Ар АИ ЕВ

1. Распределение агрегатов по размерам (а), плотность почвы и агрегатов (6).

Ар А(] ЕВ Ар АЪ ЕВ

Рис. 2 Плотность твёрдой фазы (а) и содержание органического углерода (б).

Рис. 3 Гранулометрический состав почвы (а) и почвенных агрегатов различных горизонтов (6-г).

Зависимость удельной пористости фракций агрегатов 3-5, 5-7 и 7-10 мм от весовой влажности изучали методом гидростатического взвешивания в керосине (Шеин и др., 2007) в диапазоне влажности агрегатов от воздушно-сухих до полностью насыщенных водой. Усадку почвы изучали в процессе обезвоживания почвенных образцов ненарушенного сложения объемом 125 см3 путем измерения линейных размеров образца. Результаты измерений представлены в виде зависимости удельной пористости почвы и агрегатов разного размера от влажности (Рис.5).

Третий этап исследований включал изучение гидрофизических свойств почвенных горизонтов. Коэффициент фильтрации измеряли на трех глубинах, соответствующих середине каждого горизонта, методом трубок с постоянным напором в шестикратной повторное™,

Рис. 4. Микроагрегатный состав почвы (а) и почвенных агрегатов различных горизонтов (б-г).

0.40 - Ар • п

0.35 - • □

0.30 - I у

й

5 0.25 - £

2 о 0.6 - А(1 п

.с 1- с?

О 0.5 - • Ш*

о С. 0.4 - X*

О с в 1

к 0.3 -

ё о > 0.30 • 0.25 • ЕВ О о • а Фракция

• • • • агрегатов V 3-5 мм

0.20 • 2 а 2 У 7 □ 5-7 мм о 7-10 мм

0.15 - • почва

0.0 0.1 0.2 0.3 01 0.5 0.6 0.7 Весовая влажность (г/г)

Рис.5 Зависимость удельной пористости от весовой влажности. коэффициент влагопроводности измеряли методом инфильтрометров при давлениях почвенной влаги -2.5, -5, -10, -20 и -25 см.в.ст. (Губер, 2001) в двукратной повторности для каждого горизонта. Результаты измерений представлены на рисунке 6.

9

Рис. 6 Коэффициент фильтрагши (а) и коэффициент влагопроеодности (б) почвенных

горизонтов.

Водоудерживание (основную гидрофизическую характеристику, ОГХ) измеряли в трехкратной повторности (рис.7) для каждого горизонта методом радиальных капилляриметров в капиллярном диапазоне давлений и методом гигроскопического равновесия при значениях рр 4.4, 5.3, 6.2 и 6.4 (Вадюнина, Корчагина, 1986).

6

4

и. о.

2

О

0,00 0,25 0,50

0, см3/см3

Fue. 7 Характеристика еодоудерживания почвы (ОГХ).

На четвертом этапе исследовали транспортные характеристики почвы по отношению к ионам сорбируемого иона калия {¡С) и несорбируемого иона хлора (СГ). Раствор 0.025 н. КСI подавали с поверхности в колонку 15 см длины с почвой ненарушенного сложения. Концентрацию иона СГ в растворах измеряли с помощью ион-селективных электродов (Воробьева, 1998). Концентрацию иона ¡C в растворах измеряли на пламенном фотометре ПФМ-БП (Зырин, Орлов, 1964). Результаты представляли как зависимость отношения концентрации на выходе колонки С к концентрации во вносимом растворе С0 от количества

10

смен порового раствора (Такт,безразм ) в колонке (рис 8) Эксперименты проводили в режиме засоления и пульсации (промывка следовала за засолением)

0,8

и О

0.4

0.0 0.8

и й

0.4 0.0

Рис 8 Выходные кривые ионов СГ и К* в почвенных горизонтах Ар, Ah и ЕВ Символами отмечены данные измерений, линиями-расчет по модели неравновесного массопереноса с участием проточных и застойных зон ПП (см главу 4)

Глава 3. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ПОРИСТОСТИ ПОЧВ

Наряду с прямыми широкое распространение получили расчетные методы изучения дифференциальной пористости почвы в силу общедоступности и независимости разрешения от размера образца Эти методы включают (а) метод расчета по кривой водоудерживания, (б) метод расчета по кривым усадки почвы и почвенных агрегатов, (в) метод расчета по выходным кривым сорбируемых и несорбируемых ионов

Метод расчета по кривой водоудерживания (ОГХ) основан на использовании уравнения Лапласа, связывающего давление почвенной влаги в капилляре Л с его радиусом г, (Агуа and

Pans, 1981): Р = 2 * (1)

P.-g-r.

и соотношения между объемной влажностью почвы # и давлением Р, Для расчета по формуле (1) используются табулированные значения поверхностного натяжения воды <т, угла наклона поверхности водного мениска Д плотности воды и ускорения силы тяжести g Соотношение между объемной влажностью почвы и давлением почвенной влаги может быть получено экспериментально или рассчитано по данным о свойствах твердой фазы почвы. Последнее

11

представляется перспективным в связи с простотой измерения основных физических свойств почвы и возможностью использования мировых баз данных для широкого спектра почв. В настоящей работе представлены и сопоставлены оба метода получения ОГХ и расчета дифференциальной пористости почвы на ее основе

Расчетные методы получения ОГХ на основе данных о свойствах твердой фазы почвы включали

1) Регрессионные модели - основанные на использовании регрессионной зависимости между влажностью почвы в, при заданных значениях давления влаги Р, и количественным содержанием фракций гранулометрического состава, органического вещества и плотности почвы К этой группе методов также относятся регрессионные зависимости, связывающие параметры аппроксимации ОГХ формулой Брукса и Корея (Brooks and Corey, 1964)-

^(й-ЯХвРГ+А (2)

или формулой Ван Генухтена (van Genuchten, 1980)

6=(ft-ft)[(l+aP)°]"™+ft , m=l-l/n (3) с перечисленными выше почвенными свойствами В приведенных уравнениях 0, - влажность почвы при полном насыщении, в, — остаточная влажность почвы, а, п и т - эмпирические коэффициенты Особенность этого метода регрессионных моделей состоит в том, что влажности О, и 0, соответствуют определенным давлениям на кривой ОГХ, тогда как эмпирические параметры цпии относятся ко всему диапазону давлений Для расчета пар значений (в„Р,) использовали модели (М) MI-MI 1, для аппроксимационных параметров ОГХ - модели М12-М-15 (Таблица 2)

2) Нейронные сети - математические модели, основанные на методах распознавания образов или дискриминантного анализа, и представляющие собой систему соединенных и взаимодействующих между собой простых процессоров (искусственных нейронов), посредством которых осуществляется преобразование входных данных в выходные (Рис 9) Использовалась программа ROSETTA (Schaap et al, 2001) для пересчета данных гранулометрического состава и плотности почвы в параметры уравнения (3) (Таблица 2, модели М16-М18)

3) Фрактальные модели - модели, основанные на самоповторении структуры системы на разных уровнях ее организации. Применительно к структуре почвы фрактальность означает иерархическое строение, при котором почвенные отдельности на каждом предыдущем уровне

Уровни нейронной сети

Рис 9 Схема работы искусственных нейронных сетей

Таблица 2

Список моделей и параметров, использованных для расчета ОГХ по основным ___физическим свойствам почвы._

№ Модели Автор Входные параметры

ЭПЧ* Pb" ОМ***

Ml X Rawls and Brakensiek (1985) 1 + -

М2 и о Vereecken et al (1989) 1 + +

мз s s я Saxton et al (1986) 1 + -

М4 « 2 Д Варалляи и др (1982) 1 + -

М5 CJ о Williams-1 (1992) 1 + +

Мб ч о с с Williaras-2 (1992) 1 + +

М7 U Campbell and Shtozawa (1992) 1 + -

М8 5 и Oosterveld and Chang (1980) 1 + -

М9 s У о Wösten et al -1 (1999) 1 - -

MIO Си и •е- Г) о Wösten, etal-2 (1999) 1 + +

МИ а. Mayr and Jams (1999) 1 + +

М12 55 Rawls et al (1982) 1 + +

М13 Ü I С Tomasella and Hodnett (1998) 1 - +

М14 а 5S X Rawls etal (1983) 1 + +

М15 Шеин и др. (2000) 2 + -

М16 М17 Л ^ Schaap et al (2001) Schaap et al (2001) 3 1 - -

Ml 8 § о Ж od Schaap etal (2001) 1 + -

М19 Ь s t- Ч u Sis Bird et al. (2000) 1 + -

М20 2 в 5 Vazetal (2005) 1 + -

* ЭПЧ- процентное содержание фракций гранулометрического состава по классификации иЯОА (1), по классификации Качинского (2) или текстурный класс почвы по классификации 1]31)А (3). **рь - плотность почвы, ***ОМ-содержание органического вещества.

