Физические свойства рекультивационных почвенных конструкций с дифференцированными по гранулометрическому составу слоями

Соколова, Ирина Владимировна

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Физические свойства рекультивационных почвенных конструкций с дифференцированными по гранулометрическому составу слоями
ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Физические свойства рекультивационных почвенных конструкций с дифференцированными по гранулометрическому составу слоями"

На правах рукописи

Соколова Ирина Владимировна

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕКУЛЬТИВАЦИОННЫХ ПОЧВЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫМИ ПО ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОМУ СОСТАВУ СЛОЯМИ

06.01.03 - агропочвоведение, агрофизика 03.00.27 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2 ; Ш? 23:9

г. Москва 2009 г.

003465554

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

Научные руководители:

доктор биологических наук, профессор

Шеин Е.В.

доктор биологических наук, профессор Щеглов Д.И.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Мазиров М.А.

кандидат биологических наук Басевич В.Ф.

Ведущее учреждение: Владимирский научно-исследовательский

институт сельского хозяйства

Защита диссертации состоится «14» апреля 2009г. в 15 ч 30 мин в аудитории М-2 на заседании Диссертационного совета Д 501.002.13 при МГУ имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ имени М.В. Ломоносова, д.1, стр.12, факультет почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета Почвоведения МГУ.

Автореферат разослан » марта 2009г.

Приглашаем вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании Диссертационного совета или прислать отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, по адресу: 119991 Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ имени М.В. Ломоносова, факультет почвоведения, Ученый Совет, также по факсу (495) 9393684 и на e-mail: grabus@list.ru

Ученый секретарь Диссертационного совета, доктор биологических наук,

профессор

Зенова Г.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность. В условиях современного дефицита земельных ресурсов проблема рекультивации почв и создания техногенных культурных ландшафтов является весьма актуальной (Моторина, 1970; Етеревская, 1977, 1989; Бурыкин, 1989; Андроханов, 2000; Добровольский и др., 2002; Шеин, Карпачевский, 2007; УергаБкаБ е1 а1, 2006 и др.). Однако при создании различных почвенных конструкций часто не учитываются возможные отдаленные последствия, которые могут возникнуть в связи с особенностями климата, литологии, гидрологии и пр. В результате функционирования конструкций происходят существенные изменения физических свойств и процессов, протекающих в рекультивационном корнеобитаемом слое, и возникает ряд проблем, связанных с дальнейшей эволюцией таких конструкций. В связи с этим возникает актуальная необходимость изучения свойств и процессов в рекультивационных почвенных конструкциях, анализа их современного состояния и прогноза их эволюции с учетом целевого назначения почвенной конструкции и особенностей конкретных условий.

Цель исследования: изучение физических свойств и процессов в рекультивационных почвенных конструкциях с дифференцированными по гранулометрическому составу слоями. Задачи:

1. Изучить физические свойства слоистых рекультивационных почвенных конструкций по профилю и в масштабе почвенных педов.

2. Выявить основные почвенные процессы, протекающие в слоистых рекультивационных почвенных конструкциях при рекультивации техногенных ландшафтов.

3. Изучить особенности гидрологического режима слоистых почвенных конструкций.

4. Выявить возможные причины изменений структурного состояния черноземов, используемых в почвенных конструкциях в качестве почвенного плодородного слоя.

Научная новизна. Впервые экспериментально выявлены особенности современного водного режима почвенной конструкции с дифференцированными по гранулометрическому составу слоями и показана роль и гидрологическое значение почвенно-гранулометрической границы между слоями конструкции. Показано

значение преимущественных потоков в формировании водного режима конструкции и особенности трансформации свойств чернозема, используемого в конструкции в качестве плодородного слоя. Предложена гипотетическая комплексная биогидрофизическая схема трансформации структуры и функционирования технозема в районе КМА.

