Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БУРЫХ ЛЕСНЫХ КАМЕНИСТЫХ ПОЧВ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БУРЫХ ЛЕСНЫХ КАМЕНИСТЫХ ПОЧВ"

Л-Ато

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА. ЛЕНИНА, ОРДШД ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВСШИИ И ОРДЕНА "ПУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВВШЫЯ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В.ЛОМОНОСОВА

Факультет почвоведения

На правах рукописи

КУЗЬМИН АНДРЕЙ МИХАЙЛОВИЧ

УДК 631.445 . 35+631.43(479+477.8)

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БУИК ЛЕСИНЫХ КАМЕНИСТЫХ ПОЧВ

Специальноетв: 06.01.03 - почвоведение

Автореферат диссертации ва соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1989

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

Научный руководитель: доктор биологических наук Л.О.Карпа-

чевсхиб

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Б.Д.Никитин

кандидат географических наук, старший научный сотрудник Л.Б.ХЬлопова

Ведущая организация - Институт экологии Уральского Центра

АН СССР

Защита состоится " ешЯ^лМо. 1989г. в /Г^асов на заседании специализированного совета К 053.05.16 по почвоведение я МІУ им. Ы.3.Ломоносова по адресу: II9899, Москва, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения в ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения ИГУ им. и.В.Ломоносова.

Автореферат разослан " (0* ¿ьфу^сХ190.9 г.

Ученый секретарь

специализированного совета, ^

кандидат биологических наук - / '¿-^ ■ Г.В.Ыотуэова

Актуальность работа. Около 630 мхи. га почв СССР я&яяются в то* или иной степени каменистыми. В настоящее время эти почвы все более активно включаются * интенсивней человеческой деятельности. Наличие в их профиле каменистого материала определяет в этих почвах некоторые специфические особенности» недостаточно изученные до настоящего времени. Если на учитывать эти особенности, то можно столкнуться е нежелателькьам последствиями их хозяйственного веполь&ования. Особенно вешка опасность деградации кален*стих почв в горное условиях*

Каменистые почвы ииреко распространены в лесной зоне, тундре и, особенно, в горах. Практически повсеместно каменисты горние бурые лесные почвы. Но влияние камней на те или иные свойства и процессы почв научено недостаточно.

Цель исследования - изучить влияние каменистости на некоторые физические и химические свойства к реяим влажности бурых лесных горных печв.

Свойства каменистых почв и влияние каменистости на изменение этих свойств могут проявляться различно в зависимости от того, рассматриваются ли эти свойства для почвы в целом или для почвенного мелкозема. Часто исследователи не принимают это во внимание, что приводит к искажению оценки каменистого материала и его роли в процессах почвообразования, изменении почвенных свойств, и к прямо противоположным выводам.

В связи с этим в задачи исследования входило;

1. Объединить эти два подхода: оценки почвы в целом и оценки почвенного мелкозема.

2. Изучить физические свойства бурых лесных горных каменистых почв.

3. Оценить влияние каменистости на некоторые физические,

/-//¡и -I-

химические свойстве к режим влажное» буую. лесных почв.

4. Уточнить методику определения некоторых физических ей Им* каменистых почв.

Научная новизна. Установлено, что каменисты« почки обладает особой организацией н представляв? собой трехжомконентнув сжстяму, состоящую и» шш«ш, скелета к системы лор не. границе раадеда медкозеи-скелет. Скелет к система пор обусловливает внутренний дрена» и високую водопроницаемость вот. Мелко-аем обеспечивает развитие корневых систем растений.

Каменистые почш часто имеет нарушенный профиль или образуете« на слоистых иочьообраэутацих породах. Дня диагностики лито-Генкой неоднородности каменистых почв, наряду с традиционными методами, можно применять профильный анализ каменистого материала (содержание, плотность, петрогрофичеехий, валовой химический аналиаы).

Каменистость способствует усилению подвижности ?е , 1£п ори поступлении растворов органических веществ.

Практическая ценность. Разработана методика исследования каменистых почв по их компонентам. Доя оценки плотности сложения маккезема каменистых почв предложено использовать бурі объемен Х+ХО см8. Предлагается новый способ определения объема камней прі наученая плотности сложения поча бурами и выемками йольаого объема. Локааахо, что каменистость способствует сохранения продуктивной влаги в почв*. Представлена новая методика отображения каменистости в текстовых и графических матеріалах.

іиробадия. Результаты работы доложены на заседании кафедрі физики и мелиорации почв факультета почвоведения ИПГ им. М, В.Ломоносова С1968) и на выездной научной ткояе-семинаре "Проблемы

генезиса, мелиорации и охраны почв" в г. Пуцяно (1986).

-2-

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 печат— ныв работы, из них I б соавторстве.

Структура диссертационной работы. Диссертация изложена на 213 страницах машинописного текста к состоит из введения) 4 глав, заключения к выводов. Иллюстративный материал включает 17 таблиц и 43 рисунка. Библиография содержит 234 наименования, в том числе 47 на иностранных языках.

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

Происхождение и развитие каменистых почв подчинено общим закономерностям , свойственный всем почвам. Специфические особенности их образования все авторы связывают с наличием твердых (горных) материнских пород, постепенно выветривающихся со временем, а в условиях расчлененного рельефа так же со смывом и переотложешем мелкозема (Докучаев, 1950; Сибирцев, 1909; Захаров, 1913; Высоцкий, 1915; Глинка, 1932; Богатырев, 1940; Сурыач, 1955; Шиитов и др., 1974; Кашпо«, 1976).

Большое внимание уделяется проблеме классификации каменистых почв. Если вначале предлагалось выделять их в самостоятельный тип, то, начиная с С.А.Захарова (1931), скелетные почвы выделяются внутри основных почвенных типов. При этом предлагаемые классификации несколько отличаются друг от друга по полноте разделения и градации признаков (Петров, 1959; КачинсхиЙ, 1965; Кочхин, 1966; Михайлов, 1975; Боул и др., 1977; Сапожников, 1982; Вальков и др., 1968; Мадв*1е1а , 1979).

