Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Физические основы фильтрационной и миграционной неоднородности почв

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Физические основы фильтрационной и миграционной неоднородности почв"

На правах рукописи

КИРДЯШКИН ПАВЕЛ ИВАНОВИЧ

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФИЛЬТРАЦИОННОЙ И МИГРАЦИОННОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ ПОЧВ (НА ПРИМЕРЕ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ ВЛАДИМИРСКОГО ОПОЛЬЯ)

Специальность 06 01 03 - агропочвоведение, агрофизика

□□31Т5847

М V » I «.миг

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 2007

003175847

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

Научный руководитель:

кандидат биологических наук, доцент

А Б Умарова

Официальные оппоненты.

доктор биологических наук кандидат биологических наук

В М Алифанов ДН Липатов

Ведущее учреждение.

Московская сельскохозяйственная академия им К А Тимирязева

Защита диссертации состоится V2007 г В 15 ч 30 мин в

аудитории М-2 на заседании диссертационного совета КУОг.оолоу при МГУ им М В Ломоносова по адресу 119992 Москва, ГСП-2, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ

Автореферат разослан 2-3 2007 года

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании диссертационного совета Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах просим направлять по адресу 119992 Москва, ГСП-2, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения, Ученый совет

Ученый секретарь диссертационного совета Л Г Богатырев

Актуальность История систематических исследований движения почвенной влаги и растворенных веществ, их влияние на почвообразовательный процесс, на физические и химические свойства почвы и др , насчитывает несколько десятилетий Широко известны работы Острякова (1912), Розова (1936), Волобуева (1941), Шиловой (1955, 1959, 1972), Кауричева (1960, 1986), Дмитриева (1971), Антипова-Каратаева (1961) и др Движение веществ в почве в растворенном виде - это сложный процесс, включающий в себя различные явления конвективный перенос, диффузию, гидродинамическую дисперсию, сорбцию Именно эти параметры являются базовыми для решения прогнозных задач по накоплению и перемещению различных веществ (питательных, загрязняющих и др ) в почвах, выносу за пределы почвенного профиля, возможности появления в грунтовых водах

При миграции веществ в почвах не все поровое пространство проводит влагу, и не вся поверхность почвенной массы задействована в процессах сорбции Почвенная толща, обладая высокой пространственной неоднородностью влагопроводящих свойств, будет неравномерно фильтровать влагу Многочисленными исследованиями установлено, что значительная часть влаги и растворенных веществ движется по преимущественным путям миграции воды с высокой скоростью Это весьма важный момент функционирования почв и выполнения ею экологической функции в ландшафте, т к возможен быстрый перенос воды, питательных и загрязняющих веществ в нижние слои почвенного профиля и за его границы Однако, до сих пор не ясны закономерности проявления этого явления при различных масштабах исследования (в масштабах отдельного почвенного образца, горизонта, всего почвенного профиля) Причем при вертикальном перемещении веществ большое значение имеют особенности перехода из одного горизонта в другой, т к явления на границах почвенных горизонтов могут выражаться в виде застоя, проскока или растекания влаги и др

Целью настоящей работы является исследование физических основ фильтрационной и миграционной пространственной неоднородности серых лесных почв Владимирского ополья

Задачи

1 Исследование физических и химических свойств серых лесных почв и серых лесных почв со вторым гумусовым горизонтом Владимирского ополья

2 Изучение особенностей движения влаги и растворенных веществ в лабораторных экспериментах в почвах нарушенного строения и почвенных монолитах разного размера Получение параметров массопереноса, статистик пространственного распределения влажности и плотности почв, концентраций веществ-меток в почвенных монолитах

3 Исследование явлений движения влаги и растворенных веществ в полевых модельных фильтрационных экспериментах методом встроенных секционных лизиметров Получение параметров массопереноса и статистик пространственного распределения влажности и плотности почв и концентраций веществ-меток в почвенных профилях

4 Исследование особенностей переноса влаги и веществ при смене вертикального движения влаги на латеральное в почвенных горизонтах и на их границах

Научная новизна В работе впервые показаны высокая пространственная неоднородность фильтрационной и миграционной способности почв на разных уровнях исследования - от агрегатного до профильного Обнаружено несовпадение получаемых гидрофизических и гидрохимических параметров массопереноса для почв насыпных образцов, монолитов разного размера и полевых лизиметров

Практическая значимость. Полученные материалы могут быть использованы при решении прогнозных задач почвоведения и экологии по возможности переноса загрязняющих веществ, выносу питательных веществ в нижние слои и в грунтовые воды быстрыми потоками влаги Гидрохимические параметры массопереноса для разных уровней исследования почв могут служить в целях физического обоснования математических моделей переноса веществ в структурных почвах, для прогноза миграции веществ в почвенном профиле и ландшафте в целом Результаты диссертационной работы используются при проведении спецкурсов для студентов 4 и 5 курсов кафедры физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ «Массо-, энергоперенос в почвах», «Почвенно-ландшафтное проектирование»

Апробация работы

Основные положения и результаты работы были доложены на следующих Международных, Всероссийских и Региональных съездах и конференциях V Докучаевские молодежные чтения (Санкт-Петербург, 2002); Международные конференции «Ломоносов-2002», «Ломоносов-2003» (Москва, 2002, 2003), Всероссийская конференция «Роль почвы в формировании естественных и антропогенных ландшафтов» (Казань, 2003), Всероссийская конференция «Фундаментальные физические исследования в почвоведении и мелиорации» (Москва 2003), IV съезд Докучаевского общества почвоведов, (Новосибирск, 2004), Всероссийская конференция «Экспериментальная информация в почвоведении теория, методы получения и пути стандартизации» (Москва, 2005), Всероссийская научно-практическая конференция «Почвоведение и агрохимия в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2006), Всероссийская конференция «Биоразнообразие экосистем внутренней Азии» (Улан-Удэ, 2006), Всероссийская конферения «Пространственно-временная организация почвенного покрова» (Санкт-Петербург, 2007), Международная конференция «Soil Science - Base for Sustainable Agriculture and Environment Protection» (София, 2007)

Публикации По теме диссертации опубликовано 12 работ

Объем работы Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, результатов экспериментов, заключения, выводов, списка литературы и приложений Работа изложена на страницах текста, содержит ¿Орисунков, g таблиц Список литературы включает ^¿источников, в том числе [JI на иностранных языках

Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю к б н А Б Умаровой, всем сотрудникам кафедры физики и мелиорации почв Благодарю свою семью за моральную поддержку и вдохновение

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

Фильтрационную и миграционную способность почв связывают с формированием преимущественных путей переноса влаги (preferential flow), характерных для почв, как насыщенных, так и не насыщенных влагой

Механизмы формирования гравитационного переноса влаги связывают с различными свойствами почв (Шеин Е В , Карпачевский Л О , 2003) с величиной межагрегатной порозности, формированием водных каналов и пальчатых структур, формированием стабильных путей фильтрации Е А Дмитриевым (1975) были выделены несколько типов движения влаги в почвах (1) фильтрационный тип, когда от источника увлажнения вода продвигается сплошным фронтом, последовательно впитывающиеся в почву порции воды распределяются по зонам, концентрически вложенными одна в другую Подобный тип характерен для однородного порового пространства В природе чаще наблюдается лишь некоторое приближение к данному типу увлажнения почвы, (2) инфлюкционный, когда вода мигрирует по крупным порам, трещинам и карманам разного происхождения, образуя языковатый фронт промачивания Основой стабильности путей миграции воды служит пространственная неоднородность почвенной толщи Вместе с почвенной влагой перемещаются вещества, которые могут сорбироваться почвенной толщей Явление адсорбции ионов в почве - сложный процесс, состоящий из стадий массопереноса и собственно адсорбции Поэтому возможность и интенсивность адсорбции будет определяться возможностью доставки сорбирующегося вещества к поверхности почвенных частиц, что в свою очередь зависит от скорости массопереноса

Многие исследователи указывали на доминантное значение макропор в переносе веществ в почвах (Антипов-Каратаев, 1961, Зайдельман, 1974) Возможность формирования преимущественных потоков воды была показана в модельных лабораторных опытах (Рачинский, 1981, Дмитриев, Щеглов, 1981) и полевых экспериментах (Дмитриев, Хохрина, 1981, Bouma etal, 1979, Умарова, Шеин, 2001, Шеин, Марченко, 2001), т е на разных уровнях организации почв

Проблема масштаба исследования отмечалась в работе Е А Дмитриева (1996) А Д Ворониным (1984) была предложена концепция иерархии уровней структурной организации почв, согласно которой выделяются несколько уровней молекулярно-ионный, уровень элементарных почвенных частиц, агрегатный, горизонтный, уровень

почвенного индивидуума и уровень почвенного покрова Исследования миграции и сорбции различных веществ проводят при помощи насыпных почвенных колонок, почвенных монолитов, лизиметрических установок и др Однако остается неясным, как осуществлять переход от одного уровня исследования почв к другому, насколько параметры, получаемые при исследовании миграции веществ для насыпных почвенных образцов и почвенных монолитов могут быть использованы при моделировании и прогнозе переноса веществ в почвенном профиле и почвенном покрове Кроме того, данные по свойствам отдельных генетическим горизонтам не позволяют описать процессы переноса влаги растворенных веществ во всей почвенной толще, особенно в текстурно-дифференцированных почвах

ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 2 1 Объект исследования

Почвенный покров Владимирского ополья отмечается высокой пестротой распределения физических и химических свойств представленных почв

Объектом исследования явились пахотные серые лесные почвы и серые лесные со вторым гумусовым горизонтом, являющиеся геохимически сопряженными в почвенном покрове Владимирского ополья Профиль пахотной серой лесной почвы следующий Апах (в целинных почвах—(А0-А1)) - Blt- B2t- B3t- BtC - С Верхний горизонт имеет кислую и нейтральную реакцию среды, содержание органического углерода в пахотных горизонтах колеблется в пределах от 1 до 2 2% зависит от вносимых удобрений и от подстилающего горизонта, почвенный поглощающий комплекс характеризуется слабой ненасыщенностью основаниями (Путеводитель к экскурсиям , 2000)

Профиль серых лесных почв со вторым гумусовым горизонтом имеет следующее строение Апах (в целинных почвах — (А0-А1)) - Ah- Blt - B2t-B3t-BtC - С Иногда выделяются оподзоленные горизонты Е, ЕВ или AhE

Определение физических свойств почв вели традиционными методами физики почв плотность почвы буровым методом, плотность твердой фазы почвы пикнометрически, гранулометрический состав методом пипетки по Качинскому с пирофосфатной диспергацией, агрегатный состав и водоустойчивость агрегатов по Савинову, порозность агрегатов керосиновым методом, влажность термостатно-

весовым методом, определение ОГХ методом тензиостатов и равновесием над насыщенными растворами солей (Вадюнина, Корчагина, 1986, Шеин и др, 2005) Средняя часть кривых ОГХ рассчитывалась в программе 11ЕТС по уравнению Ван Генухтена Общее содержание углерода в почвенных образцах определяли на газоанализаторе АН - 8012 Проведение фильтрационных лабораторных экспериментов и определение гидрохимических параметров вели согласно методике получения выходных кривых (Шеин и др, 2005), расчеты вели графическим методом и методом решения обратных задач в программе СБШМ Полевые фильтрационные эксперименты проводили с использованием секционных лизиметров и веществ меток, методика определения изложена в ряде статей (Шеин, Кухарук, 1997, Умарова, Шеин, 2001, Кирдяшкин и др , 2005)

Для исследования миграционной способности ионов калия и хлора на разных уровнях структурной организации почв был проведен ряд фильтрационных экспериментов в лабораторных и полевых условиях Были использованы почвенные колонки с насыпными образцами и монолитами, а также лизиметрические установки следующих размеров

1 Насыпные почвенные колонки, высотой 10 см и диаметром 4,6 см

2 Малые почвенные монолиты, высотой 10 см и диаметром 4,6 см

3 Большие почвенные монолиты, высотой 24 см и диаметром 16 см

4 Надлизиметрическая почвенная толща, размером 50x50x50 см

В лабораторных экспериментах почву предварительно капиллярно насыщали водой в течение суток, во избежание образования защемленного воздуха при интенсивной фильтрации раствора, затем влажность почвы была медленно доведена до состояния полной влагоемкости На поверхность почвы подавалась сначала дистиллированная вода до установления постоянной скорости фильтрации, затем резко, «ступенькой», 1М раствор КС1 с растворенным в нем крахмалом (декстритом) в концентрации 2 % На нижней границе фиксировали объем и время выхода порций фильтрата, в которых определяли концентрацию калия, хлора с целью получения выходных кривых ионов После завершения фильтрации почвенная колонка или почвенная толща разрезалась с шагом 2-10 см Поверхность срезов обрабатывалась раствором кристаллического йода для установления преимущественных путей фильтрации по крахмальной метке По сетке отбирались образцы почв, в водной

вытяжке которых было определено содержание калия фотометрически (Аринушкина, 1974) и хлора потенциометрически (Воробьева, 1998) Были определены коэффициенты активности иона хлора почвенных горизонтов для расчета концентрации элемента Для расчета сорбированного почвой калия были определены изотермы сорбции иона в области низких и высоких концентраций

ГЛАВА 3. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ ВЛАДИМИРСКОГО ОПОЛЬЯ

Серые лесные почвы Владимирского ополья интересны отчетливо выраженной разницей физико-химических свойств отдельных горизонтов почвенного профиля, что отражается в особенностях структуры и строении порового пространства Наименее уплотнены гумусовые горизонты (табл 1), причем самые низкие значения имеет второй гумусовый горизонт, располагающийся под пахотным, средняя плотность в котором составила 1,2 г/см3

Табл 1 Физико-химические свойства исследуемых горизонтов серой лесной почвы

Горизонт, (глубина, см) Рэ, г/см1 РЬ, г/см1 С, % Ил, % Содержание агроном ценных агр, % Водопроч-ность по Качинскому, % Порис тость общая, % Пористость агрегр, % Пористость, межагр %

Серая лесная почва

\пах(0-20) 2,66 1,33 1,78 17 17 27 50 33 25

В(30-40) 2,72 1,54 0,7 19 91 40 43 33 15

В(40-50) 2,70 1,52 н о 25 97 54 44 32 17

В(50-60) 2,69 1,48 н о 32 95 64 45 Н 0 н о

Серая лесная почва со вторым гумусовым горизонтом

Апах(0-20) 2,65 1,33 1,78 10 39 29 50 34 24

АЬ (30-40) 2,55 1,21 3,16 6 55 39 53 44 14

ЕВ (50-60) 2,74 1,45 0,56 23 26 29 47 40 11

Отчетливо выраженное различие в плотности твердой фазы каждого из горизонтов согласуется с содержанием углерода Второй гумусовый гор АИ выделяется и высокими значениями пористости, имеет наибольшую общую (53%) и агрегатную пористость (44%) Он обладает высокой микрооструктуренностью и водоустойчивостью агрегатов Гор ЕВ уплотнен и обладает самыми низкими значениями межагрегатной пористости Профиль почв дифференцирован по гранулометрическому составу, минимальное количество ила наблюдается в гор АЬ,

9

далее вниз по профилю наблюдается утяжеление гранулометрического состава Изотермы сорбции, представленные в виде зависимости количества сорбированного почвой калия от концентрации добавленного раствора (рис 1), полученные для трех генетических горизонтов в диапазоне концентраций от 0,0001 до 1 М, показывают близкие значения сорбирующей способности почвенных образцов гор Апах и В Выделяется гор АЬ, в котором калий сорбируется лучше при концентрациях выше

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Концентрация прилитого раствора, М/л

Рис 1 Изотермы сорбции гор Апах, АЬ, В серой лесной почвы

В данных почвах наблюдается и высокая пространственная неоднородность физических свойств, как в горизонтальном, так и в латеральном направлении Так, согласно работе Е В Шеина с соавторами (2000), размах значений плотности в пахотном горизонте составил - 1,06-1,83 г/см3 при медиане - 1,48 г/см3) и в горизонте гор АЬ (от 1,02 до 1,66 г/см3, при медиане - 1,38 г/см3) С увеличением глубины разброс значений плотности уменьшается, а само значение плотности увеличивается, достигая 1,63 г/см3 в гор ВСа Согласно исследованиям, указанных авторов, наибольший разброс значений Кф приходится на пахотный горизонт — от 0,07 до 5 мм/мин, медиана - 1,08 мм/мин С увеличением глубины разброс уменьшается, а средняя величина Кф увеличивается, достигая максимума в гор Вса - 9,1 мм/мин

Таким образом, каждый из генетических горизонтов имеет свой набор физико-химических свойств, отличный от других, что предполагает различия в фильтрационных и миграционных характеристиках

ГЛАВА 4. ОСНОВНАЯ ГИДРОФИЗИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА (ОГХ) КАК ОТРАЖЕНИЕ СТРУКТУРЫ ПОРОВОГО ПРОСТРАНСТВА.

Одной из характеристик порового пространства является ОГХ, а также полученный из дифференциальной кривой ОГХ расчет распределения пор по размерам. По форме кривых ОГХ отдельных горизонтов можно судить об особенностях переноса ионов в почве. Е.В.Шеин с соавторами (1995) отмечает, что ОГХ, полученная на тензиостате, располагается в области более высоких влажностей, чем ОГХ, полученная в полевых условиях. Этот факт объясняет неспособность образцов небольшого размера в лаборатории отразить специфику структуры порового пространства почвы в целом, в частности, макропоры. Т.е. интерпретация данных полученных из ОГХ должна быть связана с тем уровнем структурной организации почвы, на котором происходило исследование.

В области высоких значений рР кривая ОГХ гор. В располагается выше (рис.2),

7

рР 3

6

4

2

5

О

Апах

О

10

20

30

6, %

40

50

60

Рис.2. Основная гидрофизическая характеристика почвенных горизонтов Апах, АЬ, ЕВ, В.