Практическая значимость. Экспериментально показана возможность и направление трансформации физических свойств черноземного слоя почвенной конструкции. Указана практическая значимость предсказания особенностей водного режима почвенных конструкций, который является основой для быстрого и необратимого изменения физических свойств почвенной конструкции. Научно обоснована необходимость изучения, методы оценки и предсказания существования преимущественных потоков влаги, наличия локальных временных периодов анаэробиоза на границах слоев, являющихся причиной трансформации структуры черноземов при функционировании почвенной конструкции.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на IX Молодежных Докучаевских чтениях "Почвы России. Проблемы. Решения" (Санкт-Петербург, 2006); на конференции молодых ученых "Ломоносов - 2006" (Москва, 2006); на Всероссийской конференции «Черноземы России: экологическое состояние и современные почвенные процессы» (Воронеж, 2006), на X Молодежных Докучаевских чтениях (Санкт-Петербург, 2007); на Всероссийской научной конференции «Пространственно-временная организация почвенного покрова: теоретические и прикладные аспекты» (Санкт-Петербург, 2007), на международной конференции "ЕигозоП 2008" (Вена, Австрия, 2008) и др.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ. В том числе 1 работа в издании, рекомендованном ВАК Министерства образования и науки РФ. Структура и объем диссертации. Работа изложена на/%^страницах машинописного

приложений.

Автор выражает глубокую благодарность д.б.н. А.Б. Умаровой, д.б.н. Е.Ю. Милановскому, всем сотрудникам кафедры физики и мелиорации почв, а также профессору кафедры агрохимии ф-та почвоведения МГУ д.б.н. Н.В. Верховцевой и профессору кафедры биологии почв ф-та почвоведения МГУ д.б.н. Л.М. Полянской за оказание помощи в проведении экспериментов, ценные советы, консультации и внимание, проявленное к данной работе.

текста,

глав, выводов и

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ГЛАВА 1. Состояние проблемы

Современные технологии добычи полезных ископаемых открытым способом предусматривают предварительное снятие и хранение плодородного слоя «почвы-донора», который используется для рекультивации нарушенных территорий. На первом, горно-техническом этапе рекультивации снимаются гумусово-аккумулятивные горизонты целинных, залежных и пахотных почв и хранятся в течение 3-5 лет, а иногда и 10-25 лет в буртах или гумусовых складах. В дальнейшем на спланированные участки отсыпают плодородный слой мощностью от 20 до 50 см. На втором, биологическом этапе рекультивации проводятся фитомелиорации. Продолжительность мелиоративного периода зависит от климатических и эдафических условий рекультивируемого участка. Главными культурами-освоителями являются бобовые и злаковые травы (Етеревская, 1989; Бурыкин, 1992; Курачев, 1993; Андроханов, 2000 и др.).

Такие искусственные конструкции получили название техноземов, впервые описанных JI.B. Етеревской в качестве почвоподобных образований с насыпным гумусовым горизонтом. В дальнейшем исследователями были даны разные определения термину «технозем» (Солнцева с соавт., 1990; Гаджиев, Курачев, 1992 и др.) Используя в работе термин технозем, автор опирается на определение, данное М.И. Герасимовой с соавторами: «техноземы - искусственные почвоподобные тела, состоящие из одного или нескольких насыпных слоев природного или техногенного грунта с поверхностным плодородным слоем» (Герасимова с соавт. «Антропогенные почвы (генезис, география, рекультивация)», 2003, стр. 127). Особенностью техноземов является то, что насыпные слои в них генетически не связаны друг с другом. На облик и развитие техноземов оказывают влияние химико-минералогический состав и сложение пород, а также свойства гумусированного слоя почвы-донора.

Сконструированный профиль технозема часто оказывается многочленным по гранулометрическому составу. Физические и водно-физические свойства гумусового горизонта почвы-донора и насыпных слоев техноземов характеризуются большой вариабельностью. Последние отличаются более высокой плотностью и напряженным водным режимом, наличием специфической техногенной структуры, отчасти сохраняющей свои признаки даже по прошествии времени (Андроханов, Курачев,

2004; Jorgensen, 1988). Само строение толщи технозема как комбинации слоев, резко различающихся по гранулометрическому составу и сложению, приводит к образованию слоя подвешенной влаги или верховодки, усложняющего водный режим техноземов. Многие авторы отмечают, что существование слоев в почве является одной из причин неравномерности фронта увлажнения, формирования специфических преимущественных путей движения влаги (Дмитриев, 1975, 1985; Умарова, 2003, 2008; Hillel, 1988 и др.). Одним из важнейших проявлений переноса влаги и веществ преимущественными потоками является высокая скорость миграции, которая происходит по макропорам и трещинам почвы (Дмитриев, 1985; Умарова, 2005,2008; Шеин, 1995,2005; Затинацкий, Хитров и др., 2007; Bouma, 2006 и др.).