Исследований свойств каменистых почв, отличающихся строгим методическим подходом. Мало. Это приводит к противоречив а исследованиях различных авторов. Одни считают, что камки ухудшают структуру, водные свойства, уменьшают общую дорозность, уве-

-3-

лнчивают плотность сложения мелкозема, понижает температуру почвы летом и повышают - зимой, угнетают растительность; по обеспеченности элементами питания каменистые почвы являются бедными {Нитчерлих, 1957; Пугач, 1967; Чащушин, 1969; Алиев,-Боборадаабов, 1979, 1981; Comerma, 1966; Tatísima , Sabnna , 1967; Ualragren , 1969; Babalola , bal, 1977; bal , 1979). Другие автор* приводя? данные, что камни улучшают структуру, водопроницаемость и общую влагоемкость почв, уменьшают плотность сложения мелкозема, увеличивают его общую порозность и температуру почв летом; на каменистых почвах удобрения не всегда дают прибавку урожая (Лутц, 1955; Баньян, 1969; Ыанукян, 1961; ЬатЦ СЬаршап, 1943; Lute, 1952; Unger, 1971). Третьи считают, что между каменистость» и плотностью сложения, общей ПОрОЗНОСТЬЮ почвы в целом и мелкозема связи нет (Уыиров, 1977; Бобораджа-бов, 1963). Это обусловлено тем, что: влияние скелета на свойства почвы зависит от специфических особенностей, присущих определенному почвенному типу; не всегда принимаются во внимание различия в самом каменистом материале; используются различные методики определения свойств почв; не учитывается при исследованиях специфическая организация структуры каменистых почв.

Многие исследователи сходятся в том, что влажность каменистых почв несколько выше, чем некаменистых (Точилов, I960; Ыина-ев, 1961; Рубинштейн, 1970; Colle , 1953), что связывается с ночной конденсацией влаги с последующей сорбцией ее мелкоземом (Бараков, 1908; Сидоров, 1937; Сочеваков, 1939; Роде, 1978).

Не вызывает сомнений исследователей повышение противоэрознойной стойкости почв при наличии камней на ее поверхности (Са-фарян, I960; Senddiver , Smith , 1978).

Противоречия во взглядах о влиянии камней на развитие расти- 4 -

тельности связаны с индивидуальными свойствами различных видов и требованиями, предъявляемыми ими к почвенным условиям.

ОБЬЕКШ И МЕТОДУ ИССЛЕДОВАНИЙ

Каменистые почвы Кавказа и Карпат« которые исследованы в работе, относят к тицу бура лесных почв. В настоящее время для

них считается характерным: бурая окраска; слабая дифференциация профиля на горизонты; специфичность выветривания и интенсивность его проявления - довольно узкие и постоянные по профилю молекулярные отношения SlOj ¡RgOj ; накопление свободных аморфных оксидов железа; накопление гумуса типа муль; довольно интенсивное выветривание первичных минералов с образованием вторичных; обменная кислотность связана и с ионом AI, а не только Н; развитие как под широколиственными, так и под хвойными более холодного пояса лесами (Прасолов, 1929, 1947; Антипов-Каратаев, 1929, 1947; Тьрин, 1930; Щукова, 1935; Ливеровский, 1937, 1946; Тарасашвили, 1939, 1956; Гулисашвили, 1942, 1964; Бернандер, 1947, 1951; Сабашвили, 1948; Иванова, 1949; Зонн, 1950, 1966, 1968; Петров, 1952; 4ридланд, 1953; Тышкевич, 1958; Роыашкевич, 1959; Руднева, 1960; Гоголев, 1961, 1965; Талахадзе, 1964; Тарасашвили, 1965; Пастернак, 1967; Рубшшна, 197I; Фирсова, 1972; Иванов, 1976; Таргульян, 1983; Канивец, .1985; Урушадэе, 1987; Ramean, 1905; Татщ, 2930; Ehwald, 1956; Kundler , 1961).

В качестве объектов исследования были выбраны бурые лесные каменистые почвы Западной буроэемно-лесной области на кислых (элювий-делювий Карпатского флиша, Восточные Карпаты) и основных (элювий-делювий андезито-базальтов, Малый Кавказ) почвооб-раэущих породах в низких и средних горах под буковыми лесами.

В образцах в 3-5-кратной повторности определяли рН водной 3-//А

вмтяхкя потеыцномвтрмчески, содержание углерода по Тюрину, Ып И 70 в штш* Т&ша, обменные Са, 11£, 11, н и кривые ОГХ общепринятыми методами, гранулометрический состав пирофосфатным, плотность пнкнометрическя. Кроме того, определяли валовой химический состав (рентген-фщюресценткым), минералогический состав клкетоЯ фракции (рентгеновских), общую пороэность (расчетным). Плотность сложения мелкозема определялась бураки объемом I (5-кратно), 10 (3-кратна), 100 и 1000 (1-кратно) см3. Определение объема скелет* в образце при исследовании плотности сложения проводили методой Зайдальмана (1957) и пиккоыетрически. Первый метод занижает значения плотности скелета на 5-20 % по сравнении со вторш; им нельзя пользоваться для определения объема пористого каменистого материала. Пиккометрнчески измерять объем пористого каменистого материала можно, для этого в расчет вводится поправка на его влажность.

Для описания почв вводится индекс каменистости почвенного профиля. Он состоит из трех цифр, отделенных друг от друга косыми штрихами. Первая цифра показывает класс каменистости для глубины 0-30 см, вторая - 30-50 см и третья - 50-100 см. Для каждой из глубин свои градации пяти классов оценки каменистого материала по баллам каменистости.