чем для гумусированных гор. Апах и АЬ, что согласуется с содержанием в них ила, а при увеличении влажности иллювиальный гор.В, особенно при его оподзоливании,

способен удержать меньшее количество влаги, чем верхняя толща, что объясняется более высокими значениями плотности почв и уменьшением межагрегатной составляющей порового пространства вниз по профилю (табл 1)

При низких значениях рР<2, отчетливо выделяется гор АЬ значительным смещением кривой ОГХ вправо, т е способностью удерживать большие объемы влаги при увлажнении почв Именно в нем наблюдаются максимальные значения пористости Т к кривая ОГХ в дифференциальной форме позволяет рассчитать распределение пор по размерам, то количество макропор и мезопор выше в гор АЬ, и в тех монолитах, в составе которых присутствует данный горизонт Наибольшим количеством мелких пор обладают нижние горизонты и гор Апах Разница в соотношении пор разного размера отразилось на выносе ионов калия и хлора в фильтрационных экспериментах на почвенных монолитах

ГЛАВА 5 ПЕРЕНОС ИОНОВ КАЛИЯ И ХЛОРА В НАСЫПНЫХ ОБРАЗЦАХ ПОЧВ. ВЫХОДНЫЕ КРИВЫЕ.

Был проведен ряд лабораторных фильтрационных экспериментов с использованием веществ-меток ионов калия и хлора, соответственно положительно и отрицательно сорбирующихся Данные экспериментального определения концентрации вещества в вытекающем растворе принято представлять в виде выходных кривых (ВК) Наиболее распространенный вид ВК - это зависимость относительной концентрации иона на нижней границе почвенной колонки (С/С0) от такта (7) Такт - это безразмерный показатель количества смен порового раствора в почвенной колонке Форма ВК может служить качественной характеристикой структуры порового пространства Так, например, Л П Корсунской (1997) выделено 6 типов ВК, ее исследования показали, что ВК хлора «характеризует процесс переноса, сопровождающийся отрицательной адсорбцией мигранта», а ВК калия «описывает перенос вещества-мигранта, происходящий одновременно с взаимодействием мигранта с твердой фазой почвы - ионным обменом, сорбцией Особенностью данного случая является запаздывание выхода метки в фильтрат ВК смещается вправо»

Изучение процесса движения и переноса растворенных веществ начнем с варианта насыпных образцов, которые благодаря равномерной плотности может отражать

специфику процессов, происходящих на уровне агрегатов. Кроме того, подавляющее большинство экспериментов по изучению ВК проводится именно на насыпных образцах различной степени гомогенности. Почвенные колонки представляли собой насыпные образцы, создаваемая в них плотность почвы была близкой и имела значения около 1 г/см3. Для каждого горизонта исследования проводились в трех-четырех повторностях.

ВК ионов имеют классический Б-образный вид: постепенное возрастание концентарций элементов в порциях фильтрата. Выходные кривые иона калия расположены правее ВК хлорид-иона (рис.3), т.к. калий сорбируется почвой и медленнее достигает концентрации подаваемого на поверхность почвенной колонки раствора.

а) б)

Рис.3. ВК ионов хлора и калия гор. Апах (5-20 см).

Хорошие совпадения повторностей полученных кривых как по хлору, так и по калию для всех горизонтов свидетельствует о хорошей воспроизводимости эксперимента на данном уровне исследования почв. Несколько выделяются нижние иллювиальные горизонты некоторым разбросом ВК, что обусловлено более крупно-агрегированной структурой горизонта. По значениям скорости фильтрации (К) насыпные почвенные колонки относятся к среднему (гор. Апах) и средне-высокому (гор. АЬ и ЕВ) классам фильтрации (Шеин и др., 2005). Они являются близкими к медианным полевым значениям: 90 см/сут в пахотном и 130 см/сут в гор. В .

Гидрохимические параметры (табл.2) имеют близкие значения, размыв фронта движения ионов хлора, по значениям коэффициента гидродинамической дисперсии (¿5*) и шага смешения (/) относительно одинаков во всех образцах. Значения получились того же порядка, что и у Л.П.Корсунской (1997) на серых лесных почвах

Московского ополья, и значений, приведенных Я АПачепским (1990) для насыпных почв

Табл 2 Гидрохимические параметры для насыпных почвенных образцов

Горизонт V, м/сутки £>*, м2/мин Я, метр

Апах 0,9 1 10"4 0,2

АЪ и 8 10"5 ОД

ЕВ 1,3 9 10"5 0,1

Расчеты общей порозности показали очень близкие величины для всех насыпных колонок 61-64 % Смоделированная в колонках упаковка почвенных агрегатов разных генетических горизонтов в условиях одинаковой плотности, несмотря на разницу в размерах и форме агрегатов и значениях внутриагрегатной порозности, оказалась близкой по своим миграционным характеристикам

Таким образом, в насыпных почвенных образцах с однородным влагопроводящим пространством ВК ионов калия и хлора, а также физические и гидрохимические параметры их переноса являются характерными для серых лесных почв и близкими для всех исследованных генетических горизонтов

ГЛАВА 6. ПЕРЕНОС ИОНОВ КАЛИЯ И ХЛОРА В ПОЧВЕННЫХ МОНОЛИТАХ

6 1 Перенос ионов калия и хлора в малых почвенных монолитах.

Были проведены фильтрационные эксперименты на почвенных монолитах такого же размера, что и насыпные почвенные колонки Отбор монолитов вели в вертикальном направлении

ВК ионов хлора (рис 4) и калия отличаются от насыпных вариантов смещением их влево, что свидетельствует и более интенсивном выносе элементов Кроме того, ВК сорбирующейся и несорбирующейся меток в начале эксперимента расположены близко друг к другу, особенно в гор А11, что свидетельствует о преимущественном движении ионов по макропорам

Лучше остальных фильтровал гор АЪ В пахотном горизонте и в монолите гор ЕВ в двух колонках из трех повторностей скорость фильтрации была настолько низкой, что ВК ионов получить не удалось ВК для тех колонок, в которых

1.0 1

0,5 -

С/СО

0,0

1,0

0,5

0,0

-хлор ■ калий

б)

/

такт

с/со

12 3 4

Рис 4. ВК ионов калия п хлора для малых почвенных монолитов

а) Апах

б) А11

в) ЕВ

0 12 3 4

наблюдалась фильтрация имеют схожий характер, наблюдается плавное возрастание концентраций, и к третьему такту относительная концентрация хлора близка к 1. Обращает на себя внимание гор. АЬ, в котором выход ионов калия и хлора практически одновременный, в отличие от расходящихся кривых ионов хлора и калия на монолитах гор. Апах и ЕВ, хотя по коэффициенту сорбции АИ отличается повышенной сорбционной способностью к калию. В гор. АЬ наблюдались и самые высокие значения коэффициента фильтрации. Вероятно, во втором гумусовом горизонте в большей степени выражена конвективная составляющая массопереноса, осуществляемая по преимущественным путям движения влаги.

Рассмотрим параметры массопереноса (табл.3) в почвенных колонках-монолитах. Скорости фильтрации в образцах имеют близкие значения одного порядка, с максимумом в гор. АИ. Гидрохимические параметры также характеризуются малым разбросом значений в почвенных монолитах, коэффициент гидродинамической дисперсии несколько снижается в гор. Апах, а шаг смешения постепенно возрастает с глубиной.

Табл.3 Гидрохимические параметры малых почвенных монолитов.

Горизонт V, м/сутки £>*, м2/мин Я, метр

Апах(5-15) 1,3 5-10"4 0,5

АЬ(35-45) 1,7 МО"3 0,8

ЕВ-В(48-58) 0,9 1-Ю"3 1,9

Сравнительный анализ данных фильтрационных экспериментов на монолитах и насыпных образцах показал, что ВК иона хлора монолитов характеризуются быстрым выходом элемента в начале эксперимента, связанный с движением по макропорам Дальнейший выход иона по сравнению с насыпной почвой происходит со значительным его запаздыванием в связи с вовлечением в массоперенос все более тонких пор По величинам параметров массопереноса (£>*, Д) наблюдается более разнообразная картина в монолитах, чем в насыпных вариантах почв , причем минимальные значения гидрохимических параметров отмечаются в гор Апах, которые тем не менее в 5 раз превышают значения в насыпных образцах

6.2. Перенос ионов калия, хлора и водорастворимого крахмала и их пространственное распределение в больших почвенных монолитах

Для изучения внутрипочвенного распределения меток и особенностей ВК были проведены лабораторные фильтрационные эксперименты на почвенных монолитах большего размера высотой 25 см и диаметром 16 см После завершения фильтрации колонка разрезалась послойно через 2 см, по сетке отбирались почвенные образцы для изучения пространственного распределения влажности, плотности и содержания ионов Всего было исследовано 4 монолита, состоящих из следующих горизонтов (1) АПах, (2) Ah, (3) A,raX-Ah-EB, (4)Ah-EB

Проведенный фильтрационный эксперимент также показал различия в скорости фильтрации представленных монолитов Низкое значение Кф наблюдается в монолите гор Апах, несмотря на высокие величины межагрегатной порозности Наибольшее значение коэффициента фильтрации характерно для монолитов гор Ah и составило 500 см/сут

ВК, полученные для монолитов (рис 5), состоящих из отдельных гор Апах и Ah, показали одновременно быстрое возрастание содержания калия и хлора в порциях фильтрата, и до значений такта 0,4 — 0,45 ВК ионов не расходятся Особенно резкий рост концентраций наблюдается во втором гумусовом горизонте Это значит, что на начальной стадии фильтрации движение ионов осуществляется практически без стадии сорбции по самым крупным порам, непрерывным по всей длине монолита В дальнейшем расхождение ВК хлора и калия связано с вовлечением в массоперенос мелких пор, имеющих высокие значения удельной поверхности Т е в этот период большое влияние на перенос ионов начинает оказывать взаимодействие раствора и

твердой фазы. Происходит положительная сорбция калия и отрицательная сорбция хлора.