Анализ литературных источников показал, что основной упор делается на определение и поддержания таких факторов плодородия наносного слоя, как содержание органического вещества, его фракционный состав, содержание питательных элементов, необходимых для развития растений, в то время как изучению физических свойств, режимов техноземов и процессов, протекающих в них, в определенных ландшафтных условиях уделяется заметно меньшее внимание.

ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования Объекты исследования

Объектом исследования стала почвенная конструкция, сформированная при рекультивации гидроотвала в балке «Березовый лог» Лебединского железорудного карьера Курской магнитной аномалии (КМА, Губкинский р-н, Белгородская обл.). Конструкция представляет собой 55-60-см черноземный слой (в прошлом гумусовый горизонт чернозема типичного), нанесенный с помощью сухой отсыпки на спланированную поверхность отвала. Окончательное формирование данной конструкции было завершено в 1986 г., и последние 20 лет она находилась в сельскохозяйственном использовании. По Классификации почв России (1997) такие почвоподобные тела объединены в подгруппу реплантоземы в группе квазиземов. Однако в работе будет использоваться термин технозем, как более распространенный в литературе.

Исследовались два варианта технозема КМА:

1) 60-см черноземный слой, нанесенный на мощный слой песчано-меловой смеси (разрез Г1);

2) 55-см черноземный слой на карбонатном лессовидном суглинке (разрез Г2).

Морфологическое изучение насыпного слоя технозема КМА выявило наличие структуры, сильно отличающейся от классической черноземной зернистой структуры, характерной для почвы, которая была использована в качестве отсыпки: с глубины 20 см, появляются плотные педы с выраженными гранями и ребрами. С глубиной их количество и размер возрастают и в нижней части черноземного слоя (глубина 40-60 см) структура представляет собой крупные (до 20-40 мм), плотные, хорошо ограненные педы, поверхность которых местами покрыта бурой пленкой. Эти педы складываются в столбчатую структуру (подобие призмы), по граням которой протягиваются корни растений. Выраженность столбчатой структуры также нарастает с глубиной. При этом содержание обменного иона Ыа в слое 50-60 см разреза Г1 составляет всего 0.17 мг-экв/100г почвы (0.5% от ЕКО) Методы исследования

Результаты полевых исследований, агрегатного анализа и плотности твердой фазы были получены общепринятыми методами (Вадюнина, Корчагина, 1986): плотность почвы буровым методом, плотность твердой фазы пикнометрически, структурный анализ по Н.И. Саввинову. Результаты гранулометрического анализа были получены с помощью лазерно-дифрактометрического метода (на приборе Апа1у5еИе22 ЫапоТес) после предварительной диспергации образцов 4%-ным Ыа4Р207 и ультразвуком. Содержание углерода определялось на экспресс-анализаторе АН-7529. Элементный состав бурых пленок на поверхности почвенных педов определялся с помощью метода лазерного спектрального анализа. Измерения проводились в 5-7 повторностях, при этом площадь исследования этим методом составляла около 1 мкм2.

Для выявления преимущественных путей фильтрации влаги в почве в полевых условиях был применен метод крахмальной метки (Дмитриев, 1971; Умарова, 2008). На поверхность почвы устанавливали рамы диаметром 16 см, в которые подавался 2% раствора крахмала. Эксперименты были проведены в двух вариантах. В первом случае для выявления основных путей передвижения влаги в почве сначала в раму подавалась вода (около 5 л на раму), а затем раствор крахмала. Во втором варианте крахмал подавался без предварительной фильтрации воды, что позволило выявить картину начального этапа формирования водных потоков в исследуемом техноземе. Через некоторое время после окончания впитывания почва снималась послойно (с шагом 5-10 см), на горизонтальных площадках отмечались пути фильтрации воды по

появлению синих пятен окрашивания при увлажнении поверхности йодной водой. Морфология срезов и расположение зон обнаружения крахмальной метки фиксировались с помощью цифрового фотоаппарата и для контроля зарисовывались на полиэтиленовую пленку. В дальнейшем фотографии обрабатывались в графическом редакторе Photoshop.