Таблица I

Градации классов каменистости по средне вэ вешешшм баллам каменистости (каменистость хтолщину слоя)

Глубина класс каменистости

г и : 1 : !£ : 3 : 4

0- 30 ¿5 5,1-20 20,1-50 60,1-100 ^100

30- 50 Й4 4,1-14 14,1-34 34,1-67 67

50-100 9,1-34 34,1-84 84,1-167 167

название некаме- слабока- среднека- сильнока— почвы нист&я ыенист&я менистая пенистая»;-;. очень сильнокаменистая

Почвенный профиль

о

20 4э

7о (-

~оТ

i %

3 %

30 50

100

20x0» О

I0xI»I0

15x1=15 5x2-10

25x2=50 25x3=75

Глубина

О- 30 30- 50 оО-ЮО

Средневзваленный балл каменистости

О + 10 - 10 15 + 10 - 25 50 + 75 - 125

Класс каменистости

I

г з

Индекс профиля по каменистости 1/Д/З

Рис. I. Описание почвенного профиля по каменистости границы горизонтов с разным содержанием каменистого

материала; — — — границы горизонтов, дяя.Котощх определяются классы каменистости).

Содержание определяется дня каменистых фрагментов диаметром более 5 см в объемных процентах, что практически соответствует м3/га (Классификация и диагностика почв СССР, IS?7).

¿ИЗИЧЕОШЕ СВОЙСТВА БЛШ. ЛЕСНЫХ ПОЧВ И ВЛИЯНИЕ КАМЕНИСТОСТИ НА ИХ ИЗМЕНЕНИЕ

В бура лесных почвах каменистость редко закономерно увеличивается с глубиной по всецу профили. Во всех разрезах наблюдается ее накопление в гор,А (49-36 % р.2, 52-22 % р.З, горизонты А-AB, соответственно). Это мохет быть связано с педотурба-циями, эрозией или делювиальным выносом мал коземи стой массы« а также с привнесением грубого материала с более высоких частей склона. По наличию скачка в содержании скелета в горизонтах В-С четко диагностируется слоистость почвообразующих пород или привнос крупных масс на поверхность (45-29 % гор-гы ВС-С р.5, 23-9 % гор-ты АВ-В р. 13, I8-Ö % гор-ты АВ-В р.18). В этих хе горизонтах наблюдаются и скачки в валовом содержании 3i02 (6461 % р.5, 61-57 % р.28), алюминия (22-23 % р.5, 19-21 % р.18)и других элементов. О нарушении почвенного профиля свидетельствует постепенное увеличение скелета с приближением к поверхности

-7-

(46-50-53-55 % p.6, B-I0-I3 % р.7, 8-II-I3-I7 % р.8).

Скелет в почвенном профиле претерпевает изменения в результате процессов выветривания и почвообразования во времени. Скелет ín sita должен быть больше затронут процессами почвообразования и сильнее отличаться от скелета переотложенного. Со временем эти различия должны сглаживаться. Наличие же резких скачков в содержании скелета и различия в составе скелета разных горизонтов, скелета и мелкозема одного горизонта свидетельствуют о неоднородности почвенного профиля. Так, в нижней части р.18 минимальное содержание каменистого материала. Валовой химический анализ мелкозема и скелета в горизонте С показывает, что в мелкоземе содержится 56 % SiOg, & в каменистом материале - только 52 Если считать, что мелкозем образовался из данного каменистого материала, то мы должны придти к выводу, что&С^> в отличии от полуторных окислов,щелочных и щелочноземельных элементов, наиболее подвержен выносу при процессах "выветривания. Однако это не согласуется с существующей теорией. Остается сделать вывод о различном происхождении мелкозема и скелета.

По изменению петрографии скелета в почвенном профиле также можно судить о неоднородности почвообразующих пород ИЛИ О При-вносе крупных масс на поверхность. Эти различия могут указывать на многократное поступление каменистого материала на поверхность почвы склона, с последующим погребением мелкоземом этих камней в результате делювия или аэральных отложений. В р.2 с поверхности присутствуют метаморфизованные песчаники и обломки кислых и магматических пород. Начиная с гор.В, встречаются глинистые сланцы. В горизонтах ВС и С имеют место только глинистые сланцы. Кроме того, данные валового химического состава мелкозема и камней в гор.С аналогичны данным р. 16 (66 и 62 % SiO„,

-8-

соответственно), что также свидетельствует о привнесе крупных касс на поверхность горизонта ВС, бывшую некогда дневной поверхность!) почвы, и последующей перемешивании привнесенного мелкозема с местным каменистым материалом.

По гранулометрическому составу исследованные почвы легкоглинистые (9 разрезов), а также средне-,'тяжелосуглинистые (6 разрезов на песчаниках, кварцитах, андеэито-базальтах) и средне-глинистые (I разрез на чистых глинистых сланцах).

Анализ кумулятивных кривых распределения гранулометрического состава по Березину (1968) показал, что исследованным почвам свойственно повышенное содержание глинистого компонента в гор.Е Этот максимум может смещаться в горизонты А-АВ (разрезы 3, 8) или ВС (разрезы 8, 10, 16).

По варьированию среднего диаметра песчаных компонентов (СДЦО в почвенном профиле можно диагностировать процессы нарушения профиля и, в том числе, привнес материала. В изученных почвах ОДПК имеет 4 основных типа профильного распределения. Постепенное уменьшение дщк от гор.С к гор.В с постепенным нарастанием глинистого компонента (рр. I, 2, 4, 5, 18) характерно при отсутствии аккумулятивно-эрозионных процессов. Дальнейшее нарастание СДИ к гор.А говорит или о привносе этого материала извне, или о наличии выноса тонкого материала из почвы. В разрезах 2, 5, 18 это связано также с неоднородностью почвообразую-щих пород, как показал анализ каменистого материала.