(ХТХТ1ХГСС

и**

Л****" г""***

калии -хлор

Рис. 5. Выходные кривые попов хлора и калия больших почвенных монолитов а) гор. Апах, б) гор. АЬ , в) АП1ц-АЬ-ЕВ , г) АЬ-ЕВ

Для монолитов, отобранных на границах почвенных горизонтов, характерно запаздывание выхода ионов в первых порциях фильтрата, расхождение ВК калия и хлора, что связано с особенностями фильтрационных и сорбционных свойств отдельных горизонтов и особенностей перехода горизонтов.

Послойное определение крахмальной метки показало, что пристеночный эффект переноса вещества отсутствует.

Были рассчитаны статистики внутримонолитного распределения влажности, плотности почв, концентраций веществ-меток: медианы, квартили и размах величин для каждого слоя. В пределах каждого слоя количество образцов составило 33 определения.

Внутрипочвенное распределение влажности и плотности показало, что данные характеристики имеют близкие значения в монолитах, состоящих из одного горизонта. Максимальное водоудерживание наблюдается в монолите гор. АЬ, что согласуется с ОГХ, полученной на образцах меньшего размера. Данный горизонт отчетливо выделяется по значениям влажности и плотности в монолитах, состоящих из разных горизонтов. На стыках генетических горизонтов заметно увеличивается квартальные значения влажности, наблюдаются высокие значения максимумов

относительно квартилей в гор АЬ и особенно в гор ЕВ Постепенное снижение плотности с глубиной по мере приближении к гор АЬ происходит в гор Апах, т к минимальные значения плотности характерны для гор АЬ, эта величина очень однородно распределена и в почвенном монолите

0-2 4-6 8-10 12-14 16-18

0-2 4-6 8-10 12-14 16-18 см

Рис 6 Послойное распределение медиан, квартилей, размаха а) К+ в монолите АЬ, б) К+ в монолите Апах- АЬ-ЕВ в) СГ в монолите АЬ, г) СГ в монолите Апах- АЬ-ЕВ

Послойное распределение ионов в монолитах неравномерное На всем протяжении почвенных колонок отдельных генетических горизонтов присутствуют участки, где калий, хлор, крахмал не обнаружены или имеют очень низкие значения, за исключением монолитов, отобранных на границах горизонтов (рис 6) Второй гумусовый горизонт, выделяется резким снижением содержания ионов с глубиной, и уже с середины колонки значения концентрации калия близки или равны нулю Одновременно данный горизонт характеризуется максимально высокими значениями выноса веществ

При смене горизонтов АИ на ЕВ в монолите 3 (рис. 6. б, г, рис 7.6) максимум веществ обнаруживается в гор. АЬ, это связано, как с его высокой сорбирующей и водоудерживающей способностью. Заметную роль играет взаимосвязь и преемственность путей из гор. АИ в гор. ЕВ. так на границе отмечена максимальная концентрация ионов калия в этом монолите, что прежде не фиксировали в других монолитах. Построение изоплет концентраций ионов по вертикальным срезам позволило обнаружить языковатую картину распределения элементов на границах горизонтов (рис.7).

Рис.7 Распределение концентраций ионов калия и хлора по вертикальным срезам в монолитах гор. А11 (а), Апах- АЬ-ЕВ (б).

Движение влаги замедляется от горизонта к горизонту, т.к. влагопроводящие пути по которым происходило основное конвективное перемещение элементов в одном горизонте лишь частично переходят в другой. Таким образом, на сорбционную способность почв большое значение оказывают как собственно сорбирующие свойства отдельных горизонтов, так и особенности смены горизонтов. Послойное распределение влажности и веществ не дает информации о реальном объеме движущейся влаги и растворенных веществ.

Табл.4 Гидрохимические параметры больших почвенных монолитов.

Горизонт V, м/сутки £>*, м2/мин Л, метр

Апах 0,01 810"5 1,3

АИ 5,20 2-10"2 5,0

Апах-АЬ-АЕ 1,70 610"5 0,3

АЬ-АЕ-ЕВ 0,03 3-Ю"4 0,2

Гидрохимические параметры (табл 4), рассчитанные для больших монолитов, выявили чрезвычайно высокие значения шага смешения, что является показателем быстрого движения ионов по устойчивым путям, причем количество выносимого вещества чрезвычайно высокое

ГЛАВА 7 ИЗУЧЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ВЛАГИ МЕТОДОМ ВСТРОЕННЫХ СЕКЦИОННЫХ ЛИЗИМЕТРОВ В полевых условиях в 2001 и 2002 году также были проведены фильтрационные эксперименты по изучению движения влаги и веществ-меток в серой лесной почве различной степени оподзоленности Для изучения концентраций поровых растворов на глубине 25-35 см от поверхности площадки устанавливался лизиметр, состоящий из 110 секторов На поверхность в круглую раму диаметром 16 см сначала подавалась вода для насыщения почвы (от 160 - 260 мм), затем 1М раствор КС1 с растворенным в нем 2%-ным крахмалом (от 50 - 110 мм) Затем после окончания фильтрации надлизиметрическую почвенную толщу срезали с шагом 5 см, Каждую площадку разбивали на сектора 3,5x3,5 или 7x7 см, в которых определяли плотность, сопротивление расклиниванию, влажность, измерялись содержание ионов К+ и СГ , зарисовывались крахмальные пятна Эксперимент был проведен на трех вариантах (1) исследовалась 25-см толща пахотного горизонта, (2) 25-см толща гор ЕВ, (3) 10 см слой гор АЬ, подстилаемый 15-см толщей гор ЕВ В 1-ом и во 2-ом вариантах профильтровалось около 30 мм раствора в лизиметр, в 3-ем влаги в лизиметре обнаружено не было, несмотря на значительный объем поданного на поверхность раствора Это вероятно связано со значительным латеральным током влаги по второму гумусовому горизонту, особенно в области перехода к гор ЕВ Об этом свидетельствует резкое возрастание площади крахмальных пятен на глубине 5 см Во всех вариантах максимальное содержание ионов калия и хлора наблюдается в верхних 5-10 см, однако отмечаются высокие концентрации элементов в отдельных точках нижних слоев пахотного горизонта и гор ЕВ характеризует явления проскока влаги

В 2005 г был проведен эксперимент с использованием рамы диаметром 50 см Исследуемая почвенная толща мощностью 50 см, состояла из пахотного горизонта до глубины 0-20 см, далее располагался гор АЬ В данном эксперименте на нижней границе также измерялась скорость фильтрации в отдельных секторах лизиметра и

определялась концентрация ионов в порциях фильтрата Это позволило построить ВК калия и хлора в полевом эксперименте для нескольких секций лизиметра

» Median I I 25%-75% ~Т~ Min-Max

0 12 0 12 Рис 8 Статистики послойного распределения содержания калия и хлора (г/100г) в надлизиметрической толще

Наблюдалось крайне неравномерное распределение объемов фильтрационных вод в секторах лизиметра в большинстве секторов лизиметра (более 90%) влаги не было обнаружено, а в некоторых она занимала значительные объемы (в одном секторе более 80% всего стока) Рис 8 отображает также высокую неоднородность распределения содержания калия и хлора в надлизиметреческой толщи На нижней границе гор Апах (30 см) наблюдается аккумуляция вещества Исследования содержания веществ проводились в первые сутки после прекращения фильтрации, поэтому картина их распределения в почве обусловлены быстрым перемещением гравитационной влаги Статистики послойного распределения плотности и влажности показывают неоднозначную картину квартальные значения подтверждают низкую неоднородность гор Ah, хотя размах распределения значителен, что, возможно, связано со значительным объемом крупных макропор

Табл 5 Гидрохимические параметры почвы лизиметра размеров 50x50x50 см

V, м/сутки D*, м2/мин Л, метр

0,9 5 8346

В табл 5 представлены гидрохимические параметры почв лизиметра, которые имеют чрезвычайно высокие значения Часть веществ-меток отмечена вне проекции лизиметра — отмечено растекание растворенных веществ в сторону С помощью крахмальных пятен был обнаружен поток веществ, который проходил вне

лизиметрической установки Данный факт подтверждает существование латеральных потоков в гор АЬ, причем существенное влияния они оказывают на границе с нижележащим гор ЕВ Необходимо отметить методический аспект использование во всех экспериментах помимо ионов в растворе 2% водорастворимого крахмала (декстрина), необходимо для индикации преимущественных путей, что намного облегчает работу исследователя по выбору площади и местоположению послойных площадок

Таким образом, движение влаги и растворенных веществ весьма неравномерно даже в условиях значительного насыщения почвенной толщи Явления быстрого переноса растворенных веществ на значительные глубины является характерным свойством структурных почв Быстрые процессы переноса влаги и растворенных веществ обусловлены не только свойствами отдельных горизонтов, но и их взаимным расположением

ГЛАВА 8 ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ЛАТЕРАЛЬНОЙ МИГРАЦИИ ВЛАГИ И ИОНОВ В СЕРЫХ ЛЕСНХ ПОЧВАХ.