иерархии образуют подобные себе более крупные (независимо от размера) отдельности, а те в свою очередь, образуют структуру более высокого уровня иерархии (ЭПЧ-микроагрегаты-агрегаты-комки- и тд) В работе использовались фрактальные модели ОГХ (Таблица 2) с постоянной М19 (Bird et al, 2000) и переменной (уменьшающейся с увеличением влажности) величиной фрактальной размерности М20 (Vaz et al, 2005) В модели М19 (Bird et al, 2000) массовая фрактальная размерность вычислялась из гранулометрического состава, в модели М20 - по эмпирической формуле (Vaz et al, 2005)" D = 0 947 + 0 427exp(-0/ 0 129) (4)

Выбор моделей водоудерживания в Таблице 2 был обусловлен как концептуальным различием в описании взаимосвязи ОГХ и физических свойств почвы, так и различием в составе параметров самих моделей Также представлял интерес ответ на вопрос насколько полно дифференциальная пористость почвы может быть описана на основе данных о твердой фазе почвы

Метод расчета по кривым усадки почвы и почвенных агрегатов позволяет рассчитать как полные удельные объемы ПП почвы, так и его структурные составляющие, удельные объемы текстурных (внутриагрегатных) и структурных (межагрегатных) пор при различных значениях влажности почвы Массовая фрактальная теория до сих пор применялась к воздушно-сухим агрегатам. В представленной работе сделана попытка распространить массовый фрактальный подход на агрегаты при любой влажности Плотность агрегатов, таким образом, являлась функцией их размера при заданной влажности

где т, - масса твердой фазы агрегата )-ой фракции, его объем при весовой

влажности IV, а(н') - масса агрегата единичного размера при влажности и>, с - параметр формы агрегатов, <1,(\«) - диаметр агрегата при влажности IV, Оа(м) - массовая фрактальная размерность агрегатов при влажности и>

Величины общей (е), текстурной (¿¿) и структурной (е1) пористостей для произвольной влажности IV были рассчитаны по формулам'

У.М с

£(w) = l-pb(w)/p,

(6)

где g, - массовая доля /'-ой фракции агрегатов в массе почвы

Метод расчета по выходным кривым сорбируемых и несорбируемых ионов основан на решении уравнения неравновесного массопереноса с участием проточных и застойных зон ПП почвы В общем виде уравнение может быть записано

d(fPbS.+e,c.) | а

Si dt дх

где в-объемная влажность почвы, С, S-содержание иона в жидкой и адсорбированной фазе,/ - распределение сорбционных центров между проточными и застойными зонами ПП, D -гидродинамическая дисперсия, q - скорость движения раствора, J(x,t) - интенсивность возникновения, потребления или трансформации химического вещества, х - координата в направлении движения потока, I - время Символы я из указывают на проточные и застойные области ПП

Аналитическое решение уравнения (7) для условий стационарного потока реализовано в программе CFITIM (van Genuchten, 1981) Результатом расчета являются значения параметра гидродинамической дисперсии и соотношение объемов проточной/застойной областей ПП почвы Уравнение (7) использовалось для расчета параметров по данным выходных кривых (Рис 8)

Глава 4. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ПОРИСТОСТИ АГРО-ТЁМНО-СЕРОЙ ПОЧВЫ СО ВТОРЫМ ГУМУСОВЫМ ГОРИЗОНТОМ ВЛАДИМИРСКОГО ОПОЛЬЯ

Расчет по кривым водоудерживания (ОГХ)

Для расчета дифференциальной пористости по кривым водоудерживания были выбраны две существующие классификации (таблЗ) (1) по размерам пор (Brewer, 1964) и (2) по их гидрофизическим функциям (Воронин, 1980) Различия в классификациях заключаются как в размерах пор и соответствующих им давлениях почвенной влаги, так и в самом подходе к дифференциации

Расчет дифференциальной пористости по Brewer из ОГХ показал, что во всех горизонтах наибольшая доля ПП приходится на ультрамикропоры (Рис. 10а). Наименьшая доля ПП ассоциирована с мезопорами в горизонтах Ар и ЕВ, и с крипто- , мезо- и макропорами в горизонте Ah

" дх ч" •

:J(x,t) (7)

Расчет дифференциальной пористости по Воронину показал, что наибольшая доля ПП приходится на влагопроводяшие поры, наименьшую долю составляет прочно связанная вода во всех горизонтах (Рис 106)

Таблица 3

no Brewer (1964) по Воронину (1980)

класс пор диаметр пор, мкм давление влаги класс пор давление влаги

криптопоры <0 1 pF>4 48 ультрамикропоры 0 1-5 2 78<pF<4 48 микропоры 5-30 2 0<pF<2 78 мезопоры 30-75 1 6<pF<2 0 макропоры >75 pF<l6 прочносвязанная рр>5 2+3\У вода* влагосохраняющие 2 17+ЗW<pF<5 2+3\У влагопроводящие рр<217+ЗW аэрации рБ<2 17+W инфильтрации рр<217

* прочносвязанная вода не является капиллярной и, формально, не характеризует класс тр Эта категория бы ча добавлена д '1Я сопоставления расчетных методов оценки категорий почвенной влаги по свойствам твердой фазы почвы

0 25

Пористость по Brewer (1964)

Пористость по Воронину (1980)

крипто ультра микро мезо макро поры

Е §

х а поз

TJ s о ш тз

0> Q) Зэ а О

i 3 » £ §

| 8 I °

В ' ш

Рис. 10 Дифференциальная пористость, рассчитанная на основе измеренных ОГХ

Значения дифференциальной пористости по классификации Brewer (1964) и Воронина (1980) были также рассчитаны из данных твердой фазы почвы с использованием моделей, приведенных в таблице 2

Результаты расчетов сравнили с данными, полученными из измеренных ОГХ Сравнение показало, что ни одна из моделей не описывает адекватно дифференциальную пористость, полученную из измеренных ОГХ, для всех классов пор Однако описание отдельных классов пор с использованием разных моделей было удовлетворительным lía рис 11 сопоставлены значения пористости, рассчитанные из измеренных ОГХ, со значениями, полученными в результате расчета по лучшей для данного класса пор модели Оценка различий по критерию Фишера на 0 05 уровне значимости не выявила различий между двумя расчетами дифференциальной пористости Это означает, что использование комплекса моделей вместо единственной (даже лучшей) модели способно привести к адекватному описанию дифференциальной пористости по данным о твердой фазе почвы

В связи с использованием комплекса моделей возник методический вопрос какие модели и какая информация должны быть использованы для разных классов пор Результаты анализа состава моделей и параметров для трех горизонтов и двух классификаций ПП приведены в

0 20

ж

0 ч

£ С 0 15 о

ш Л-

1 5

§ о О 10

0 05

7. ■&

0 00

Пористость по Brewer (1S64)

(а)

V у

¿ Л Л

оо .о

Поры о крипто V ультра □ микро О мезо а макро

04

03

02

0 1

00

Пористости по Воронину(1980)

(б)

0 00

0 05

0 10

0 15

0 20

¿с?

V1&

Поры

о <о

D

тЧт

¿т инфильтрации о аэрации v влагопроеодящие а влагосохраняющие о прочно связанная вода д

00

0 1

02

0.3

04

Рассчитанная из ОГХ доля пор (см3/см3)

Рис 11 Сопоставление значении пористости, рассчитанных из физических свойств твердой фазы почвы, и из ихмеренных ОГХ Цветом показаны горизонты Ар (белый), А И (серый) и ЕВ (черный)

Таблицах 4 и 5 Модель считали адекватной для данного класса, если рассчитанная по ней величина пористости лежала в диапазоне варьирования значений пористости для этого класса пор, рассчитанных из измеренной ОГХ почвы Состав моделей оказался разным для разных горизонтов Состав необходимых входящих параметров (свойств твердой фазы) был различен как в горизонте для разных классов пор так и для самих горизонтов для одинаковых категорий дифференциальной пористости

Таблица 4

Состав параметров и номера моделей из Таблицы 2 с адекватным описанием долевого содержания разных классов пор, полученных из измеренных ОГХ __Классификация Brewer (1964) _

класс пор Ар Ah ЕВ

N параметры N параметры N параметры

криптопоры - - - - М4 М17 М18 ЭПЧ1.А ЭПЧ1 ЭПЧ1.А

ультрамикропоры М14 М15 М20 ЭПЧ 1,/%,ОМ ЭПЧ2.Д, ЭПЧ1,А, М13 ЭПЧ1,ОМ М19 ЭПЧ1.А

микропоры МИ М14 М16 М17 М18 ЭПЧ1,рь,ОМ ЭПЧ1,рь,ОМ ЭПЧЗ ЭПЧ1 ЭПЧ1,/% М12 М13 М15 М19 ЭПЧ1,А,ОМ ЭПЧ 1,ОМ ЭПЧ2,А ЭПЧ1.А - -

мезопоры Ml М4 М5 М10 МП ЭПЧ1,А ЭПЧ1.Й, ЭПЧ1,рь,ОМ ЭПЧ1,А,ОМ ЭПЧ 1, А,ОМ МЗ М5 М7 МП М13 М16 М17 М18 М19 ЭПЧ1,А ЭПЧ 1, А,ОМ ЭПЧЦд, ЭПЧ1,А,ОМ ЭПЧ1.0М ЭПЧЗ ЭПЧ1 ЭПЧ1.А ЭПЧ1.А М4 Мб М7 М8 М9 М10 Mil М15 М20 ЭПЧ1,А ЭПЧ 1, А,ОМ ЭПЧ1,А ЭПЧ1.А ЭПЧ1 ЭПЧ 1, А,ОМ ЭПЧ1,А,ОМ ЭПЧ2.А ЭПЧ2.А

макропоры М13 ЭПЧ1.0М М12 М13 М19 ЭПЧ 1, А,ОМ ЭПЧ1.0М ЭПЧ1.А М4 М15 М19 ЭПЧ1,А ЭПЧ2,А ЭПЧ1,А

ЭПЧ — процентное содержание фракций гранулометрического состава па классификации иБОА (1), по классификации Качинского (2) или текстурный класс почвы по классификации и$ОЛ (3) рь - плотность почвы, ОМ-содержание органического вщества.