Увеличение СДПК от гор.С к гор.А одновременно с уменьшением содержания глинистого компонента (рр. 6, 7, 12) говорит об интенсивном привносе свежего материала на почвенную поверхность.

Резкое падение СДПК вниз по профилю (р.З гор-ты ВС-С, р.9 гор—ты В-ВС, р.13 гор-ты АВ-В) показывает или наличие первона-

ж

л* \

100- '

б)

100-

А ,см

• 1

см 'Л а)

Рис. 2. Распределение ОДПК (а) и содержания глинистого

компонента (б) по профилю бурой лесной почвы (-р. 5,

--—р.9, - - - р. 12, —•— р.16,.....р.Ш),

чальной слоистости по^вообраэушцизс пород, или крупный нанос, вызванный склоновыми процессами. Внутри этих слоев отмечается закономерное убывание ОЩЖ с приближением к поверхности почвы.

Наивное материала на поверхность встречается практически во всех разрезах.Это хорошо видно на примере резкого падения СДПК цо профилю на Границе горизонтов А-АВ (23-18 ыкм р.4, 42-33 рДО).

Только в рЛ6 отмечается характерное для бурых лесных почв возрастание С^ЩК с увеличением глубины (22-43 мкм) при отсутствии при вноса.

Из анализа долей содержания гранулометрических компонентов

следует, что с возрастанием каменистости уменьшается содержа-2

ние как глинистого (вд«0,74; Р=0,999), так и пылевато-песчано-

п

го {©¿»0,70; Р=0,999) компонентов. Одновременно с возрастанием каменистости имеет место тенденция повышения относительного содержания лылевато-песчаного компонента и снижения глинистого. Коэффициент корреляции между каменистостью и относительным содержанием этих компонентов для почв тяжелого состава равен

0,33 (14),99), а для почв среднего состава - 0,42 (ГУ), 99).

- Ю-

Плотность скелета исследуемых почв изменяется в пределах 2,63-2,73 для Карпат и 2,26-2,63 для Кавказа и отражает различия горных пород. Значения плотности скелета в профиле почв карпатского региона стабильны. Это свидетельствует о том, что выветривание вислых пород с высоким содержанием Sio2 происходит без резких изменений плотности скелета по всему почвенному профиле. Для бурых лесных каменистых почв Кавказа характерно уменьшение плотности скелета с глубиной (£,6-2,57 р.ГЗ, 2,452,36 р.16, 2,63-2,58 р.18). При выветривании изменение фрагментов скелета, содержащих кварц, происходит более медленно, чем зерен первичных минералов, менее устойчивых к выветриванию в условиях почвообразования. Это и приводит к концентрации в скелете более тяжелых и хуже поддащихся выветриванию фрагментов горных пород в элювиально-делювиальной толще.

Плотность твердой Фазы мелкозема исследуемых почв находится в пределах £.62-2,8 и не связана с региональными особенностями почвообразущих пород. Она постепенно увеличивается с глубиной от гор.В к гор.С на 1-1 %. В верхних горизонтах (А и АВ) наблюдается снижение ее эначениягкоторое может достигать 0,2 единицы при содержании углерода более 4 %.

Значения общей удельной поверхности в гор.А почв Карпат колеблются в пределах 86-149 М^/г. При содержании гумуса менее

ft

I % они снижаются до 48-80 и /г в зависимости от содержания илистой фракции. Для почв Кавказа характерны очень высокие значения общей удельной поверхности (не ниже 113 м^/г) из-за высокого содержания лабильных силикатов в илистой фракции. При содержании в почве илистой фракции 2о-40 %, состоящей преимущест-

Л

венно из одних лабильных минералов, значения общей удельной поверхности превышают 200 м2/г (разрезы 16, 18).

-11 -

Таблица 2

Физические свойства бури лесных каменистых почв

Горизонт, ІГигр, ¡Плотность ¡Удельная Плотаость сложения ¡Общая порозность: І Общ;КамениотГра-

* В «Г '(ГБД^ППП * ойт-иЛЛФЬ. ' НОПУЛОЫП ТЇ/ҐЧіЗ« * ІЮ ТП О и Ґ5 <€* ' . * ПЛ— * ТЛЛФ V _ * ХН*(Ї

А 0- 10 АВ 10- 20 В 30- 40 ВС 60- 70 С 128-138

А 0- 10 АВ 15- 26 В 40- 50 ВС 70- 80 С 90-100

Разрез 3,3э

2.63 2,22 1,66 1,69

Разрез

2.64 2,37 1,98 1,58 1,32

Ь. Бурая 2,э4 2,70 2,65 2,70 2,70 2,72 2,7о 2,70 2,76 2,68

9. Бурая 2,56 2,65 2,65 2,65

2.69 2,66

2.70 2,65 2,70 2,64

лесная кислая. Юо ¿У 36 0,75

81 ¿2 68 с2 ос. 4І 6> Ы

29 16 15 9

1,06 1,21 1,36 1,46

лесная кислая. 88 43 45 0,96 76 43 33 1,16 69 19 50 1,47

52 30 22 1,45

53 35 18 1,61

0,64 0,57 0,85 0,87 0,83 0,97 0,90 0,96 1,43 1,28

0,95 0,81 0,80 1,13 0,99 1,07 1,32 1,28 1,24 1,34 1,38 1,35 1,56 1,69 1,60

70 -60 -55 -Ь0 -47 -

75 78 -

68 67 бо

69 64 59 67 65 62і 48 54 55

62 63 68 69 61 56 57 63 60 59

45 51 52 54 -

46 50 49 50 -40 42 37 41 -

10 10 14 23 ІЗ

10

7 17

8 2

72 64 62 50

45

63 54

46 44 37

29 II 9 45 29

25 22 27 22 17

8 4 З

23 16

9

10 15 12 II

9 6 5 9 12

12

11

14

12

15

Г "V

Окончание таблицы 2

I : : 2 : 3 : 4 : 5 : 6 : 7 : 8 : 9 : 10 : II :І2 :ІЗ:І4'І5'І6 '17 :18 :19 :20 :21

Разрез 12. Бурая лесная кислая.