Для изучения возможности перемещения влаги и растворенных веществ в латеральном направлении нами были проведены фильтрационные эксперименты на почвенных монолитах длиной 10 см и диаметром 4,6 см, отобранных в горизонтальном направлении Причем отбор производился в 2-х направления - по направлению увеличения мощности гор АЬ и поперек этой линии Повторность монолитов 2-5-кратная Всего было использовано 22 почвенных колонки

Фильтрация была обнаружена только для тех монолитов, в составе которых был гор АЬ или оподзоленный горизонт и только в одном из двух направлений - по понижению внутреннего рельефа гор АЬ В перпендикулярном направлении колонки-монолиты не фильтровали, за исключение гор АЬ, в котором она была очень низкой Обращает на себя внимание очень высокая фильтрация в горизонтальном направлении в гор АЬ, очень быстрый и одновременный выход калия и хлора, превышающий фильтрацию в вертикальном направлении

Для монолитов того же диаметра были определены ОГХ для 3-х направлений Обнаружены отличия кривых ОГХ во всех трех направлений, полученные данные по распределению пор по размеру свидетельствуют о потенциальном устойчивом поровом пространстве в горизонтальном направлении, особенно, в гор АЬ

Данный факт, конечно должен быть подтвержден большим количество экспериментальных данных. Однако полученные результаты дают возможность предположить вероятность смены вертикального направления влаги на латеральный в гор. АЬ, особенно, на стыке горизонтов.

Рнс.9. Профильное распределение содержания нона хлора (%) в 4 вертикальных

срезах.

Для исследования возможности латерального движения влаги и растворенных веществ был поставлен модельный полевой эксперимент. Сразу после весеннего снеготаяния во влажную серую лесную почву со вторым гумусовым горизонтом была установлена перфорированная труба диаметром 16 см (рис.9). В нее был подан насыщенный раствор KCl. После эксперимента в 4-х направлениях был зачищены вертикальные срезы, по площади которых были отобраны почвенные образцы, в них измерялось содержание ионов калия и хлора. Сопоставляя морфологическое описание и картины распределения ионов в срезах можно отметить, что в гор. Ah. расположенного на глубине 30(35)-45 см, происходит латеральное растекание раствора. Причем, необходимо обратить внимание на языковатость границы обнаружения веществ и на несимметричность картин их распределения в разных направлениях.

выводы

1 Исследование некоторых физических и химических свойств серых лесных почв и серых лесных почв со вторым гумусовым горизонтом показало, что профиль этих почв дифференцирован по плотности, гранулометрическому и структурному составам, коэффициенту фильтрации, содержанию органического углерода Гор АИ выделяется по повышенному (до 3-4%) содержанию углерода, высокой микроагрегированностью, агрегатной и межагрегатной порозностью и повышенному коэффициенту фильтрации, как в вертикальном, так и горизонтальном направлениях

2 В насыпных почвенных образцах с однородным влагопроводящим пространством ВК ионов калия и хлора образуют семейства ВК классического 8-образного вида с опережением (для СГ) и задержкой (для К+) выхода ионов, а физические и гидрохимические параметры переноса (коэффициент гидродинамической диффузии - 1,4-1,7 10'2 см2/сек, шаг смешения - 10-17 см) являются хорошо воспроизводимыми и близкими для всех исследованных генетических горизонтов

3 Для почвенных монолитов движение влаги и растворенных веществ в условиях малонапорной фильтрации происходит не по всему поровому пространству, а по отдельным влагопроводящим (преимущественным) путям Различие в ВК кривых для ионов С1 и К уменьшается, что особенно прослеживается в гор АЬ, где в наибольшей степени выражены преимущественные пути фильтрации (шаг смешения увеличивается в 7 раз, достигая 82 см)

4 Изучение ВК монолитов, представляющих переход между горизонтами, вьивило существенное влияние на параметры массопереноса не только свойств самих горизонтов, но и их взаиморасположения в профиле В этом случае максимальная концентрация ионов отмечена на границе второго гумусового горизонта и гор ЕВ Статистики плотности и влажности позволили отметить высокую неоднородность почвенных горизонтов по плотности, влажности в момент после фильтрационного равновесия и распределения веществ-меток

5 Исследование переноса влаги и растворенных веществ в масштабе педона в полевых условиях методом встроенных секционных лизиметров показало высокую вариабельность потоков веществ, наличие преимущественных потоков с чрезвычайно высокой скоростью фильтрации

6 Увеличение масштаба исследования - от почвенного образца к почвенному монолиту (горизонту) и почвенному профилю (педону) - приводит к увеличению доли преимущественных потоков (явлений «проскока иона»), что на высоких иерархических уровнях структурной организации почвы вызывает необходимость учета этого явления для расчета массопереноса при малонапорной фильтрации в структурных почвах

7 Проведенные исследования по изучению латерального движения показали существенность этого явления, особенно, на стыке горизонтов, где нижележащий горизонт менее водопроницаем

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Кирдяшкин ПИ Взаимосвязь физических и фильтрационных свойств серых лесных почв Владимирского ополья // Тезисы докладов V Докучаевских молодежных чтений «Сохранение почвенного разнообразия в естественных ландшафтах» Санкт-Петербург 2002 С 127

2 Кирдяшкин П И Фильтрационная и сорбционная неоднородность серой лесной почвы Владимирского ополья// Тезисы докладов IX Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2002» Москва 2002 С 55

3 Умарова А Б , Кирдяшкин П И, Иванова Т В Исследование вертикального переноса влаги в дерново-подзолистых и серых лесных почвах // Всероссийская конференция «Роль почвы в формировании естественных и антропогенных ландшафтов», Казань, Изд-во «Фэн», 2003, С 89-92

4 Умарова А Б , Иванова Т В, Кирдяшкин П И Динамика физических свойств на разных уровнях исследования почв в длительном лизиметрическом эксперименте // Труды всероссийской конференции «Фундаментальные физические исследования в почвоведении и мелиорации» 22-25 декабря 2003 г , Москва 2003, С 132-134

5 Умарова А Б , Шеин Е В , Кирдяшкин П И , Иванова Т В Фактор времени в изучении почвенных свойств и процессов прямые лизиметрические исследования // Материалы IV съезда Докучаевского общества почвоведов, Новосибирск, 2004, Наука-Центр, книга 1 2004, С 217

6 Умарова А Б , Банников М В , Бутылкина М А, Кирдяшкин П И, Иванова Т В Специфические особенности биосферной функции почвенного покрова, как природной среды переноса веществ // Биосферные функции почвенного покрова Тезисы докладов конференции 15-17 февраля 2005 г Пущино, 2005 С 95

7 Умарова А Б , Кирдяшкин П И, Самойлов А А Особенности вертикального движения влаги и растворенных веществ в горизонтах и профиле структурных почв // Экология речных бассейнов Изд-во Владимирского государственного университета 2005 С 130-133

8 Кирдяшкин П И , Умарова А Б , Железова С В Особенности использования встроенных лизиметров при изучении движения воды и растворенных веществ в почвах // Труды Всероссийской конференции «Экспериментальная информация в почвоведении теория, методы получения и пути стандартизации» МГУ, 2005 Изд-во Россельхозакадемии С 195-197

9 Умарова А Б, Кирдяшкин П И, Железова С В, Банников М В Пространственно-временные аспекты движения влаги и растворенных веществ в почвах// Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Почвоведение и агрохимия в XXI веке», Санкт-Петербург, 2006, С 203-204

10 Умарова А Б, Иванова Т В, Кирдяшкин П И Исследования преимущественных потоков влаги в почвах методом лизиметров // Современные проблемы повышения плодородия почв и защиты их от деградации Материалы международной научно-практической конференции и III съезда Белларусского общества почвоведов 27-29 июня 2006 Минск, 2006, С 254-256

11 Умарова А Б, Шеин Е В, Архангельская Т А, Кирдяшкин П И Пространственная организация преимущественных потоков веществ в комплексном почвенном покрове // Тезисы Всероссийской конференции «Биоразнообразие экосистем внутренней Азии» Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН,Улан-Удэ, 5-10 сентября 2006, С 68-70

12 Умарова А Б , Иванова Т И, Кирдяшкин П И Гравитационный поток влаги и его роль в эволюции почв прямые лизиметрические исследования // Вестник ОГУ, 2006, №6, т 2, С 103-110

Отпечатано в типографии ООО «Гипрософт» г Москва, Ленинский пр-т, д 37А Тираж 120 экз Подписано в печать 11 09 07 г

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Кирдяшкин, Павел Иванович

Введение

Глава 1. Состояние проблемы

1.1. Иерархия структурных уровней организации почвы

1.2. Пространственная неоднородность свойств почв

1.3. Движение влаги и растворенных веществ в почве

1.3.1. Особенности движения воды в почве

1.3.2.Сорбция и миграция растворенных веществ в почвах

1.3.3. Основные гидрохимические параметры переноса веществ в почве

1.4. Фильтрационные (колоночные) эксперименты как метод изучения процессов переноса веществ в почвах

Глава 2. Объекты и методы исследования 46 2.1.0бъекты исследования

2.2. Владимирское ополье: почвенно-географические условия

2.3. Методы исследования

Глава 3. Физические и химические свойства серой лесной почвы Владимирского ополья

Глава 4. Основная гидрофизическая характеристика почв (ОГХ) как отражение структуры порового пространства.

Глава 5. Перенос ионов калия и хлора в насыпных образцах почв. Выходные кривые.