Различия в составе данных для моделей, по-видимому, объясняются различиями в

свойствах почвенных горизонтов (рис. 2) Различия в составе моделей для расчета

дифференциальной пористости для разных горизонтов, вероятно, объясняются исходной

информацией, использованной для построения моделей и сходством физических свойств со

18

свойствами горизонтов, представленными в настоящей работе Несомненно, анализ состава моделей и данных о твердой фазе почвы, необходимых для адекватного описания дифференциальной пористости почвы, представляется интересным предметом исследования на более обширном материале, чем тот, которым мы располагали в представленной работе

Аналогичный анализ состава регрессионных моделей и их параметров был выполнен для дифференциальной пористости по классификации Воронина (1980) Примечательно, что как и в случае с классификацией Brewer (1964), разные модели попали в список адекватных на разных горизонтах Минимальный набор моделей для классификации Воронина не совпал с набором моделей для классификации Brewer

Таблица 5

Состав параметров и номера моделей из Таблицы 2 с адекватным описанием долевого содержания разных классов пор, полученных из измеренных ОГХ _ Классификация Вороннна (1980) _

класс пор Ар Ah ЕВ

N параметры N параметры N параметры

Прочносвязан-ная вода* МП ЭПЧ1,А,ОМ - - - -

Влагосохраняю-шие Ml М5 М7 М9 М10 М20 ЭПЧ1.А ЭПЧ1,А,ОМ ЭПЧ1,рь ЭПЧ1 ЭПЧ1,А,ОМ ЭПЧ2 рь М2 ЭПЧ 1,А,ом Ml Мб М19 ЭПЧ1.А ЭПЧ1,р„,ОМ ЭПЧ1.А

Влаго проводящие Ml МЗ М4 М5 М20 ЭПЧ1.А ЭПЧ1,р„ ЭПЧ1.А ЭПЧ 1,/%,ОМ ЭПЧ2.А М4 ЭПЧ1.А М10 М20 ЭПЧ 1, А,ОМ ЭПЧ2,р„

аэрации М4 ЭПЧ1.А М8 ЭПЧ1.А М5 М9 ЭПЧ 1, А,ОМ ЭПЧ1

инфильтрации - - Ml 9 ЭПЧ1.А ■ -

* прочносьязанная вода не явчяется капичлярной и, формально, не характеризует класс пор Эта категория была добавлена для сопоставления расчетных методов оценки категорий почвенной таги по свойствам твердой фазы почвы ЭПЧ - процентное содержание фракций гранулометрического состава по классификации Ь'^ОА (1), по классификации Качинского (2) или текстурный кпасс почвы по классификации иЗйА (3) Рь - плотность почвы, ОМ-содержание органического веи(ества.

Расчет по кривым усадки почвы и почвенных агрегатов

Ятя расчетов удельных объемов текстурных (внутриагрегатных) и структурных

(межагрегатных) пор при различных значениях влажности почвы использовали данные усадки

почвы и почвенных агрегатов (Рис 5) В связи с индивидуальным характером усадки разных

19

фракций агрегатов представлялось некорректным вычислять пористость агрегатов по данным одной из фракций. Для использования всех трех фракций агрегатов были рассчитаны параметры уравнения (5), связывающие массу твердой фазы агрегатов с их размером при разной весовой влажности Полагали, что параметры а(м>) и Оа(ю) линейно связаны с весовой влажностью агрегатов Экспериментальные данные и результаты расчета представлены на рис. 12 Уравнение 5 адекватно воспроизвело экспериментальные данные, представленные на рис.12а,б Средние квадратические ошибки в расчете массы агрегата были равны 0 0030, 0.0024 и 0 0044 для горизонтов Ар, АЬ и ЕВ, соответственно

Зависимость массовой фрактальной размерности Д, от влажности почвы различалась в горизонтах (рис.12в) Примечательно, что наклон зависимости Д/») в горизонте Ар оказался существенно больше (рис 12в) по сравнению с горизонтами АЬ и ЕВ, что, вероятно, вызвано многократными обработками почвы, приводящими к дроблению почвы на фрагменты с различными физическими свойствами Различия в свойствах агрегатов горизонта Ар, в частности, видны на примере содержания фракций пыли в агрегатах разных фракций (рис 3)

3 00

о

Ё.295 и

г

(п «

Д.

К

«

X 290

О, 0 01

23456789 10 0 01 01 1

Размер агрегата (мм) Измеренная масса агрегата (г)

2 85

(в) /!

/ /

* /

* /

✓ / .

-7 Ар

/ ........ АИ

/ ЕВ

00 02 04 06 Весовая влажность (г/г) Рис 12 Расчет массовой фрактальной раз мерности агрегатов по зависимости между их массой и размером при различной влажности

На основе данных измерений плотности при различных значениях влажности почвы и вычисленных фрактальных параметров агрегатов были рассчитаны значения общей (е), текстурной (¿ъ) и структурной (е1) пористости Для расчетов использовали уравнение (6) Стабильную межагрегатную пористость (г/) вычисляли как разницу между общей и текстурной пористостью при влажности, соответствующей полному насыщению Расчеты показали, что при

одинаковых значениях влажности почвы наибольшие значения ¿ги г„ получены в горизонте Ah, наименьшие е - в горизонте ЕВ (рис.13). Стабильная структурная пористость была наибольшей в горизонте ЕВ (0.053 см'/см'), наименьшей в Ali (0.046 см3/см3) и промежуточной в горизонте Ар (0.052 см3/см3).

Общая и текстурная пористость уменьшалась с уменьшением влажности почвы. Наибольшие изменения происходили в агрегатах изученных горизонтов.

Рис. 13 Зависимость между пористостью почвы, суммарной агрегатной пористостью и весовой влажностью почвы для различных генетических горизонтов. Стабильная межагрегатная пористость(£,) равна разнице межру сплошной и пунктирной линиями.

Текстурная пористость воздушно-сухих агрегатов оказалась в 2.8 раза меньше в Ар и в 1.8 раза

меньше в горизонтах А)1 и ЕВ по сравнению со значениями в насыщенных агрегатах.

Уменьшения текстурной пористости во всех горизонтах сопровождались существенным

увеличением структурной пористости от значений стабильной структурной пористости до

величин 0.311, 0.200 и 0.136 см3/см^ в горизонтах Ар, АЬ и ЕВ, соответственно. Это в

значительной степени компенсировало изменение общей пористости почвы, хотя в горизонтах

АЬ и ЕВ изменения г составили 0.094 и 0.089 см7см3, или 15.2 % и 19.6 % от максимальной

величины пористости в соответствующих горизонтах.

Переупаковка почвенных частиц внутри агрегатов, вызвавшая уменьшение пористости

агрегатов, и переупаковка самих агрегатов, и как следствие увеличение структурной пористости

почвы не могли не привести к перераспределению пор по размерам. Можно предположить, что

в исследованных образцах существенно увеличилось число мелких и крупных пор за счет доли

21

средних пор К сожалению, отсутствуют прямые измерения пористости в почве и фракциях агрегатов при разных значениях влажности и не представляется возможным оценить насколько велики эти изменения, однако полученные данные позволяют утверждать, что значения дифференциальной пористости, полученные из ОГХ почвы, не являются константами для каждого отдельного горизонта, и дифференциальная пористость является функцией влажности почвы.

Расчет по выходным кривым сорбируемых и несорбируемьгх ионов

Результаты аппроксимации моделью (7) - CFITIM (van Genuchten, 1981), экспериментальных данных полученных выходных кривых представлены на рис 8 и в таблице 6 Нерастворяющий объем в*, шаг смешения /, соотношение между проточной и застойной зонами рассчитывали отдельно по кривым засоления и пульсации Рассчитанные по аналитическому решению выходные кривые качественно и количественно хорошо воспроизвели измеренные Средние квадратические ошибки относительной концентрации для ионов СГ и К* были в диапазоне 0 033-0.086 и 0 045-0.130, соответственно Сходство рассчитанных по модели CF1TIM и измеренных выходных кривых, а также низкие (Sr<0 1) значения погрешности модели (рис.8) подтверждает правильность выбора для описания переноса ионов ¡С и СГ в изучаемых образцах почвы модели неравновесного массопереноса с участием проточных и застойных зон ПЛ.

Анализ полученных результатов (таблб) показывает относительно высокие значения пористости проточных зон Соотношение проточных/непроточных пор было 31 и 2:1 в горизонтах Ар и ЕВ (Таблб) соответственно. Относительно низкие значения пористости проточных зон выявлены в горизонте Ah при соотношении проточных/непроточных пор 1.1. Такое соотношение, вероятно, связано с хорошей агрегированностью второго гумусового горизонта.