А 0- 5 2,80 2,60 2,65 86 42 44 0,84 0,97 0,66 0,90 68 63 75 65 48 - 62 12 4 9

АВ 13- 2з 2,16 2,69 2,64 69 41 28 1,36 1,33 1,16 1,27 49 51 57 53 51 8 51 7 4 6

В 40- 50 1,90 2,73 2,65 64 32 32 1,58 1,46 1,45 1,51 42 46 47 45 53 7 44 4 3 5

ВС 65- 7э 2,14 2,76 2,67 75 32 43 1,61 1,49 1,46 1,55 42 46 47 44 46 5 42 6 4 5

С І05-ІІ5 2,26 2,77 2,69 82 49 33 1,63 1,61 1,60 1,59 41 42 43 43 44 5 41 8 0 6

Разрез 16, Бурая лесная слабоненасыщенная остаточно-насыщениая.

А 0-10 3,50 2,65 2,45 ПЬ 23 92 0,88 0,89 0,74 0,89 67 66 72 66 60 - 65 6 2 2

£ АВ 20- 30 3,72 2,70 2,43 132 71 61 1,47 1,40 1,41 1,38 46 48 48 49 43 6 48 3 2 2

• В 40- 50 5,24 2,72 2,40 187 88 99 1,36 1,25 1,19 1,26 50 54 56 54 52 7 52 5 3 3

ВС 85- 95 5,93 2,73 2,38 212 143 69 1,27 1,25 - 1,26 53 54 - 54 65 2 49 15 9 5

С ІІ5-І25 5,82 2,71 2,36 212 129 83 1,32 1,24 1,16 1,18 51 54 57 56 68 9 46 29 18 7

Разрез 18. Бурая лесная слабоненасыщенная остаточно-насыщенная.

А г- 8 4,04 2,70 2,62 135 33 102 0,96 0,75 0,78 0,90 64 72 71 67 68 4 58 31 14 I

АВ 20- 30 3,82 2,76 2,63 135 55 80 1,46 - 1,27 1,35 47 - 54 51 59 8 45 18 II 3

В 50- 60 4,34 2,76 2,62 153 66 87 1,47 1,39 1,51 1,43 47 50 45 48 48 2 47 5 3 I

ВС 90-100 6,04 2,77 2,61 219 150 69 1,40 1,30 1,35 1,36 49 53 51 51 57 4 50 2 I 2

С 130-140 5,97 2,80 2,58 221 132 89 1,32 1,38 1,30 1,39 53 51 54 50 57 - 49 6 3 3

Необходимо отметить, что для всех исследованных почв характерно наличие кварца в минералогическом составе илистой фракции при валовом содержании 5Юг более 66 %. Наличие смешанно-сложных минералов диагностируется, как правило, при отношении ЗЮ2; ЕеО^ менее 4,4.

Плотность сложения мелкозема исследованных почв сильно варьирует: от. 0,54-1,0 в гор.А до 1,2*1,6 г/смэ в гор.С для бура объемом I см3; от 0,64-1,0 в гор.А до 1,2+1,6 г/см® в гор.С для бура объемом 10 см3; от 0,3+0,9 в гор.А до 0,6+1,6 г/см3 в гор.С для бура объемом 1000 см3. При содержании углерода около 8 % плотность сложения мелкозема верхнего 5-10-см слоя может снижаться до 0,3-0,5 г/см3.- Изменений плотности сложения мелкозема от гор.А к гор.АВ происходит скачкообразно. На расстоянии 5-10 см она изменяется на 10-50 %. В нижележащих горизонтах плотность сложения мелкозема изменяется более плавно, не превышая 10 % пр*. переходе от гор. ВС к гор. С.

По степени различий полученных данных буры располагаются: I 10, 1000<100 см3. Их попарное сравнение показало, что достоверные различия существуют лишь у данных, полученных с помощью буров объемом I и 100 см3, и обусловлены они скелетом (вд»0,4; Р-0,999). С увеличением каменистости различия в плотности сложения мелкозема, полученные с помощью этих двух буров, увеличивались. Это говорит о нежелательности использования в данных'условиях бура объемом 100 см3, так как каменистые фрагменты имеют размеры сравнимые с размером бура.

Применение только бура объемом 1000 см3 не дает возможности изучить изменение плотности сложения на границе мелкозем-скелет и внутри самой мелкоземистой массы. С помощью данного бура определяется средняя плотность сложения мелкозема по почвенно-

му профили. Для почв Карпат она составляет для гор.А 0 ¡4-0,6 г/смэ при содержании углерода более 3 % и 0,7-0,9 г/см3 - менее 3 %. В нижележшцих горизонтах эта величина находится в пределах 1,1-1,6 г/см3 при каменистости до 30 %, закономерно увеличивается с глубиной и близка значениям, характерным для некаменистых почв. При каменистости более 30 % ее значения зависят.от скелета и горизонта и равны 0,6-1,0 г/см3. Для почв Кавказа характерна более высокая плотность сложения мелкозема гор. А и более низкая - нихележащих'гортэонтов. При содержании углерода до 5 56 ее значения равны 0,8-0,9 г/см3; при содержании углерода более 5 % они опускаются до 0,3-0,6. В нижележащих горизонтах при каменистости более 30 % значения плотности сложения мелкозема, как и для почв Карпат, не поднимаются выше I г/см3; а при каменистости менее 30 % эти значения находятся в пределах 1,1-1,4, т.е. несколько ниже, чем для почв Карпат.

Буром объемом I см3 получены наибольшие показания плотности сложения мелкозема, так как этот бур дает порозность именно самого мелкозема.