Глава 6. Перенос ионов калия и хлора в почвенных монолитах

6.1. Перенос ионов калия и хлора в малых почвенных монолитах

6.2. Перенос калия, хлора и водорастворимого крахмала и их пространственное распределение в больших почвенных монолитах

Глава 7. Изучение движения влаги методом встроенных секционных лизиметров 89 8. Исследование особенностей латеральной миграции влаги и ионов в серых лесных почвах 94 Выводы 98 Список литературы 100 Приложения

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Физические основы фильтрационной и миграционной неоднородности почв"

Актуальность. История систематических исследований движения почвенной влаги и растворенных веществ, его влияния на почвообразовательный процесс, на физические и химические свойства почвы и др., насчитывает несколько десятилетий. Широко известны работы Острякова (1912), Розова (1936), Волобуева (1941), Шиловой (1955, 1959, 1972), Кауричева (1960, 1986), Дмитриева (1971), Антипов-Каратаева (1961) и др. Движение веществ в почве в растворенном виде - это сложный процесс, включающий в себя различные явления: конвективный перенос, диффузию, гидродинамическую дисперсию, сорбцию. Именно эти параметры являются базовыми для решения прогнозных задач по накоплению и перемещению различных веществ (питательных, загрязняющих) в почвах, их выносу за пределы почвенного профиля, возможности появления в грунтовых водах.

При миграции веществ в почвах не все поровое пространство проводит влагу, и не вся поверхность почвенной массы задействована в процессах сорбции. Почвенная толща, обладая высокой пространственной неоднородностью влагопроводящих свойств, будет неравномерно фильтровать влагу. Многочисленными исследованиями установлено, что значительная часть влаги и растворенных веществ движется по преимущественным путям миграции с высокой скоростью. Это весьма важная особенность функционирования почв и выполнения ими экологической функции в ландшафте, т.к. она является предпосылкой быстрого переноса воды, питательных и загрязняющих веществ в нижние слои почвенного профиля и за его границы. Однако до сих пор не изучены закономерности этого явления при различных масштабах исследования (в масштабах отдельного почвенного образца, горизонта, всего почвенного профиля). Кроме того, до настоящего времени не учитывались особенности перехода из одного горизонта в другой при перемещении веществ, которые по своему значению сопоставимы со свойствами каждого отдельно взятого горизонта (граничные явления могут выражаться в виде застоя, проскока, растекания влаги и др.).

Научная новизна. В работе впервые показаны высокая пространственная неоднородность фильтрационной и миграционной способности почв на разных уровнях исследования - от агрегатного до профильного. Обнаружено несовпадение получаемых гидрофизических и гидрохимических параметров массопереноса для насыпных почвенных образцов, монолитов разного размера и почв в полевых условиях.

Практическая значимость. Полученные материалы могут быть использованы при решении прогнозных задач почвоведения и экологии по определению возможности переноса загрязняющих веществ, а также выноса быстрыми потоками влаги питательных веществ в нижние слои почвенного профиля и в грунтовые воды. Гидрохимические параметры массопереноса, полученные для разных уровней исследования почв, могут быть использованы для физического обоснования математических моделей переноса веществ в структурных почвах.

Целью настоящей работы является исследование физических основ фильтрационной и миграционной пространственной неоднородности серых лесных почв Владимирского ополья.

Задачи:

1. Исследование физических и химических свойств серых лесных почв и серых лесных почв со вторым гумусовым горизонтом.

2. Изучение в лабораторных экспериментах особенностей движения влаги и растворенных веществ в почвах нарушенного строения и почвенных монолитах. Получение параметров массопереноса, статистик пространственного распределения влажности и плотности почв, концентраций веществ-меток в почвенных монолитах.

3. Исследование движения влаги и растворенных веществ в полевых условиях методом встроенных секционных лизиметров. Получение параметров массопереноса и статистик пространственного распределения влажности и плотности почв и концентраций веществ-меток в почвенных профилях.

4. Исследование особенностей переноса влаги и веществ в почвенных горизонтах и на их границах при смене вертикального движения на латеральное.

Публикации. По теме диссертации опубликованоработ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на страницах, включаеттаблиц и рисунков; состоит из введения, глав, выводов, списка литературы, включающего наименований, и приложения.

Работа выполнена на кафедре физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ. Полевые результаты получены в течение 2001-2006 гг. в составе почвенно-физической экспедиции кафедры физики и мелиорации почв в Суздальском районе Владимирской области на опытном участке Владимирского НИИ сельского хозяйства.

Заключение Диссертация по теме "Агропочвоведение и агрофизика", Кирдяшкин, Павел Иванович

Выводы:

1. Исследование некоторых физических и химических свойств серых лесных почв и серых лесных почв со вторым гумусовым горизонтом показало, что профиль этих почв дифференцирован по плотности, гранулометрическому и структурному составам, коэффициенту фильтрации, содержанию органического углерода. Гор. АЬ выделяется повышенным (до 3-4%) содержанием углерода, высокой микроагрегированностью, агрегатной и межагрегатной порозностью и повышенным коэффициентом фильтрации, как в вертикальном, так и горизонтальном направлениях.

2. В насыпных почвенных образцах с однородным влагопроводящим пространством выходные кривые ионов калия и хлора образуют семейства ВК классического 8-образного вида с опережением (для СГ) и задержкой (для К+) выхода ионов, а физические и гидрохимические параметры переноса (коэффициент гидродинамической диффузии - 1,4^-1,7 10" см/сек, шаг смешения - 10-И 7 см) являются хорошо воспроизводимыми и близкими для всех исследованных генетических горизонтов.

3. В почвенных монолитах движение влаги и растворенных веществ в условиях малонапорной фильтрации происходит не по всему поровому пространству, а по отдельным влагопроводящим (преимущественным) путям. Различие в ВК кривых для ионов С1 и К уменьшается, что особенно прослеживается в гор. АЪ, где в наибольшей степени выражены преимущественные пути фильтрации (шаг смешения увеличивается в 7 раз, достигая 82 см).

4. Изучение ВК монолитов, представляющих переход между горизонтами, выявило существенное влияние на параметры массопереноса не только свойств самих горизонтов, но и их взаиморасположения в профиле. В этом случае, максимальная концентрация ионов отмечена на границе второго гумусового горизонта и гор. ЕВ. Статистики плотности и влажности позволили отметить высокую неоднородность почвенных горизонтов по плотности и влажности в момент после фильтрационного равновесия.

5. Исследование переноса влаги и растворенных веществ в масштабе педона в полевых условиях методом встроенных секционных лизиметров показало высокую вариабельность потоков веществ, наличие преимущественных потоков с чрезвычайно высокой скоростью фильтрации.

6. Увеличение масштаба исследования - от почвенного образца к почвенному монолиту (горизонту) и почвенному профилю (педону) -приводит к увеличению доли преимущественных потоков (явлений «проскока иона»), что на высоких иерархических уровнях структурной организации почвы вызывает необходимость учета этого явления для расчета массопереноса при малонапорной фильтрации в структурных почвах.

7. Проведенные исследования по изучению латерального движения показали существенность этого явления, особенно, на стыке горизонтов, где нижележащий горизонт менее водопроницаем

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата биологических наук, Кирдяшкин, Павел Иванович, Москва

1. Агрофизическая характеристика почв Нечерноземной зоны Европейской части СССР. М., "Колос", 1976, 368 с.

2. Айдаров И.П. О детальности определения параметров переноса солей.-Гидротехника и мелиорация, 1974, № 12, с.71-74.

3. Алифанов В.М., Лошакова H.A. Водный режим серых лесных почв.//Почвоведение, 1981, №4, стр.58-70.

4. Алифанов В. М. Палеокриогенез и современное почвообразование. Пущино, ОНТИПНЦРАН, 1995,318 с.

5. Антипов-Каратаев И.Н. О теории и практике мелиорации солонцов в условиях орошения. / Труды Почвенного Института им. В.В. Докучаева, -т. 24.-М., 1940.-С. 7-65.

6. Антипов-Каратаев И.Н., Цюрупа И.Г. О формах и условиях миграции веществ в почвенном профиле.//Почвоведение, 1961, №8, стр. 1-11.

7. Апарин Б.Ф., Савельева Т.С. Внутрипочвенный сток как фактор формирования структуры почвенного покроваУ/Почвоведение, 1993, №9, с. 116-119

8. Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв.// М.: Изд. Моск. ун-та, 1970,486 с.

9. Архангельская Т.А. Генезис сезоннопромерзающих серых лесных почв со вторым гумусовым горизонтом // Криосфера Земли, 2003, т. VII, №1, с. 39-48.

10. Архангельская Т.А., Бутылкина М.А., Мазиров М.А., Прохоров М.В. Элементы функционирования пахотных почв палеокриогенного комплекса Владимирского ополья//Почвоведение, 2006

11. И. Афанасьева Т.В., Василенко В.И., Терешина Т.В., Шеремет Б.В. Почвы СССР.//М.: Мысль, 1979, с. 145-152.

12. Бадов В.В., Киселев A.A. Модели геофильтрации М., 1985. Гидрогеол. и инж. геология: Обзор//ВНИИ экон. минер, сырья и геол.- развед. работ. ВИЭМС. - 51с.