Таблица 6

Гидрохимические параметры, рассчитанные из выходных кривых ионов К* и СГ

ион СГ ион К*

горизонт шаг нерастворя- шаг застойные проточные

смешения ющий объем в* смешения зоны зоны

X, см см'/см3 X, см см3/см3 см3/см3

Ар 29 43/30.23' 0.071/0 033 15 4/43 2 0 093/0 133 0 437/0.397

Ah 2 88/4.33 0 047/0 032 3 98/5 05 0.114/0 290 0.466/0290

ЕВ 3 24/5 65 0 089/0083 4 05/6 03 0.064/0.153 0.412/0 322

* засоление/пульсация

Методически было интересно оценить надежное гь расчета параметров только по ветви засоления ионами СГ и JC Сопоставление результатов выявило существенное завышение величин нсрасгворяющих объемов и пористости проточных зон и, как следствие, занижение пористости застойных зон при расчете 3inx параметров по ветвям засоления Значения шага смешения, также были несколько занижены, однако разница не столь велика, по сравнению с разницей для расчетных значений пористости

Сопоставление данных о дифференциальной пористости почвенных горизонтов с их транспортными свойствами

Важным методическим вопросом является возможность использования данных, полученных разными методами, для характеристики параметров массопереноса в почве Такими параметрами могут являться коэффициент фильтрации, если речь идет о переносе влаги, или объемы проточных и застойных зон ПП, требуемые для моделей переноса химических веществ Объемы проточных зон принято ассоциировать с макропорами, межагрегатными порами или с влагопроводящичк порами В свою очередь, объемы застойных зон ПП ассоциируют с текстурными или тонкими порами

На рис 14 приведено сопоставление пористости проточных и застойных зон ПП, полученных из данных выходных кривых по иону К*, со значениями пористости, полученных из данных усадки почвы и агрегатов и ОГХ Пористость проточных зон сопоставляли с пористостью стабильных структурных пор, показанных на рис 13, с макропорами по классификации Brewer (1964) и с влагопроводящими порами по классификации Воронина (1980), рассчитанными из измеренных ОГХ Стабильная структурная пористость оказалась наименьшей среди пор этой группы во всех горизонтах (рис 14а) Пористость макропор несколько превышала стабильную структурную пористость, однако была в 2-3 раза меньше пористости влагопроводящих пор Значения проточной пористости превышали величины пористости влагопроводящих пор почти в 2 раза в горизонтах Ар и ЕВ, и были несколько меньше соответствующей пористости в горизонте Ah

На рис 146 значения пористости застойных зон сопоставлены с текстурной пористостью во влагонасыщенной почве, с суммарной пористостью микро-, ультра- и криптопор по классификации Brewer и с суммарным удельным объемом прочносвязанной воды и влагосохраняющих пор по классификации Воронина. Текстурная пористость оказалась максимальной в этой группе; несколько меньше были суммарные значения пористости микро, ультра- и криптопор, минимальными были удельные объемы прочносвязанной воды и

23

влагосохраняющих пор. Пористость застойных зон оставалась существенно меньше удельных объемов прочносвязанной воды и влагосохраняющих пор, и лишь в горизонте АЪ была сопоставима с этими объемами. Это сходство носит скорее случайный, чем закономерный характер.

П стабильные структурные поры (а) О макропоры □ влагопроводящие поры И проточные зоны □ К □ а текстурные поры ^ микро+ультра+крипопоры влагосохраняющие+прочносвязаннная вода застойные зоны

0.4 5 о О. О.з ■ л н £02' X а о с 0.1 0.0 ■'■Ш'Т,: ШШЫШШШйй 1 Ья % 4 $ Р Щт | Л. -ш 0.6 ■ "I 0.5 ■ "5 — 0.4 ■ л 8 0.3 н а 0.2 о с 0.1 0.0 1 /5 ! ) { ■ 1|

Ар А11 ЕВ Ар АИ ЕВ

Рис. 14 Соотношение пористости между различными категориями пор.

Сопоставление величин коэффициента фильтрации на разных горизонтах со значениями общей пористости, пористости стабильных структурных пор, макропор, влагопроводящих и проточных зон показано на рис. 15. Несмотря на различия в методах измерения, средние значения коэффициента фильтрации, полученные методом трубок с постоянным напором (рис. 15а) и методом инфильтрометров были больше в горизонтах с большей общей пористостью. Предположение о связи между значениями коэффициента фильтрации с пористостью макропор, стабильных структурных пор или проточных зон ПП не подтвердилось, что, вероятно, связано с маленькими размерами образцов, где макропористость не могла проявиться в силу масштаба опробования. Однако увеличение коэффициента фильтрации в горизонтах соответствовало увеличению доли влагопроводящих пор по классификации Воронина.

На основе полученных результатов не представлялось возможным установить количественные зависимости между параметрами массопереноса и значениями различных категорий пористости, однако проделанная работа показала, что информация о поровом пространстве почвы, полученная каждым рассмотренным методом, является его уникальной характеристикой. Ни один из рассмотренных методов не был универсальным для изучения и характеристики дифференциальной пористости агро-тёмно-серой почвы со вторым гумусовым

юризонтом, поэтому доступных методов 1 5 -

И I

для решсння сходных задач необходимо использовать весь коматекс

§10

| 05 а

■в-■в-

00

I

I I I 1

ФИ

Ч £ X / \

02

ь /

/

/ : >

6 х

04

06

пористость (смЗ/смЗ)

0 30

0 25

0 20

015

О 10

□ I

I

Ч А

V / \

б)

02

04

06

пористость (смЗ/смЗ)

Рис 15 Зависимость между значениями коэффициента фильтрации и значениями общей пористости (X) пористости стабильных структурных пор (0), макропор (П), влагопроводящих пор (А) и проточных зон (О) для средних значений, полученных, методом трубок с постоянным напором (а) и методом инфильтрометров (б)

Выводы

1. Исследование дифференциальной пористости агро-темно-серой почвы со вторым гумусовым горизонтом Владимирского ополья с использованием комплекса расчетных методов позволило получить наиболее полную картину структуры ПП этих почв

2 Величины, характеризующие ПП изученных горизонтов, имели различия на горизонтном уровне Для пахотного горизонта характерны относительно высокая общая и агрегатная пористость; ярко выраженный индивидуальный характер усадки агрегатов и связанные с ним различия в пористости агрегатов, значительное увеличение структурной пористости при уменьшении ее влажности, максимальное для исследованных горизонтов соотношение проточных/застойных зон ПП, относительно слабая пересеченность пор, характеризуемая высокими значениями шага смешения Для АЬ (ВГГ) горизонта характерны наибольшая общая пористость, менее выраженные различия в пористости а1регатов и меньшие по сравнению с Ар изменения структурной пористости, связанные с изменением влажности, относительно высокая доля застойных зон («50%) ПП, относительно высокая пересеченность пор Для ЕВ горизонта характерны наименьшая из полученных общая и агрегатная пористость; слабо выраженные различия в пористости агрегатов и изменения структурной пористости, связанные с изменением влажности, относительно высокая доля стабильной структурной пористости; доминирование проточных зон (соотношение

проточных/застойных зон ПП »2 1), и относительно высокая пересеченность транспортных пор, характеризуемая низкими значениями шага смешения

3. Дифференциальная пористость почвы по классификациям Brewer (1964) и Воронина (1980) адекватно описана на основе данных о твердой фазе почвы с использованием комплекса регрессионных моделей Состав данных, используемых в регрессионных моделях дифференциальной пористости по Brewer различен в разных горизонтах В Ар это -гранулометрический состав, плотность почвы и содержание органического углерода, в горизонте Ah - гранулометрический состав и содержание органического углерода, в ЕВ горизонте - гранулометрический состав и плотность почвы. Состав моделей, адекватно описывающих дифференциальную пористость, и их параметров различается для классификаций пор по Brewer и по Воронину.