Влияние каменистости на плотность сложения мелкозема наблюдается во всем почвенном профиле. С увеличением каменистости плотность сложения мелкозема уменьшается (Р«0,99). На результаты, полученные с помощыьбуров объемом I и 10 см3 каменистость

р

влияет довольно слабо (ед«0,26-0,23), а специфические условия определенного почвенного горизонта - сильно Свд«0,61; Р«0,999), С увеличением объема буров до 1000 см3 специфическое влияние

о

почвенных горизонтов уменьшается (едя0,34; Р-0,999), а влияние каменистости возрастает (ед>-0,42; Р=0,999). Это происходит за счет захвата буром 1000 см3 крупных межагрегатных пор и трещин,

на перераспределение которых оказывает влияние каменистость.

-/5-

Общая порозность мелкозема с увеличением объема буров» как правило, увеличивается. С увеличением каменистости возрастает разница между порозностыэ при большом и малом объеме буров. При содержании скелета до 20 % значения общей порозности близки и закономерно уменьшаются с глубиной (с 60-73 % в гор.А до 40-46 в гор.С). Высокое содержание органического вещества в верхних горизонтах сопряжено с уменьшением общей порозности. Для буров объемом I и 10 см3 увеличение каменистости не изменяет профильного распределения общей порозности, но иногда она несколько увеличивается с возрастанием каменистости (до 78-67 % в гор.А и до 50-56 в гор.С). При взятии образца буром объемом 1000 см9 определяют среднюю общую порозность почвы между камнями, не учитывая ее различий между порозность» мелкозема и на Границе раздела мелкозем-скелет. При увеличении каменистости с глубиной общая порозность мелкозема может слабо уменьшаться (с 77 до 65 % р.3) или даже несколько возрастать с глубиной (с 71 % в гор.В до 76 в гор.С р.2), а при стабильном содержании скелета в профиле - практически не изменяться (76 % в гор. АЁ и 73 в гор.ВС р.б), но во всех случаях*увеличиваются ее абсолютные значения с увеличением каменистости. При высоком содержании скелета значения общей порозности мелкозема в гор.А выше 00 %* С увеличением размера буров растет степень влияния

о

каменистости на полученные данные Сед=«0,1В, 0,22, 0,47; Р«0,99, 0,99, 0,999 для буров объемом I, 10, 1000 см3,соответственно).

Для исследованных почв характерна хорошо развитая микропористость (поры -с-3 мкм занимают 20-37 % объема). Поры диаметром >100 мкм составляют 5-19 % при каменистости-менее 20-30 & Их объем несколько увеличивается с увеличением каменистости.

При одновременном высоком содержании скелета и органического

- К -

вещества объем этих пор сравним и даже может превышать (36 %) объем пор диаметром менее 3 мкм. Объем пор диаметром 3-6 мкм меньше объема пор диаметром более 100 мкм в ГОр.А (7-14 %) и сравним — в других горизонтах (4-19 %), но всегда значительно (в 2-7 раз) меньше, чем объем пор диаметром менее 3 мкм. Объем пор диаметром 6-10, 10-30, 30-60, 60-100 мкм колеблется в пределах 0,6-7 % и, как правило, их объем уменьшается с глубиной.

Общая (суммарная) пороэность почв в целом не уменьшается с > увеличением каменистости в однотипных горизонтах. При увеличе-

нии каменистости почв уменьшение порозности мелкозема компенсировалось значительным возрастанием порозности почвы между камнями из-за увеличения объема пор и трещин крупнее 30-100 мкм, обусловленного присутствием1 этого каменистого материала.

Анализ влияния каменистости на-в'яадшость почвы при критических калиллярно-сорбционных потенциалах почвенной влаги из расчета на мелкозем показал отсутствие связи между каменистостью и^идв в бурых лесных каменистых почвах, так как в этом случае основными силами, обусловливающими энергетическое состояние воды, являются силы адсорбции ^связанный' с поверхностью элементарных почвенных частиц. При более высоких потенциалах почвенной влаги, когда начинает сказываться влияние капиллярных сил проявляется и влияние каменистости. Так при влияние каменистости (е|) сЗбтавляет 0,28 (Р=0,9УЭ), а при Чгм<-<1 - 0,35 (Р* «0,999). С увеличением каменистости увеличиваются значения влажности мелкозема при данных кап и л лярн абсорбционных потенциалах. Наименьшая влагоемность каменистых почв в целом также увеличивается при содержании скелета до 20 % (по массе). Это связано с возникновением лад камнями микроочагов подпора гравитационной влаги и препятствием ее подтягиванию к поверхности с

- (7 -

посдедущим испарением и внутротючвенному испарении из-за нарушения сплошности капилляров. С дальнейшим ростом каменистости НВ почвы в целом уменьшается. В этом случае влияние уменьшения мелкозена и мелких влагозапасающих пор сказывается сильнее.

ВЛИЯНИЕ КАМЕНИСТОСТИ НА НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ

(ПО РЕЗУЛЬТАТАМ МОДЕЛЬНОГО ОПЫТА)

Четыре ряда колонок с 10 вариантами каменистости (гравий, камки, гравий+кашш по 5, 20, 40 % и контроль - мелкозем) поливали: первый ряд - дистиллированной водой, второй ряд - 0,04 % раствором ПС, третий ряд - 0,01 % раствором ЙС, четвертый ряд -раствором с содержанием 0,04 % ПС, 0,01 % ИС и 0,1 % РеБО^. Колонки поливали I раз в неделю до полной водовместимости. Каждую пятую неделю все модели промывались дистиллированной водой. После окончания опыта послойно (в слоях 2-2,5, 5-5,5, 8-8,5 см от поверхности) определяли содержание аморфного ?е, подвижного Ип (растворимого в вытяжке Тамма) и углерода.