13. Брилинг И.А. Нитратное загрязнение подземных вод удобрениями. М., 1985. Гидрогеол. и инж. геология: Обзор//ВНИИ экон. минер, сырья и геол.-развед. работ. ВИЭМС. - 49с.

14. Бэр. Я., Заславски Д., Ирмей С. Физико-математические основы фильтрации воды.//М.: Мир, 1971.- 452.

15. Вадюнина А. Ф., Корчагина 3. А. Методы исследования физических свойств почв.// Агропромиздат — М., 1986,416 с.

16. Величко А. А., Морозова Т. Д., Нечаев В. П., Порожнякова О. М. Палеокриогенез, почвенный покров и земледелие. М., "Наука", 1996, 148 с.

17. Величко А. А., Морозова Т. Д., Нечаев В. П., Порожнякова О. М. Позднеплейстоценовый криогенез и современное почвообразование в зоне южной тайги (на примере Владимирского ополья). Почвоведение. №9, 1996, с. 1056-1064.

18. Веригин H.H. Некоторые вопросы химической гидродинамики, представляющие интерес для мелиорации и гидротехники. Изв. АН СССР. Отд. техн. Наук, 1953, № 10, с. 1369-1382.

19. Волобуев В.Р. О некоторых вопросах теории промывок засоленных почв. -Почвоведение, 1941, № 5, с. 20-31.

20. Вологжанина Т. В. Зонально-провинциальная принадлежность территории Владимирского ополья // Научные основы повышения плодородия почв. Пермь, 1982, с.82-86.

21. Воробьева JI.A. Химический анализ почв.// М.:МГУ, 1998.

22. Воронин А.Д. Основы физики почв.// М.,1986

23. Воронин А.Д. Структурно-функциональная гидрофизика почв.// М., 1979

24. Галанин М.П., Тихонов И.А. Математическое моделирование движение солей в почвах по опытным данным.// Почвоведение, 1985, №8, с. 131-136.

25. Глобус A.M. Экспериментальная гидрофизика почв. JL, 1969.

26. Гоголев А.И., Таргульян В.О. Переходные горизонты почв с глинисто-дифференцированным профилем как результат процессов педогенной дифференциации//Почвоведение, 1994, №6, с. 5-14.

27. Голованов А.И., Зейлнгер A.M. Определение оптимального объема изысканий параметра гидродинамической дисперсии. Тр. МГМИ, т. 65. М., 1981, с. 61-69.

28. Гуматов Н.Г., Пачепский Я.А. Современные представления о структуре почв и структурообразовании. Механизмы и модели.// Пущино, 1991.- 33с.

29. Докучаев В. В. Дороже золота русский чернозем. М.: Изд-во МГУ 1994г. 540 с.

30. Дмитриев Е.А., Манучаров A.C. Об асимметрии в распределении водопроницаемостей. Почвоведение, 1967, №5, с. 46-54.

31. Дмитриев Е.А. К методике полевого изучения путей передвижения в почве жидкой влаги.// Научные доклады Высшей школы. Биологические науки, 1971, №5.

32. Дмитриев Е.А., Хохрина Т.К. О путях передвижения впитывающейся в почву влаги.// Проблемы с/х науки в Моск. Ун-те, сборник статей, МГУ, 1975, с. 123-125.

33. Дмитриев Е.А., Щеглов В.Н. Напорное впитывание влаги в вертикальные слоистые песчаные колонки (модельный опыты).// Биологические науки, 1981, №11, с. 91.

34. Дмитриев Е.А. О почвенных горизонтах.// Почвоведение, 1983, №7.

35. Дмитриев Е.А., Щеглов В.Н., Басевич В.Ф. Характер миграции воды во влажных почвах.// Почвоведение, 1985, №8, с. 61-66.

36. Дмитриев Е. А. Математическая статистика в почвоведении. М.: Изд. Моск. ун-та, 1995, 320 с.

37. Дмитриев Е.А. Водный режим почвенных тел разной мерности.// Почвоведение, 1995, №5, с. 1479-1486.

38. Дмитриев Е. А., Липатов Д. Н., Милановский Е. Ю. Содержание гумуса и проблема вторых гумусовых горизонтов в серых лесных почвах Владимирского ополья // Почвоведение, 2000, № 1, с. 6-15.

39. Дмитриев Е.А. К генезису почв и почвенного покрова Владимирского ополья вблизи Суздаля // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2000. № 1.С. 3-9.

40. Зайдельман Ф.Р. Подзоло- и глееобразование. М.: Наука, 1974,207 с

41. Дядькина С.Е. Пространственная изменчивость водопроницаемости

42. Зейлигер A.M., Воронин А.Д. Моделирование структуры порового пространства почв.//Почвоведение, 1988, №4, с 49-59.

43. Еремин А. С. Агрохимическая характеристика серых лесных почв Владимирского ополья. Автореф. дис. канд. с.-х. наук. М., 1967,37 с.

44. Качинский H.A. Физика почв. 4.1.М. ¡Высшая школа. 1965.

45. Кесов E.H., Тюрюканов . Пространственная неоднородность и временная изменчивость химических свойств почв в экологическом отношении и ее значение для природоохранной практики.//1983

46. Корсунская Л.П. Гидродинамические и физические свойства почв. Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук.// Пущино, 1997.- 120с.

47. Корсунская Л.П., Мелешко Д.П., Пачепский Я.А. О фильтрационной гетерогенности и конвективно-дисперсионном массопереносе в почвах.// Почвоведение, 1986, №7, с. 42-51.

48. Корсунская Л.П., Шеин Е.В. Влияние плотности и скорости фильтрации на массоперенос в почвах.// Вест.Моск.Ун-та.,сер.17, Почвоведение, 2001, №2.

49. Леонова A.A., Шеин Е.В., Горбатов B.C. Миграция гербецида метрибузина в почве: лизиметрические исследования в моделирование.// Почвоведение, 2003, №6, с. 745-753.

50. Липатов Д. Н. Профиль плотности серых лесных почв Владимирского ополья // Вестник МГУ, Сер. 17,1999, № 2, с. 32-37.

51. Макеев А.О., Макеев О.В. Почвы с текстурно-дифференцированным профилем основных криогенных ареалов севера Русской равнины. Пущино. ОНТИ НЦБИ АН СССР. 1989. 272 с.

52. Макеев А. О., Дубровина И. В. География, генезис и эволюция почв Владимирского ополья. Почвоведение 1990, №7, с.5-25.

53. Меерсон Г.М. Влияние агрегатного состава почвы на эффективность промывок засоленных земель. Химизация соц. Земледелия, 1936, № 2-3, с. 165-170.

54. Мельникова М.К., Фрид A.C., Заманмурад X. О передвижении воды и меченого хлористого натрия в слоистых почвах.//Материалы объединенной сессии ВАСНИЛ и АН Узбекской ССР по вопросам мелираций. Ташкент: ФАН. 1967. С.161-171.

55. Мешалкина Ю.Л. Геостатистика как инструмент исследования пространственной вариации почвенных свойств. // Масштабные эффекты при исследовании почв.- М.: Изд-во МГУ. 2001. с.153-162.

56. Мильков Ф. И. О природе ополий на Русской равнине // Вопросы регионального ландшафтоведения и геоморфологии. Львов, Изд-во Львовского ун-та вып. 8,1964, с.20-27.

57. Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф., Зенова Г.М., Скворцова И.Н. Влияние применения средств химизации на агрохимические и микробиологические свойства дерново-подзолистой почвы// Агрохимия, 1998, №5, с5-12.

58. Мироненко Е.В., Пачепский Я.А. Водная миграция ионов и солей в почвах. Линейные модели. Экомодель № 3. Пущино, 1981, с. 62.

59. Михович А.И. Метод контроля инфлюкции.// Почвоведение, 1961, №8, с. 103-106.

60. Моделирование гидрогеохимических процессов и научные основы гидрогеохимических прогнозов.// М.: Наука, 1985.-152с.

61. Модель адаптивно-ландшафтного земледелия Владимирского Ополья/Под редакцией академиков РАСХН В.И.Кирюшина и А.Л.Иванов.-М.: «Агроконсалт», 2004. -456с.

62. Морозов А.Т. Закономрности передвижения раствора в почвах и грунтовых водах. Тр. VIII сессии АН ТуркмССР. Ашхабад, 1956, с. 239-263.

63. Нариманидзе Э.И. Особенности диффузии солей в почвах. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук.// М.:МГУ, 1993. -26с.

64. Остряков А. НЪСКОЛЬКО ОПЫТОВЪ ВЫТЪСНЕШЯ ИЗЪ ПОЧВЫ РАСТВОРА ЖИДКОСТЮ.//Казань, 1912.

65. Пакшина С.М. Передвижение солей в почве.// М.: Наука, 1980.

66. Пачепский Я.А. Математические модели процессов в мелиорируемых почвах.// Изд. Московского Университета, 1992.- 85с.

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

68. Пачепский Я.А., Понизовский A.A. О расчете активностей ионов в почвенных растворах// Почвоведение, 1980, №1, с. 52-61.

69. Петрова З.М., Остапенко Н.С., Глобус A.M. Исследование движения солей через водонасыщенные почвенные колонки.// Почвоведение, 1990, №6,стр. 122-127.

70. Полевые и лабораторные исследования физических свойств и режимов почв: Методическое руководство// Под ред. Е.В. Шеина М.: Изд-во МГУ, 2001.-200с.