4 Модифицированная массовая фрактальная модель адекватно воспроизводит изменение пористости агрегатов разных фракций, связанное с изменением их влажности, что позволяет учесть индивидуальные особенности усадки разных фракций агрегатов при расчете суммарной агрегатной (текстурной) пористости

5. Изученные фракции агрегатов имеют индивидуальные кривые усадки в каждом горизонте, обусловленные различиями в их гранулометрическом и микроагрегатном составах

6. Данные усадки почвы и агрегатов позволяют утверждать, что дифференциальная пористость агро-тёмно-серой почвы со вторым гумусовым горизонтом меняется с изменением влажности почвы Это указывает на необходимость критического отношения к расчетам дифференциальной пористости из ОГХ почвы

7. Устойчивой связи между транспортными свойствами ПП почвы с дифференциальной пористостью, рассчитанной с помощью, представленных в работе методов, не наблюдалось Связь найдена только между коэффициентом фильтрации и пористостью влагопроводящих пор по классификации Воронина

8. Ни один из методов, использованных для изучения и характеристики дифференциальной пористости агро-темно-серой почвы со вторым гумусовым горизонтом, не был универсальным, поэтому для решения сходных задач необходимо использовать весь комплекс доступных методов.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1 Губер А К., Левковский ЕВ. 2003. Гидрохимические свойства серых лесных почв со вторым гумусовым горизонтом Владимирского ополья Фундаментальные физические исследования в почвоведении и мелиорации, МГУ им М В Ломоносова, Москва, 20-24 декабря

2 Левковский ЕВ, Губер А К 2003. Физическое моделирование переноса ионов при неполном насыщении почвы влагой Фундаментальные физические исследования в почвоведении и мелиорации, МГУ им М.В Ломоносова, Москва, 20-24 декабря

26

3 Левковский Е В 2005 Применение метода фрактальной геометрии для характеристики иерархии структуры норового пространства почвы Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2005», МГУ им М В Ломоносова, Москва, 20-25мая

4 Левковский Е В, Губер А К 2005 Иерархическое строение норового пространства генетических горизонтов Серой лесной почвы со вторым гумусовым горизонтом Всероссийская научная конференция «Экспериментальная Информация в Почвоведении Теория и Пути Стандартизации», МГУ им М В Ломоносова, Москва, 20-22 декабря

5 Левковский Е В , Губер А К 2008 Расчет дифференциальной пористости на основе свойств твердой фазы почв Вестник Оренбургского Университаета, № 85/апрель с 101-106

6 Левковский Е В , Губер А К 2008 Использование фрактальной геометрии для расчета дифференциальной пористости по кривым усадки почвы Журнал Плодородие № 2(42) с 3739

7 Guber А К., Levkovsky Е V, Pachepsky Y А 2002 Mass fractal dimension of shrinking soil aggregates In Pedofract 2002, Intern Workshop on fractals mathematics describing soil and heterogeneous systems June 28- July 1, El Barco de Avilla, Spam p 21

8 Guber AK, Levkovsky EV., Pachepsky YA. 2003 Mass-size scaling in soil aggregates as affected by aggregate moisture contents and soil compaction In ASA-CSSA-SSSA annual meetings, Denver, Colorado, November 2-6,2003

9 Guber А К, Pachepsky Y A and Levkovsky E V 2004 Mass-size scaling in soil aggregates as affected by aggregate water content and soil compaction Soil Science, 169. 1-12

10 Guber А К, Y A Pachepsky and Levkovsky E V 2005 Fractal mass-size scaling of wet soil aggregates Ecological Modelling 182 317-322

Подписано в печать 23 09 2008 г

Печать трафаретная

Заказ № 804 Тираж 100 экз

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш, 36 (499) 788-78-56 www autoreferat m

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Левковский, Егор Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ПОРОВОЕ ПРОСТРАНСТВО ПОЧВЫ И ПОДХОДЫ К 6 ЕГО ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ

1.1 Общая пористость

1.2 Дифференциальная пористость

1.3 Функциональный подход к дифференциации

1.4 Сравнительная оценка подходов к дифференциации

Глава 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ И

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЧВЕННЫХ ГОРИЗОНТОВ

2.1 Климатические условия

2.2 Почвообразующие и подстилающие породы. Грунтовые и 25 подземные воды

2.3 Геоморфология и микрорельеф

2.4 Растительность

2.5 Почвенный покров. Гипотезы^рнезиса почв Владимирского 27 ополья

2.6 Строение почвенного профиля генетических горизонтов arpo- 33 тёмно-серой (тёмно-серой лесной) почвы с ВГГ Владимирского ополья. Морфологическое описание профиля

2.7 Физические свойства генетических горизонтов агро-тёмно-серой 35 (тёмно-серой лесной) почвы с ВГГ Владимирского ополья

Глава 3. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ 52 ПОРИСТОСТИ ПОЧВ

3.1 Метод расчета по кривой водоудерживания (ОГХ)

3.2. Регрессионные зависимости. ^ >.

3.3. Нейронные сети

3.4. Фрактальные модели

3.5. Метод расчета по кривым усадки почвы и почвенных агрегатов

3.6. Метод расчета по выходным кривым сорбируемых и 62 несорбируемых ионов

Глава 4. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 65 ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ПОРИСТОСТИ АРО-ТЁМНО-СЕРОЙ ПОЧВЫ С ВГГ ВЛАДИМИРСКОГО ОПОЛЬЯ

4.1. Расчет по кривым водоудерживания (ОГХ)

4.2. Расчет по кривым усадки почвы и почвенных агрегатов

4.3. Расчет по выходным кривым сорбируемых и несорбируемых 84 ионов

4.4. Сопоставление данных о дифференциальной пористости 86 почвенных горизонтов с их транспортными свойствами

ВЫВОДЫ

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Дифференциальная пористость агро-тёмно-серой почвы со вторым гумусовым горизонтом Владимирского ополья"

В условиях усиливающейся ; антропогенной нагрузки возрастает актуальность оценки надежности прогноза деградационных явлений в почве. Многочисленные исследования прямо или косвенно указывают на изменение водного, теплового, воздушного и питательного режимов почвы в различных частях планеты. Эти изменения напрямую связаны с переорганизацией порового пространства (ПП) почв. При многообразии существующих методов изучения ПП почвы относительно мало известно о том, насколько универсальны эти методы, а также насколько достоверны и полны данные, получаемые в результате их использования. Оценки ПП, сделанные на основе различной информации, зачастую противоречат друг другу или ведут к необоснованным рекомендациям.

В связи с этим целью настоящей работы явилось нзучепие дифференциальной пористости почвенных горизонтов агро-тёмно-серой(тёмно-серой лесной) почвы со вторым гумусовым горизонтом (ВГГ) Владимирского ополья с использованием комплекса методов и критическая оценка информации, получаемой этими методами.

Высокая хозяйственная значимость, наличие антропогенно изменённого пахотного горизонта, ВГГ, суглинистый механический состав и чёткая морфологическая дифференциация профиля почвы явились основными побудительным мотивом в выборе агро-тёмно-серой почвы с ВГГ среди других почвенных разностей, представленных в комплексе Владимирского ополья в качестве объекта для изучения дифференциальной пористости.

Задачи исследовании:

1. Изучить физические свойства почвенных горизонтов на различных уровнях иерархического строения;

2. Дать комплексную оценку дифференциальной пористости почвенных горизонтов;

3. Оценить применимость различных методов для расчета дифференциальной пористости почвенных горизонтов;

4. Оценить возможность расчета дифференциальной пористости почвы по данным о свойствах твердой фазы почвы. "Определить минимальный список параметров, необходимых для расчета;

5. Разработать модель, адекватно описывающую изменение пористости различных по размеру фракций агрегатов с изменением влажности. Оценить изменения пористости, связанные с изменением влажности почвы;

6. Оценить возможность получения транспортных характеристик почвы из значений ее дифференциальной пористости.

Диссертационная работа выполнена на кафедре физики и мелиорации почв факультета Почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова.

По материалам исследований опубликованы 4 статьи и 6 тезисов.

Материалы диссертации доложены и обсуждались на «Международном i * i

Симпозиуме по фрактальной Математике,'описывающей Почву и Гетерогенные Системы» (El Barco de Avila, Spain, June 28th - July 1st, 2002), на ежегодном симпозиуме «ASA-CSSA-SSSA» (Denver, Colorado, 2-6 November, 2003), на конференции «Фундаментальные физические исследования в почвоведении и мелиорации» (Москва, 20-24 декабря, 2003), па международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2005» (Москва, 20-25мая, 2005), на Всероссийской научной конференции «Экспериментальная информация в почвоведении: теория и пути стандартизации» (Москва, 20-22 декабря, 2005).

Диссертация рассмотрена и рекомендована к защите на заседании кафедры физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова.

Заключение Диссертация по теме "Агропочвоведение и агрофизика", Левковский, Егор Владимирович

Выводы

1. Исследование дифференциальной пористости агро-тёмно-серой почвы со вторым гумусовым горизонтом Владимирского ополья с использованием комплекса расчётных методов позволило получить наиболее полную картину структуры ПП этих почв.

2. Величины, характеризующие ПП изученных горизонтов, имели различия на горизонтом уровне. Для пахотного горизонта характерны: относительно высокая общая и агрегатная пористость; ярко выраженный индивидуальный характер усадки агрегатов и связанные с ним различия в пористости агрегатов; значительное увеличение структурной пористости при уменьшении ее влажности; максимальное для исследованных горизонтов соотношение проточных/застойных зон ПП, относительно слабая пересеченность пор, характеризуемая высокими значениями шага смешения. Для Ah (ВГГ) горизонта характерны: наибольшая общая пористость; менее выраженные различия в пористости агрегатов и меньшие по сравнению с Ар изменения структурной пористости, связанные с изменением влажности; относительно высокая доля застойных зон («50%) ПП, относительно высокая пересеченность пор. Для ЕВ горизонта характерны: наименьшая из полученных общая и агрегатная пористость; слабо выраженные различия в пористости агрегатов и изменения структурной пористости, связанные с изменением влажности; относительно высокая доля стабильной структурной пористости; доминирование проточных зон (соотношение проточных/застойных зон ПП «2:1); и относительно высокая пересеченность транспортных пор, характеризуемая низкими значениями шага смешения.