Полив водой снижает содержание аморфного Ре в присутствии камней на глубине 2-2,5 и 5-5,5 см (с 0,56 на контроле до 0,43 5С). Раствор ПС не оказывает достоверного влияния на содержание Ре в мелкоземе в зависимости от каменистости, а внесение 4К заметно уменьшает его содержание в верхних частях колонок (до 0,53 %), увеличивает в средних и нижних частях (до 0,63 %). Присутствие камней в этом случае недостоверно увеличивает содержание Ре (при совместном внесении гравия и камней оно равно 0,63-0,61 при 0,57 % на контроле). При внесении (совмест-

но с ПС и ФК) каменистость способствует увеличению содержания Ре в мелкоземе. С увеличением каменистости ее влияние усиливается, а с увеличением глубины - уменьшается за счет постепенио-

го истощения раствора при его прохождении по колонке. Влияние каменистости на перераспределение Ре значимо во всех рядах колонок в целом (вд=0,24-0,41; Р»0,99-0,999), Совместное внесение гравия и камней оказывает более сильное влияние (0,47-0,67; 0,99-0,999), чем их раздельное внесение (0,36 и 0,57; 0,95 и 0,999, соответственно).

Количество подвижного Ш при поливах водой и раствором ПС заметно возрастает при высоком (40 %) содержании камней (до 800-920 мг/кг с 750-800 на контроле). Раствор ЕС заметно'снижает содержание Мп в мелкоземе, и наиболее сильно - в верхней части монолита (до 290-520 мг/кг). Это свидетельствует о выносе или фиксации ыа с превращением растворимых вытяжкой Тамма форм в нерастворимые. Различия в характере поведения Ыа связаны с поливом в I случае слабокислым и слабощелочным растворами, а в случае применения &К - сильнокислши.

Вода несколько уменьшает содержание углерода в присутствии камней и камней с гравием на глубине 2-2,5 и 5-5,5 см (с 1,7 на контроле до 1,5 36). Внесение ГК в присутствии камней способствует слабому увеличении содержания углерода в мелкоземе (до 1,3 $), а внесение № и 4К совместно с ГК и РеЗО^ заметно, но недостоверно, увеличивает (до 1,84 %) его содержание. Каменистость в этом случае уменьшает его содержание.

В целом, внесение органического вещества (р-р ФК) снижает подвижность Ип и усиливает подвижность Ре, что приводит к элювиально-иллювиальному типу его распределения по профилю. Внесение подвижных фракций ПС и ФК не приводит к интенсивному накоплению гумуса в почве. Каменистость не способствует его накоплению. По влиянию на трансформацию и перераспределение Те, На, О

неполивные растворы можно поставить в ряд: дистиллированная вода

-/Э-

1К<4К*£смесь ГК с СК и Рего^. По величине влияния фракций скелета на трансформацию и перераспределение этих элементов можно составить ряд: гравий <г камень ^ гравий+каыень,

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования показали, что каменистые почвы необходимо рассматривать как трехкомпонентные системы, состоящие из мелкозема, скелета и порового пространства на границе скелет-мелкозем, Влияние скелета на почвообразование сказывается на свойствах каменистых почв и может по разное проявляться для почвы б целом, в мелкоземе и на границе раздела мелкозем-скелет. Для исследования компонентов каменистых почв необходимо применение буров различного объема. С помощью буров 1000 и более см3 изучается плотность сложения и общая пороэность почвы в целом. Бурами малого объема изучается плотность сложения и пороэность мелкозема. Применяя же бурд и большого, и малого объема, можно получить данные по организации почвы в целом, мелкозема, порового пространства на границе мелкозем-скелет и о влиянии скелета на эту организацию. Факторами, ограничивающими применение буров большого объема является степень каменистости, а также размер и твердость скелета. В случае высокого содержания скелета или его большого размера вместо этих буров приходится применять выемки больших размеров.

Общая пороэность бурых лесных каменистых почв в целом может не уменьшаться в однотипных горизонтах по сравнению с некаменистыми почвами при увеличении содержания скелета: так как уменьшение объема мелкозема может компенсироваться значительным возрастанием системы пор на границе мелкозем-скелет, обусловленным присутствием скелета.

Для мелкоэеыа бурде лесных почв характерно увеличение порозности с увеличением каменистости. При атом внутри нелкоэемистой массы порозность увеличивается слабее, так как в основном это увеличение происходит в результате возрастания объема пор и трещин более 30 мкм на границе мелкозем-скелет. Таким образом, порозность мелкозема малокамекистых почв близка общей порозности некаменистых почв. Б случае сильнокаменистых почв, где мелкозем равномерно располагается среди каменистых фрагментов мелкими блоками, его порозность гораздо выше, чем у некаменистых ПОЧВ.

Б бурых лесных каменистых почвах при разрушении камней в результате процессов выветривания и почвообразования образуется набор частиц всех размеров. Со временем начинает увеличиваться 1 выход более тонких частиц - пылеватых и глинистых. Этот процесс будет идти тем быстрее и полнее, чем меньше кремния и больше легко выветриваемых в данных условиях первичных минералов содержится В скелете. Возрастание содержания пылевато-песчаной фракции и уменьшение содержания глинистой при возрастании каменистости свидетельствует о процессах выветривания скелета, происходящих в бурых лесных каменистых почвах с течением времени.

Совместный анализ изменения содержания, химического, минералогического состава мелкозема и каменистого материала по профилю почв позволяет делать заключение об их генезисе. Однотипность химического состава камней и мелкозема и увеличение каменистости с глубиной свидетельствуют об однородности почвообра-зущей породы и отсутствии нарушений профиля. Уменьшение содержания скелета по мере приближения к почвенной поверхности -результат высокой интенсивности процессов почвообразования в почвенной толще и менее интенсивном выветривании подстилающих пери.