71. Польский M. Н. К вопросу о порозности почвенных агрегатов // Почвоведение, 1949, № 4, с. 212-223.

72. Пинский Д.Л. Ионообменные процессы в почвах.// Пущино, 1997. -166с.

73. Рачинский B.B. Основы общей теории динамики сорбции и хроматографии.// Известия ТСХА, физика-химия, 1959,№4, стр.187-196, №6, стр.201-204.

74. Рачинский В.В., Фокин А.Д., Талдыкин С.А. Радиоиндикаторное определение переноса влаги по профилю почвы.// Почвоведение, 1981, №3, стр.65-70.

75. Роде A.A. Почвенная влага. М.: Изд-во АН СССР, 1952.

76. Розанов Б. Г. Морфология почв. М., 1983.

77. Розанов Б. Г. Морфология почв. М., 2004.

78. Розов Л.П. Мелиоративное почвоведение// М.: Сельхозгид, 1936. -495 с.

79. Рубцова Л. П. О генезисе почв Владимирского ополья. Почвоведение. 1974, №6, с. 17-27.

80. Рыжов И.М. Математическое моделирование почвенных процессов. М.: Изд-во МГУ, 1979.253 с.

81. Самсонова В.П., Дмитриев Е.А., Ковалева В.Л. Динамика структуры пространственной вариабельности свойств почв. // Структура почвенного покрова. М.: 1993, с.240-242.

82. Смагин A.B. Режимы функционнирования динамических биокостных систем.//Почвоведение, 1999, №12, с. 1433-1447.

83. Сметник A.A., Губер А.К. Расчет гидрохимических параметров миграции гербицидов в почвенных колонках// Почвоведение, 1996, №8, с. 1021-1026.

84. Таргульян В.О. Элементарные почвообразовательныепроцессы//Почвоведение, 2005, №12, с. 1413-1422.

85. Тихомиров Ф.А., Кляшторин A.JL, Щеглов А.И. Радионуклиды в составе вертикального внутрипочвенного стока в лесных почвах ближней зоны Чернобыльской АЭС.//Почвоведение, 1992, №6. С.38-44.

86. Тонконогов В. Д. О генезисе почв с осветленным горизонтом//Почвоведение 1996, №5, с 564-569.

87. Тюрюканов П. А., Быстрицкая Т. JI. Ополья Центральной России и их почвы. М., "Наука", 1971,239 с.

88. Умарова А.Б. и др. Исследование движения влаги и веществ в серых лесных почвах методами меток и встроенных лизимертов.// Тезисы докладов III съезда докучаевского общества почвоведов. М.: 2000.

89. Умарова А.Б., Кирдяшкин П.И., Самойлов A.A. Особенности вертикального движения влаги и растворенных веществ в горизонтах и профиле структурных почв // Экология речных бассейнов. Владимир: Изд-во ВлГУ. 2005. С. 130-133.

90. Умарова А.Б., Иванова Т.И., Кирдяшкин П.И. Гравитационный поток влаги и его роль в эволюции почв: прямые лизиметрические исследования. // Вестник ОГУ, 2006г, №6, т.2 стр. 103-110

91. Фрид Ж.Ж. Загрязнение подземных вод.// Москва «НЕДРА», 1981 .-304.

92. Фридланд В. М. Структура почвенного покрова. М., 1972.

93. Харитонова Г,В., Шеин Е.В.,Витязев В.Г., Лапекина С.И. Уравнение для описания полной изотермы адсорбции паров воды почвами// Вестн. Моск. Уни-та, сер 17, Почвоведение, 2003, №1, с. 29-35.

94. Чайлдс Э. Физические основы гидрологии почв. Ленинград, 1978

95. Черниченко И.Д., Никифоров A.M. Определение активной пористости почвогрунтов по результатам промывок.// Почвоведение, 1981, №6, стр. 128130.

96. Чехова Т.Н. Экспериментальное обеспечение моделей влаго- и солепереноса в почвах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата сбиологических наук.//М.:МГУ, 1994.- 106с.

97. Шеин Е.В., Березин П.Н., Гудима И.И. Дифференциальная пористость почв// Почвоведение, 1988, №3, с. 53-64.

98. Шеин Е.В., Пачепский Я.А., Губер А.К., Чехова Т.И. Особенности экспериментального определения гидрофизических и гидрохимических параметров математических моделей влаго- и солепереноса в почвах.// Почвоведение, 1995, №12, с. 1479-1486.

99. Шеин Е. В., Губер А. К., КухарукН. С. Перенос воды и веществ по макропорам в дерново-подзолистой почве//Вестник МГУ, Сер. 17, 1995, №2, с. 22-31.

100. Шеин Е.В., Салимгареева O.A. Пространственная вариабельность физических свойств и водного режима чернозема типичного.// Вестн. Моск. ун-та, Почвоведение. М., 1997, №4.

101. Шеин Е.В., Початкова Т.Н., Рычева Т.А., Сидорова A.M., Смагин A.B., Умарова А.Б. Лабораторные методы исследования физических свойств почв.// М.: Геос, 2000, с. 27-30.

102. Шеин Е.В., Мазиров М.А. Педогенетическая характеристика и пространственная изменчивость физических свойств комплексного почвенного покрова Владимирского ополья. Юбилейная научн. конф «Экология Владимирского района», Владимир 2001.

103. Шеин Е.В., Марченко К.А. Взаимосвязь путей движения влаги и пространственного распределения плотности почв Владимирского ополья.// Почвоведение, 2001, №7, с. 823-831.

104. Шеин Е.В. Курс физики почв.:Учебник. М.: Изд-во МГУ, 2005.

105. Шеин Е.В., Карпачевский Л.О. Теории и методы физики почв/Коллективная монография// М.: «Гриф и К», 2007.

106. Щукин Е.Д., Перцов A.B., Амелина Е.А. Коллоидная химия.// М.: Высшая школа, 1992, с. 51-99.

107. Якушевская И. В. О почвах Владимирского Ополья // Науч. докл. высш. школы. Биол. науки, №1, 1959, с. 194-201.

108. BevenK. Germann P. Macropores and water flow in soils.// Water Res. Res., 1982, v. 18, №5, p. 1311-1325.

109. BevenK. GermannP. Water flow in soil macropores. A combined flow model.//J. Soil Sei., 1981, v. 32, p. 15-29.

110. Bouma J.A., Jongerius A., Schoonderbeek D. Calculations of saturated hydraulic conductivity of some pedal clay soil using micromorphometric data // Soil. Soc. Amer. J. 1979. V.43. P. 261-264.

111. Cameron D.R. Variability of soil water retention curves and predicted conductivities on a small plot. Soil Sci., 1978, 126, N6: 364-371.

112. Day P.R., Dispersion of a moving salt-water boundary advancing through satured sand// Transaction Amer. Geophysical Union. 1956. - Vol. 37. - №2. - P. 595-601

113. Diab M., Merot Ph., Curmi P. Water movement in Glossaqua as measured by two tracers. Geoderma, 1988,43: 143-161.

114. Dunn G.H., Phillips R.E. Macroporosity of well-drained soil under no-till and conventional tillage. Soil Sci. Soc. Am. J., 1991, vol. 55: p. 817-823.

115. Dutt G.H., Low Ph.F. Diffusion of alkali Chlorides in Clay-Water Systems // Soil Sci., v. 93, 1962, p. 233-240.

116. Hiller D., Baker R. S. A Descriptive Theory of Fingering during Infiltration into Layered Soil // Soil Science, 1988, Vol. \46, № 1, p. 51-56.

117. Johnson A.C. The use of mini lysimeters to study the influence of rainfall intensity on pesticide transport and water pathways // BCPC Monograph N 62: Pesticide movement to water, 1995. P.33-38.

118. Mader D.L. Soil variability a serious problem in soil - site studies in the Northeast. Soil Sci. Soc. Am. Proc., 1963,27: 707-709.

119. Mallans D., Mohanty B.P., Jacques D., and Feyen J. Spatial variability of gidralitic properties in a multi-layered soil profile. Soil Sci., 1996, v. 161, №3, p. 167-181.

120. Nielsen D.R., Biggar J. W., Erh K. T. Spatial variability of field — measured soil - water properties // Hilgardia. 42(7), 1973, p.215-260.

121. Raats.D.A.C. Unstable wetting fronts in uniform and nonuniform soils.// Soil Sci. Soc. Amer. Proc., 1973, Vol. 37.

122. Robert P. Characterization of soil condition at the field level for soil specific management. Geoderma, 1993, № 60, p. 53-72.

123. Sisson J.B., Wierenga P.J., 1981. Spatial variability of steady-state infiltration rates as a stochastic process. Soil Sci. Soc. Am. J., 45, p. 699-704.

124. Van Genuchten M.T.H., Wierenga P.J. Mass transfer studies in sorbing porous media. II. Experimental evaluation with tritium 3H20. Soil Sci. Soc. Am. J., 1977, v. 41, p. 272-278.

125. Van Genuchten M.T.H. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Sci. Soc. Am. J., 1980, v. 44, p. 892-898.

126. Van Genuchten M.T.H., Leij F.J., Yates S.R. The RETC code for quantifying the hydraulic functions of unsaturated soils. USDA, US Salinity Laboratory, Riverside, CA, 1991.