3. Дифференциальная пористость почвы по классификациям Brewer (1964) и Воронина (1980) адекватно описана на основе данных о твердой фазе почвы с использованием комплекса регрессионных моделей. Состав данных, используемых в регрессионных моделях дифференциальной пористости по Brewer различен в разных горизонтах. В Ар это - гранулометрический состав, плотность почвы и содержание органического углерода; в горизонте Ah - гранулометрический состав и содержание органического углерода; в ЕВ горизонте - гранулометрический состав и плотность почвы. Состав моделей, адекватно описывающих дифференциальную пористость, и их параметров различается для классификаций пор по Brewer и по Воронину.

4. Модифицированная массовая фрактальная модель адекватно воспроизводит изменение пористости агрегатов разных фракций, связанное с изменением их влажности, что позволяет учесть индивидуальные особенности усадки разных фракций агрегатов при расчете суммарной агрегатной (текстурной) пористости.

5. Изученные фракции агрегатов имеют индивидуальные кривые усадки в каждом горизонте, обусловленные различиями в их гранулометрическом и микроагрегатном составах.

6. Данные усадки почвы и агрегатов! позволяют утверждать, что дифференциальная пористость агро-тёмно-серой почвы со вторым гумусовым горизонтом меняется с изменением влажности почвы. Это указывает на необходимость критического отношения к расчетам дифференциальной пористости из ОГХ почвы.

7. Устойчивой связи между транспортными свойствами ПП почвы с дифференциальной пористостью, рассчитанной с помощью, представленных в работе методов, не наблюдалось. Связь найдена только между коэффициентом фильтрации и пористостью влагопроводящих пор по классификации Воронина.

8. Ни один из методов, использованных для изучения и характеристики дифференциальной пористости агро-тёмно-серой почвы со вторым гумусовым горизонтом, не был универсальным, поэтому для решения сходных задач необходимо использовать весь комплекс доступных методов.

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата биологических наук, Левковский, Егор Владимирович, Москва

1. Айдаров И.П. Регулирование вводнотсолевого и питательного режимов орошаемых земель. Агропромиздат, 1985 304 е.

2. Антипов-Каратаев И.Н. О теории и практике мелиорации солонцовых почв в условиях орошения. Труды Почв, института им. Докучаева и Нижневолгпроекта Наркомзема СССР. М.: Изд-во Ан СССР., 1940. т.24. 7-67 с.

3. Архангельская Т.А. Генезис сезоннопромерзающих серых лесных почв со вторым гумусовым горизонтом (па примере Владимирского ополья) Криосфера Земли. 2003 .Т.7. 1: 39-40 с.

4. Архангельская Т.А., Бутылкина М.А., Мазиров М.А., Прохоров М.В. Свойства и функционирование пахотных почв палеокриогенного комплекса Владимирского ополья. Почвоведение., 2007. 3: 261-271 е.

5. Астапов C.B. Строение почвенных агрегатов. «Вестн. с.-х. науки, мел. и гидрол.». вып. 2, М., 1940. 92-103 с.

6. Березин П.Н., Воронин А.Д., Шеин Е.В. Структура почвы: энергетический подход к количественной оценке. Почвоведение., 1983. 10: 63-68 с.

7. Березин П.Н., Шеин Е.В. Количественная оценка и прогноз почвенной структуры. В сборнике "Моделирование почвенных процессов". Пущино., 1985. 1:4-13 с.

8. Березин П.Н. Структурно-функциональные и гидрофизические свойства набухающих почв. Современные физические и химические методы исследования почв. Изд-во МГУ. 1987. 153 с.

9. Березин П.Н., Шеин Е.В. Особенности исследования порового пространства набухающих почв. Почвоведение., 1988. 11: 63-67 с.

10. Березин П.Н. Структура и гидрофизика набухающих почв как систем с переменным поровым пространством. Диссертация на'Соискаинс ученой степени доктора биологических наук., М: МГУ., 1995. 205 стр.

11. Бодров В.А., Глобус A.M. Полевые измерения гидрофизических свойств почв при помощи полевого инфильтрометра. Почвоведение., 1993. 11:81-85 с.

12. Бондарев А.Г. Переуплотнение пахотных почв: причины, следствия, пути уменьшения. Москва., 1987. 238 с.

13. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. Агропромиздат М. , 1986. 344 с.

14. Варалляи Д., Райкай К., Пачепский А.Я и Щербаков Р. А. Математическое описаниеiV ■ Яфункции водоудерживания почв. Почвоведение., 1982. 4:77-89

15. Величко A.A., Морозова Т.Д., Нечаев В.П., Порожнякова О.М. Познеплейстоценовый криогенез и современное почвообразование в зоне южной тайги (на примере Владимирского ополья). Почвоведение., 1996. 9:1056-1064 с.

16. Воробьёва J1.A. Химический анализ почв: Учебник. М.:Изд-во МГУ., 1998. 272с.

17. Воронин А.Д. Новый подход к определению зависимости каплилярно-сорбционного потенциала воды от влажности почвы. Почвоведение., 1980. 10: 68-79 с.

18. Воронин А.Д. Структурно функциональная гидрофизика почв. М: Изд-во МГУ., 1984. 204 с.

19. Воронин А.Д. Основы физики почв. М., МГУ., 1986. 245 с.

20. Воронин А.Д. Энергетическая концепция физического состояния почв . Почвоведение., 1990. 5: 7-19 с.т ' » « ' 1

21. Герасимова М.И., Губин C.B., Шоба' С.А. Микроморфология почв природных зон СССР. Пущипо., 1992, 1:15-20 с.

22. Глобус А.М. Почвенно-гидрофизическое обеспечение агроэкологических ( математических моделей. JL: Гидрометеоиздат., 1987. 428с.

23. Губер А.К., Лыжина М.В. Определение влагопроводности почвы вакуум-инфильтрометрами в полевых условиях. Почвоведение., 1999. 7:834-840 с.

24. Губер А. К. Дифференциальная пористость почвы: расчёт при усадке агрегатов и роль в процессе переноса влаги//11очвоведенне., 2001. 1:81-89 с.

25. Гумматов Н.Г., Пачепский Я.А. Современные представления о структуре почв и струкгурообразовании. Механизмы и модели. Пущино., 1991. 33 с.

26. Дмитриев Е. А., Макаров И. Б. О понятии «равновесная плотность почв». Почвоведение., 1993. 8:94-98 с.

27. Дмитриев Е.А., Щеглов В.Н. Напорное впитывание влаги-в вертикально слоистые% песчаные колонки (модельные опыты). Биологические науки., 1981. 11:91-95 с.

28. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. МГУ., 1995. 320 с .

29. Дмитриев Е.А. К генезису почв и почвенного покрова Владимирского ополья вблизи

30. Суздаля. Вестник Моск. ун-та. Сер. 17, почвоведение., 2000. 1:3-9 с.91

31. Дмитриев Е.А., Липатов Д.Н., Милановский ЕЛО. Содержание гумуса и проблема вторых гумусовых горизонтов в серых лесных почвах Владимирского ополья. Почвоведение., 2000. 1:6-15 с.

32. Добровольский Г.В., Шоба С.А. Растровая электронная микроскопия почв. М., 1978. 215 с.

33. Докучаев В. В. Сочинения.сборник т. 1-7 М.-Л., 1949-1957. 316 с.i! J I*

34. Долгов С, II. Исследования подвижности почвенной влаги и её доступности для растений. М.-Л., 1948. 205 с.

35. Дояренко А.Г. К изучению структуры почвы как соотношения некапиллярной и капиллярной скважинности и ее значение в плодородии почвы. Научно-агрономический журнал., 1924. 7-8:451-474 е.

36. Захаров С.А. Краткий курс практических занятий по почвоведению. Морфологические признаки, химический и механический состав фаз свойства. М., 1964. 62 с.

37. Зырин Н.Г., Орлов Д.С. Физико-химические методы исследования почв. М., изд-во Моск. Ун-та., 1964. 348 с.

38. Карпачевский Л.О. Динамика свойств почвы. М.: Геос., 1997. 168 с.

39. Качинский II.А.О структуре почвы, некоторых ее свойствах и дифференциальной порозности. Почвоведение., 1947. 6: 336-348 с.i г• '« I

40. Качинский H.A. Почва. Свойства и жизнь. М., СССР., 1956. 307 с.

41. Качинский H.A. Физика почвы., 1957.423 с.

42. Качинский H.A. Почвенно-Мелпоративные исследования Волго-Ахтюбинской поймы и дельты Волги. Сборник статей. М., Из-во Моск. Ун-та., 1958. 175 с.

43. Качинский H.A. Структура почвы (Итоги и перспективы изучения вопроса). М., 1963. 100 с.

44. Качинский H.A. Физика почвы, ч. 1. М.: Высшая школа., 1965. 323 с.

45. Кин Б.А. Физические свойства почвы. Пер.с англ. Журе В.П. и Нилидова И.Ю. под ред. Иоффе А.Ф. Л.-М., ГТТИ., 1933. 264 с.

46. Классификация и диагностика почв СССР. М. «Колос», под редакцией Егорова В.В., Фридланда В.М„ Ивановой E.H. и др., 1977. 222 с.

47. Ковда В.А. Почва и почвообразование. 1 том. М., Выш.школа., 1988. 400 с.

48. Корсунская Л.П. Гидродинамические и физические свойства почв. Диссертация на соискание кандидата биол. наук. МГУ им. М.В.Ломоносова, фак. Почвоведения., 1997, М., 160 с.