-21-

Одинаковые значения плотности мелкозема бурых лесных каменистых почв, образовавшихся как на кислых, так и на основных породах, свидетельствуют, что единые процессы почвообразования в бурых лесных почвах приводят к схожему конечному результату, несмотря на различия лочвообразующих пород.

Величина общей удельной поверхности мелкозема зависит от гра-нудометрического (содержание физической глины) и минералогического (содержание лабильных силикатов) составов. Чем выше содержание физической глины и лабильных минералов, тем вше значения общей удельной поверхности мелкозема. В то же время на величину общей удельной поверхности почвы в целом влияет содержание скелета, в меньшей степени егосостав и выветренность. При высоком содержании массивных плотных каменистых включений удельная поверхность почвы в целом низка. Если каменистый материал порист, то это несколько увеличивает значения удельной поверхности почвы э целом и ускоряет процессы разрушения этого каменистого материала, происходящие у границы раздела поверхностей, особенно, если этот материал богат легко выветриваемыми первичными минералами.

Для исследованных почв характерно сильное варьирование плотности сложения мелкозема по горизонтам, особенно в верхней части профиля, что связано с содержанием органического вещества. В нижележащих горизонтах зто обусловлено различиями в материнских породах и степени их выветренности.

В каменистых почвах прямое определение капиллярно-сорбцион-вого потенциала позволяет не учитывать каменистость при определении влажности; отпадает проблема пересчета влажности на почву в целок. С помощью тензиометров, имея кривые СГХ, можно изучат*»

до определенного предела, динамику влажности каменистых почв

- 22 -

практически ненарушенного сложения.

Исследования бурое лесных каменистых почв показали, что проявление различных свойств на уровне почвы в целой и в мелкоземе не всегда одинаково. Влияние каменистости на свойства, почвы на этих уровнях могут быть как однотипны, так и прямо противоположны. Поэтому при исследований каменистых почв необходимо результаты всех анализов приводить из расчета на мелкозем, указывая при этом,какой объем от почвы в целом он занимает, а некоторые данные - из расчета на почву в целом. Одновременно необходимо анализировать также сам каменистый материал, то есть его распределение по профилю, состав, свойства.

швода

1. Каменистые почвы являются трехкомпонентными системами, включающимимелкозем, скелет, поровое пространство на границе раздела мелкозем-скелет.

2. Физические свойства мелкозема (плотность твердой фазы, плотность сложения, общая порозность, удельная поверхность, распределение пор по размерам) бурее лесных каменистых почв при содержании скелета до 20 % (по массе) соответствуют свойствам мелкозема некаменистых бурых лесных почв. С дальнейшим увеличением каменистости уменьшается плотность сложения мелкозема, увеличивается его пороэность и относительное содержание пор более 30 мкм.

3. Увеличение каменистости связано с уменьшением содержания глинистого и далев&то-песчаного компонентов; повышает содержание пылевато-песчаного компонента относительно глинистого.

4. Для бура лесных каменистых почв в целом характерны повышенная плотность сложения и низкая удельная поверхность.

-23-

С увеличением каменистости общая порозность уменьшается незначительно и не всегда, что связано с выветренностью и составом каменистого материала.

5. С ростом каменистости увеличивается наименьшая влагоем-кэсть мелкозема,а при содержании каменистого материала до 20 % (по массе) - и общая влагоемкость бурое лесных каменистых почв в целом. Камни, организуя поровое пространство, увеличивают объем пор крупнее 30 мкм, нарушают сплошность капилляров и крупных пор и трещин. Это способствует задерживание гравитационной влаги во влагозапасающих порах, уменьшает испарение влаги с поверхности, препятствует ее внутрипочвенному испарению. В связи с этих в бурцх лесных каменистых почвах сохраняется больший объем активной влаги,при довольно больших значениях каменистости, используемый растительностью, по сравнению с некаменистыми почвами.

6. Каменистость способствует элювиально-иллювиальному типу распределения аморфного Ре при фильтрации растворов ФК, некотором/ уменьшению его содержания при фильтрации воды и увеличению - в случае фильтрации смеси ГТС с ФК и РбЗО^; увеличению содержания подвижного ш при фильтрации воды и раствора ПС (40 % каменистости) и снижению его содержания при поливе растворами $К и смеси.

Каменистость не способствует накоплению' гумуса в почве.

По влиянию фракций скелета на перераспределение элементов можно составить ряд: гравий камень и гравий + камень.

7. Следует дифференцированно изучать мелкозем, систему пор на границе раздела мелкозем-скелет и почву в целом, учитывая влияние каменистости на этих уровнях. Для »того необходимо применять как макрометод (выемки и Сурь большого объема -

1000 и более см3 в зависимости от диаметра наибольших фрагментов каменистого материала), так и микрометод (бурики объемом 1*10 см3 в зависимости от степени каменистости и агрегированное ти почв).

Работы, опубликованные по теме диссертации:.

1. К определению плотности мелкозема каменистых почв// Вестник Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение.- 1964.- № 4.-С. 48-52 (в соавторстве с Л.О.Карпачевсяим).

2. Метода исследования объемной массы каменистых почв// Тр. Научной конференции молодых ученых НИИ почвоведения и агрохимии Госагропрома Армянской ССР.- Ереван, 1988.- С.7.

3. Влияние каменистости на перераспределение некоторых элементов// Тезисы докладов УШ Всесоюзного съезда почвоведов.-Новосибирск, 1989,— С. .

Подписано к пачатк

п-Ъо^ийт 60*90/16.

Уел. ПВЧ. л. УЧ.-НЗД.Л. ^ О

Тира

экз. Заш № ал

Орд«ма "Энак Поч«та* издательство Московского университета* ЮЗООЭ, Москва» уги Г»ри*?ш* 5/7, Типография ордена 'Зпш Почета' издательства МГУ. 1 Х&899» Москьа, Ленинские горы«

*