Для характеристики структуры порового пространства в насыпном слое почвенной конструкции в лабораторных условиях были получены выходные кривые ионов (Шеин и др.,2001). Фильтрационный эксперимент проводился на насыпных образцах (разрезы Г1 и Г2) и на монолитах (разрез Г2). После завершения фильтрационного эксперимента почвенные колонки разбирались на пять слоев, каждый из которых был поделен на три сектора. Были определены влажность и содержание иона калия в водной вытяжке почвенных образцов из каждого сектора.

Для оценки и прогноза водного режима техноземов использовалась математическая прогнозная модель HYDRUS 1D. В качестве экспериментального обеспечения модели были использованы определенные в полевых и лабораторных условиях для отдельных слоев каждого объекта: коэффициенты впитывания, приближающиеся к коэффициентам фильтрации, полученные путем аппроксимации данных о водопроницаемости почвы по уравнению Хортона (Шеин, Карпачевский и др., 2007) и параметры уравнения Ван Генухтена, полученные аппроксимацией основной гидрофизической характеристики с помощью программы RETC. ОГХ определяли методом центрифугирования и методом десорбции влаги над насыщенными растворами солей (Шеин и др., 2001)

Адаптация модели проводилась по результатам полевого опыта с заливом экспериментальной площадки, исследованиями послойных динамик давления почвенной влаги с помощью тензиометров и температуры почвы с помощью программируемых термодатчиков, позволивших следить за скоростью и характером проникновения влаги вниз по профилю.

Исследование состава микробного сообщества насыпного слоя проводилось с помощью метода ГХ-МС (газо-хроматографическое масс-спектрометрическое исследование) (Осипов, 1994; Верховцева и др., 2002).

ГЛАВА 3. Результаты исследования и обсуждение

К настоящему времени произошло существенное ухудшение структурного состояния подпахотного слоя и еще в большей степени нижележащих слоев. Полевые исследования показали, что по мере увеличения размеров почвенных педов и выраженности граней с глубиной, происходит увеличение плотности почвы в среднем с 0,9-1,2 г/см3 до 1,3-1,4 г/см3 и соответственное снижение порозности (табл. 1).

В обоих вариантах почвенной конструкции отмечается резкое снижение коэффициента структурности вниз по профилю за счет увеличения содержания глыбистой фракции. Исследование водоустойчивости агрегатов показало, что в слое 0-10 см крупные фракции полностью разрушаются под воздействием воды, а в нижней части профиля структура проявляет излишне высокую водоустойчивость на фоне увеличения плотности почв. Причем, в варианте нанесения черноземного слоя на лессовидный суглинок описанные изменения выражены более ярко: содержание глыбистой фракции в нижней части профиля на 9% выше, чем в разрезе Г1 (табл.1), а сами педы отличаются большими размерами. Аналогичная ситуация с трансформацией структуры чернозема встречается и в естественных почвах при увеличении длительности периодов переувлажнения (Никифорова, Степанцова, 2003). Высокое содержание гумуса и глин смектитового типа в черноземах обусловливают их чрезвычайную чувствительность к увеличению увлажнения.

Столь значительные изменения в структуре, наличие межпедных трещин привело к формированию очень высокой водопроницаемости насыпного слоя, особенно, на глубине 40 см и ниже в конструкции на песке (табл.1). Более низкие значения коэффициента впитывания в варианте конструкции на суглинке (по сравнению с разрезом Г1) обусловлены отличающимися условиями по влажности и тяжелым механическим составом подстилающего слоя.

Аналитические исследования показали наличие щелочной среды в профиле разреза Г1, обусловленной, вероятно, свойствами подстилающей песчано-меловой смеси. Отмечено наличие незначительной дифференциации содержания органического и карбонатного углерода в техноземах как на протяжении всего насыпного слоя (табл.1), так и при раздельном рассмотрении поверхности и внутренней части педов (в разрезе Г1 содержание СоргУСмр6 на поверхности педов 2.71-2.75/0.86-0.94%, в центральной части педов 2.64-2.68/0.91-0.98%).