49. Лозе Ж., Матье К. Толковый словарь по почвоведению. М., "Мир"., 1998, 398 с.

50. Макеев А.О., Дубровина И.В. География, генезис и эволюция почв. Владимирского ополья. Почвоведение., 1990. 7:5-25 с.

51. Меерсон Г.М. Влияние агрегатного состава почвы на эффективность промывок засоленных земель. Химизация соц. Земледелия., 1936. 1-2:165-170 с,

52. Мильков Ф.Н. Природные зоны СССР. М. «Мысль»., 1964. 325 с.

53. Мичурин Б.Н. Энергетика почвепной влаги. Л.:Гидрометеоиздат., 1975. 19 с.

54. Нерпин С.В., Чудновский А.Ф. Физика почвы. Наука.,1967. 583 с.

55. Никулина М.В. Экспериментальное обеспечение и оценка точности модели влагопереноса в почвах с учётом макропорозности. Диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук., М: МГУ., 2001.126 с.

56. Орешкина Н.С. Статистические оценки пространственной изменчивости свойств почв. М„ Изд-во МГУ., 1988. 112 с.

57. Остряков А.Н. Несколько опытов вытеснения из почвы раствора жидкостью. Ученые записки Казанского университета. Отд. Наук., 1912. 1-6:1-5 с.

58. Парфёнова Е.И., Ярплова Е.А. Руководство к микроморфологическим исследованиям в почвоведении. М.: Наука., 1977. 115 с.

59. Пачепский Я.А. Математические модели физико-химических процессов в почвах. М.: Наука., 1990. 188 с.

60. Пачепский Я.А. Математические модели процессов в мелиорируемых почвах. М: Изд-во МГУ., 1992. 86 с.

61. Польский М.Н. К вопросу о порозности почвенных агрегатов. Почвоведение., 1949. 4:212-223 с.

62. Польский М.Н. О некоторых новых путях изучения порозности и структуры почвы // Почвоведение., 1955. 5: 29-43 с.

63. Понамарёва В.В., Плотникова Т.А. Гумус и почвообразование (методы и результаты изучения). Л. «Наука»., 1980. 222 с.

64. Путеводитель научных полевых экскурсий 3 съезда докучаевского общества почвоведов, М.:РАН докучаевское общество почвоведов, 2000. 58 с.

65. Роде A.A. Основы учения о почвенной влаге. Т.1,2, Л.: Гидрометеоиздат., 1965. 306 с.

66. Розанов Б.Г. Генетическая морфология почв. М.: МГУ., 1975. 294 с.

67. Розанов Б.Г. Морфология почв. Учебник для студен юв ВУЗОВ., 2004. 431 с.

68. Роуэлл Д. Почвоведение: методы и использование. М., "Колос"., 1998. 486 с.

69. Рубцова Л.П. О генезисе почвВладимирского Ополья. Почвоведение., 1974. 6:17-27 с.

70. Саноян C.B. Поверхностные явления ' в засоленных почвах и теория капиллярных методов регулирования их водного и солевого режима. Автореф. Дис. д.б.н., МГУ им. М.В.Ломоносова. М., 1979. 41 с.

71. Сапожников П.М., Скворцова Е.Б., Бганцов В.Н. Роль процессов замерзания-отгаивания в разуплотнении почв. Докл. ВАСХНИЛ., 1987. 9:12-15 с.

72. Сапожников П.М. , Прохоров А.Н. Подходы к расчёту показателей мониторинга физического состояния почв. Почвоведение., 1992. 9:52-63 с.

73. Сергеев Е.М. Грунтоведение. М., изд-во Мовк. Ун-та. М., 1959. 334 с.

74. Скворцова Е.Б., Морозов Д.Р. Микроморфометрическая классификация и диагностика строения порового пространства почвы. Почвоведение., 1993. 6:49-56 с.

75. Скворцова Е.Б. Микроморфометрия, порового пространства почвы и диагностика1. Ц V *спочвенной структуры. Почвоведение., 1994. 11: 42-49 с.

76. Скворцова Е.Б., Сапожников П.Н. Трансформация порового пространства уплотнённых почв в ходе сезонного промерзания и оттаивания. Почвоведение., 1998. 11:1371-1381 с.

77. Скворцова Е.Б. Строение порового пространства естественных и антропогенных почв. Диссертация на соискание ученой степени д. с-х. н. — Москва., 1999. 397 с.

78. Смирнова И.В. Структура порового пространства дерново-подзолистых и серых лесных почв. Диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук. М: МГУ., 2004, 121 с.

79. Тюлин А.Ф., Скляр А.И. Пористость почвенных агрегатов и механическое поглощение суспензий в почве. Сб.: "Физика почв в СССР" под ред. Долгова С.И., 1936. 18:100-105 с.

80. Тюрюканов А.Н., Быстрицкая T.JI. Ополья Центральной России и их почвы. М.:Наука., 1971.238 с.

81. Шеин Е.В., Берёзпи П.Н., Гудима И.И. Дифференциальная пористость почв. Почвоведение., 1988. 3:564-569 с.

82. Шеин Е.В., Иванов A.JI., Бутылкина М.А., Мазиров М.А. Пространственно-временная изменчивость агрофизических свойств комплекса серых лесных почв в условиях интенсивного сельскохозяйственного использования. Почвоведение., 2001. 5:578-585 с.

83. Шейп Е.В., Архангельская Т.А., Гончаров В.М., Губер А.К., Початкова Т.Н., Сидорова М.А., Смагин A.B., Умарова А.Б. Полевые и лабораторные методы исследования физических свойств и режимов почв. М.: Изд-во МГУ., 2001. 200 с.

84. Шеин Е.В., Кириченко A.B., Бутылкина М.А., Буева Ю.Н. Закономерности распределения иочвенно-геиетических и физических свойств комплекса серых лесных почв Владимирского ополья. Вестник Моск.Ун-та. Сер. 17 , почвоведение., 2002. 4:17-24 с.

85. Шеин Е.В. Курс физики почв из-во Моск. Ун-та., 2005. 432 с.

86. Шеин Е.В., Архангельская Т.А. Педотрансферные функции: состояние, проблемы, перспективы. Почвоведение., 2006. 10:1205-1217 с.

87. Щукин Е.Д., Перцова Н.В., Осипова В.И. и др. Физико-химическая механика природных дисперсных систем. М.: Изд-во МГУ., 1985. 266 с.

88. Якушевская И.В. Почвы Владимирского ополья. Диссертация н а сои екание ученой степени к.б. н. МГУ., 1956. 158 с.

89. Arya, L.M., Paris J.F. A physic empirical model to predict soil moisture characteristics fromi ' <particle-size distribution and bulk density data.', 1981. Soil Sei. Soc. 5:254-258 p.

90. Bartoli, F., Philippy R., Doirisse M., Niquet S., and Dubuit M. Structure and self-similarity in silt and sandy soils: the fractal approach. J. Soil Sei., 1991. 42:167-185 p.

91. Bell, M.A. and Vankeulen II. Soil pedotransfer functions for 4 Mexican soils. J. Soil Sei., Society of America., 1995. 59:865-871 p.

92. Bird, N.R.A. and Perrier E. The pore solid fractal model of soil density scaling European Journal of Soil Science., 2003. 54:467-476 p.

93. Bird N.R.A., Perrier E. & Rieu M. The water retention function for a model of soil structure with pore and solid fractal distributions. European Journal of Soil Science., 2000. 51:55—63 p.

94. Blake C. R. and Hartge K. H. Bulk density. Methods of Soil Analysis. Part 1, 2. Edn. Agron. Monogr. 9. ASA and SSSA, Madison. WI. .,''1986.' 537 p.

95. Books R.H. & Corey A.T. Hydrolytic properties of porous media. Hydrology Paper 3, Colorado State University. Fort Collins, Colorado U.S.A., 1964. 3:1246-1253 p.

96. Brewer R. and Sleeman J. R. Pedotubules: their definition, classification, and interpretation. European Journal of Soil Science., 1963. 1:156-166 p.

97. Brewer R. Fabric and mineral analysis of soils. J. Willey and sons. NY., 1964. 470 p.

98. Bronswijk J.J.B, Prediction of actual cracking and subsidence in clay soils. Nederlands Journal of Agricultural Science. 1989. 6:87-89 p.

99. Bronswijk J.J.B. and Evers-Vermeer J.J. Shrinkage of Dutch-clay soil aggregates. J. Soil , Sci., 1990. 2:177-178 p.

100. Chepil W.S. Methods of estimating apparent density of discrete soil grains and aggregates. ' Soil Sci., 1950. 70:351-362 p.

101. FAO. World reference base for soil resources. Available at http://www.fao.org/documents/showcdr.asp?urlfile=/docrep/W8594E/ W8594E00.htm (verified 20 Jan. 2006). FAO, Rome. 1998.

102. Fitzpatrick E. A. Micromorphology of Soils. Chapman and Hall,. London and New York., 1984. 433 p.

103. Gardner W.R. Some steady state solutions of the unsaturated moisture flow equation with application to evaporation from water table. Soil Sci., 1958. 85:228-232 p.

104. Johnson W.M., McCelland J.E., McCaleb S.B., Ulrich R., trees: A review. Inf. rep. O-X-413. Can. For. Serv., Sault Ste. Harper, and T.B. Hutchings. Classification and description Marie, ON. of soil pores. Soil Sci., 1960. 89:319-321^. •

105. Jongerius A. Morphologic investigation of the soil structure. Three field methods to characterize apparent macropore conductiv-Meded. Stricht. Bodemkartering. Bodem Stud., Wageningen, the ity. Soil Sci. Soc. Am. J. 1957. 58:278-284 p.

106. Keng J.C., Lin C.S. A two-line approximation of hydraulic conductivity for structured soils. Can. Agric. Eng., 1982. 24:77-80 p.

107. Kohnke H. Soil physics. McGraw-Hill, N.Y., 1968. 224 p.

108. Kubiena W.L. Micropedology. Ames. Iowa, Collegiate press., 1938. 137 p.

109. Kubiena W.L., The soil of Europe, London.,. 1952. 243 p.

110. Mandelbrot B.B. The fractal Geometry of Nature . W.H. Freeman, New York, 1983. 115 p.

111. Mayr T., and Jarvis N.J. Pedotransfer functions to estimate soil water retention parameters for a modified Brooks-Corey type model. Geoderma., 1999. 91:1-9 p.

112. Messing I., Jarvis N.J. Temporal variation in the hydraulic conductivity of a tilled clay soil as measured by tension infiUrometers. J. Soil Sci., 1993. 44: 11-24 p.

113. Ooslerveld M. and Chang C. Empirical relations between laboratory determinations of soil texture and moisture characteristic. Can. Agric. Eng., 1980. 22:149-151 p.

114. Pachepsky Ya.A., Timlin D., Varallyay G. Artificial neural networks to estimate soil water retention from easily measurable data. Soil Sci. Soc. Am. J., 1996. 60:727-733 p.

115. Perroux K.M. and White 1. Designs for disc permeameters. Soil Sci. Soc. Am. J., 1988. 5:1205-1215 p.

116. Philip J.R. Diffusion, dead end pores and linearized absorption in aggregated media. Ayst. J. Soil. Res., 1968. 6:21-80 p. \\ i-

117. Rawls W.J., Brakensiek D.L. and Saxton K.E. Estimation of soil water properties. Trans. ASAE, 1982. 25:1316-1320 p.

118. Rawls W.J., Brakensiek D.L., and Soni-B. Agricultural management effects on soil water processes. Part 1. Soil water retention and Green-Ampt parameters. Trans. ASAE., 1982. 26:17471752 p.

119. Rawls W.J., Gime'nez D. and Grossman R. Use of soil texture, bulk density and lope of the water retention curve to predict saturated hydraulic conductivity. Trans. ASAE., 1983. 41:983988 p.

120. Rieu M., and Sposito G. Fractal fragmentation, soil porosity, and soil water properties: I. Theory, II.Applications. Soil Sei. Soc. Amer. J., 1991. 55:1231-1244 p.

121. Saxton K.E., Rawls W.J., Romberger J.S. and Papendiek R.I. Estimating generalized soil-water characteristics from texture. SoilSci. Soc. Am. J., 1986. 50:1031-1036 p.

122. Schaap M.G., Bouten W. Modeling water retention curves of sandy soils using neural networks. Water Resour. Res., 1996. 32:3033-3040 p.

123. Schaap M.G., Leij F.J. and van Genuchten M.T. Rosetta: a computer program for estimating soil hydraulic parameters with hierarchical pedotransfer functions. Journal of Hydrology., 1998., 251(2001)163-176 p.

124. Schumacher W. Die Physic des Boden in ihren theoretischen und practischen Beziehungen zur Lanwirdschaft. Berlin, Wiegang & Hempel.,,1894. 505 p.

125. Tamari S., Wösten J.H.M., Ruiz-Suärez J.C. Testing an artificial neural network foripredicting soil hydraulic conductivity . Soil Sei. Soc. Am. J., 1996. 60:1732-1741 p.

126. Thomasson A.J. Towards an objective classification of soil structure. J.Soil Sei, 1978 29:3846 p.

127. Tomasella J., and Hodnett M.G. Estimating soil water retentioncharacteristics from limited data in Brazilian Amazonia. Soil Sei., 1998. 163:190-202 p.

128. Vaz C.M.P., Iossi M. de F. Naime J,de M., Macedo A., Reichert J.M., Reinert D. J. and Cooper M. Validation of the Arya and Paris Water Retention Model for Brazilian Soils. Soil Sei. Soc. Amer. J., 2005. 69:577-583 p.

129. Vereecken H., Maes J., Feyen J., and Darius P. Estimating the soil moisture retention characteristics from texture, bulk density and carbon content. Soil Sei., 1989. 148:389-403 p.

130. Wittmuss H.D., and Mazurak A.P. Physical and chemical properties of aggregates in a Brunizem soil. Soil Sei. Soc. Am. Proc., 1958. 22: 1-5 p.

131. Wooding R.A. Steady infiltration from a shallow circular pond. Water Resour. Res., 1968. 4:1259-1273 p.

132. Wösten J.H.M., Lilly A., Nemes A., and Le Bas C. Development and use of a database of hydraulic properties of European soils. Geoderma., 1999. 90:169-185 p.

133. Young I.M., and Crawford J.W. The fractal structure of soil aggregates: its measurement and interpretation. J. Soil Sei., 1991. 42:187-192 p.

134. Более дробное деление серых лесных почв осуществлялось: По наличию второго гумусового горизонта (ВГГ)

135. Для пахотных почв наличие под пахотным слоем горизонтов АЕ, А1т. Для целинных почв - наличие горизонта АЬ.

136. Наличие ВГГ отмечается в названии, при отсутствии умалчивается. Л^(вгг) - темно-серые лесные со вторым гумусовым горизонтом. Л^^гг) - серые лесные со вторым гумусовым горизонтом.

137. По наличию грунтового оглеения (в нижней части почвенного профиля). Наличие его отмечается в названии, при отсутствии умалчивается. ЛУ - темно-серые лесные глееватые. Л2Г - серые лесные глееватые.

138. По мощности осветленной толши (глубине видимого оподзаливания).

139. Нет видимых следов оподзоленности (осветленности) неоподзоленные (Л1'1).

140. Мощность не более 20 см мелко оподзоленные (Л|2>).

141. Мощность 20-50 см неглубоко оподзоленные (Л{3}).

142. Мощность более 50 см глубоко оподзоленные (Л{4>).1. По глубине вскипания.

143. Глубина сплошного вскипания более 250см не вскипающие (В1). Глубина вскипания от 100 до 250см - глубоко вскипающие (В2). Глубина вскипания менее 100см - высоко вскипающие (В3).

144. По освоенности (характеру землепользования). ', >1 »1 \ !

145. Выделен гор. Ар освоенные:используются в настоящее время в качестве пашни пахотные; являются залежными - залежные. Не выделен гор. Ар - целинные.1. Пахотный горизонт Ар.

146. Второй гумусовый горизонт АЬ.1. Р-25см аст Р-20см лет1. Р*ИОсм»ст ж Р"5сы-1.ст• Р»2,5сиаст

147. Интенсивность впитывания миф. N7р=30см ■ ст Р*20с* аст1. Р«10см ■ ст г р=5ш ■ ст1. Р»2,5сн «ст• Р=1еы в ст• Р»0 5о* ■ ст

148. Интенсивность впитывания инф. N4о1. ООО224 4:46 7:12 9 36час1. Горизонт ЕВ.

149. Интенсивность впитывания инф. N6

150. Интенсивность впитывания инф. N31. Р»25см астк Р=чОсы и стх Р-йсмвст• Р-2 5сы»ст1. Р«25см ест1. Р=20см ест1.х РМОсм.аст1. Инф.М81. Инф.Ы21. Т-1-1-1---о," "1-1 " " Г10 15 20 25 30 0 5 10 15 201. Р,см.в.ст. Р.см.в.ст.

151. Зависимость интенсивности впитывания от разрежения в пахотном горизонте.1. Ин(Ъ.М71. ИнфШт-г10 15 20 25 30 35 0 Р.СМ.В.СТ.

152. Зависимость интенсивности впитывания от разрежения в ВГГ.1. ИнфШ1. Инф.ЫЗ10 15 20 Р.СМ.В.СТ.15 20 Р.СМ.В.СТ.

153. Зависимость интенсивности впитывания от разрежения в переходном горизонте.

154. Описание расчётных функций использованных для получения ОГХ.

155. Регрессионные функции позволяющие получить коэффициенты аппроксимаций функции водоудерживания:

156. Рв = ехр5.34+0.185- С- 2.848- s 0.002- С2 - 0.044- S-s-0,6\l-C-s + + 0.001- S2 ■ ¿г2 - 0.009- С2-s2- 0.00001- S2 • С + 0.009- С2 -S- 0.0007- S2 ■£ + 0.000005- С2 • S - 0.5 • s • С2.,

157. А = lOO-expftf+^-C+c-iS2 +d-C-S2., B = e + f-C2+g-S2+g-C-S2,104б) при Рв>Р>-10кПа,1. Р = Ю-(<9-<910)-Рв)010 = ехРй-^о)2.302-\пА)~ Вгде