Таблица 1. Физические и химические свойства исследованных техноземов

Глубина, см Рь, г/см3 Рз, г/см % КвпИТ> см/мин Кстр Водо-уст.агр. >0.25мм, % Содержание фракций элементарных почвенных частиц (%) рНн20 Скарб} % Г %

Песок (0.051мм) Пыль (0.0020.05мм) Глина (<0.002мм)

Разрез Г1 (на песке)

0-10 1.04 2.62 60.4 0.72 1.8 60.4 4.37 75.26 20.37 8.73 0.69 2.99

10-20 1.27 2.65 52.1 0.63 5.1 61.4 3.91 76.22 19.87 8.74 0.73 2.87

20-30 1.28 2.67 52.1 0.44 3.0 71.4 3.03 76.78 20.19 8.75 0.77 2.98

30-40 1.22 2.68 54.4 0.93 3.9 77.2 2.53 76.88 20.60 8.71 0.78 2.83

40-50 1.35 2.68 49.6 1.80 1.0 84.8 2.44 76.61 20.95 8.57 0.63 2.84

50-60 1.37 2.66 48.2 2.60 0.9 80.2 1.41 77.86 20.73 8.52 0.76 2.84

60-70 (песок) 1.4 2.66 47.3 9.26 - - 96.61 2.86 0.53 9.17 3.57 0.03

Разрез Г2 (на суглинке)

0-10 0.89 2.61 66.0 0.55 3.0 61.2 7.80 72.00 20.20 6.72 0.73 3.24

10-20 1.25 2.58 51.6 0.46 4.3 62.5 5.50 74.20 20.30 - 0.76 3.00

20-30 1.27 2.57 50.6 0.28 2.4 74.0 2.80 76.50 20.70 7.18 0.65 2.76

30-40 1.39 2.57 45.9 0.25 0.8 80.1 3.80 76.50 19.70 - 0.61 2.80

45-55 1.37 2.58 47.0 0.22 0.7 82.3 2.10 78.10 19.80 7.47 0.80 2.71

55-70 (суглинок) 1.38 2.62 47.3 0.01 - - 8.40 66.10 25.50 7.52 2.29 0.33

Примечание, рь - плотность почвы, р5 —плотность твердой фазы почвы, порозность почвы, КВПИт — коэффициент впитывания, Кстр — коэффициент структурности, рассчитанный как отношение содержания агрономически ценных агрегатов (0.25-10 мм) к суммарному содержанию фракций >10 и <0.25мм, Скарб и Сорг- содержание карбонатного и органического углерода соответственно.

При этом отсутствует дифференциация гидрофобных и гидрофильных компонентов органического вещества (личное сообщение ЕЛО. Милановского).

Анализ гранулометрического состава для отдельных слоев показал достаточно однородное распределение фракций механических элементов в насыпном черноземном слое (табл.1). В то же время наблюдается четкая дифференциация гранулометрического состава по слоям О-бОсм (насыпной слой) и 60-70см (песчаный слой) в конструкции на песке.

В конструкции на суглинке насыпной и подстилающий слой близки по гранулометрическому составу, однако слой лессовидного суглинка отличается более высоким содержанием глины.

Водный режим слоистых конструкций на территории отвалов КМА с резкими границами между слоями резко отличается от водного режима зональных автоморфных почв. Переувлажнение черноземов (даже кратковременное), циклы увлажнения-иссушения ведут к развитию процессов текстурной переорганизации почвенного профиля вплоть до развития слитизации. Наличие межпедных трещин обеспечивает быстрый проскок влаги к границе раздела слоев, где формируется слой подвешенной влаги (или верховодка, в зависимости от подстилающей породы) и временный анаэробиоз. В свою очередь, застой влаги, ее растекание по поверхности подстилающего слоя может обусловить изменение вещественного состава почвы, формирование педов, различающихся по свойствам их поверхности и внутренней части.

Это предположение подтверждается исследованиями гранулометрического и элементного состава поверхности почвенных педов с ржаво-охристыми образованиями и внутрипедной массы. Были отмечены различия в гранулометрическом составе поверхностной и внутренней частей педов конструкции на песке (табл. 2): поверхность педов имеет более легкий гранулометрический состав, что, по-видимому, связано с незначительным выносом тонких фракций с поверхности педов в результате чередования кратковременных периодов переувлажнения и дальнейшим «сбросом» влаги.

В варианте с конструкцией на суглинке таких закономерностей не отмечено, механический состав поверхности и внутренней части педов достаточно однороден.

Таблица 2 Гранулометрический состав внутренней части/поверхности _педов в исследованных техноземах_

Глубина, см Содержание фракций элементарных почвенных частиц (%)

Песок (0.05-1мм) Пыль (0.002-0.05мм) Глина (<0.002мм)

Разрез Г1(на песке)

20-30 0.00/2.13 79.54/81.50 20.46/16.37

30-40 0.14/1.99 78.96/81.28 20.90/16.73

40-50 0.24/1.38 78.75/82.41 21.01/16.21

50-60 0.89/1.13 78.83/82.12 20.28/16.75

Разрез Г2 (на суглинке)

20-30 2.40/0.50 77.90/79.20 19.70/20.30

30-40 2.00/1.90 77.70/78.60 20.30/19.50

45-55 0.70/0.30 79.80/79.30 19.50/20.40

Морфологическое изучение и исследование элементного состава поверхности и внутренней части педов из слоя 50-60 см почвенной конструкции на песке (рис.1) показали, что бурая пленка на поверхности агрегатов является железистой, что может свидетельствовать о периодическом переувлажнении нижней части насыпного слоя данной конструкции.

а) а.....|.........; б) :

Рис.1 Элементный состав поверхности (а) и внутренней части педа (б), разрез Г1, слой 50-60см

Определение содержания несиликатных и аморфных форм железа в почвенных конструкциях и расчет такого показателя, как коэффициент Швертмана (доля аморфного железа Fe0 от несиликатного Fea) позволило выявить ряд закономерностей (табл.3). Отсутствие элювиально-иллювиальной дифференциации профиля конструкции по содержанию железа и повышенное содержание свободного железа на поверхности педов относительно их внутренней части свидетельствуют об автохтонной природе происхождения ржаво-охристых кутан на поверхности структурных отдельностей.

В разрезе Г2 (на суглинке) наблюдается небольшое увеличение доли аморфного железа по мере приближения к границе насыпного и подстилающего слоев, что свидетельствует о более длительном (по сравнению с конструкцией на песке) периоде переувлажнения нижней части черноземного слоя. На поверхности педов имеет место увеличение доли аморфных соединений железа, свидетельствующее о том, что здесь процессы переувлажнения и окисления-восстановления железа на уровне почвенного педа протекают более интенсивно.

Таблица 3. Формы соединений железа в исследованных техиоземах

Глубина, см Fe, мг/ЮОг Feo/Fed Глубина, см Fe, мг/ЮОг Feo/Fed

Feo* | Fed** Feo | Fed

Разрез Г1 (на песке) Разрез Г2 (на суглинке)

средний образец

0-10 538 1178 0.46 0-10 588 1241 0.47

20-30 558 1218 0.46 20-30 596 1241 0.48

40-50 528 1161 0.45 40-50 566 1127 0.50

50-60 515 1144 0.45 50-55 572 1110 0.52

внутренняя часть педов

20-30 515 1070 0.48 20-30 532 1144 0.47

40-50 487 1061 0.46 40-50 493 1144 0.43

50-60 476 1052 0.45 50-55 510 1127 0.45

поверхность педов

20-30 670 1290 0.52 20-30 746 1304 0.57

40-50 704 1281 0.55 40-50 708 1304 0.54

50-60 710 1338 0.53 50-55 704 1247 0.56

Примечание: * Fe0 - железо, извлекаемое оксалатной вытяжкой Тамма;

** Fed- железо, извлекаемое дитионитовой вытяжкой Мера-Джексона

Для проверки гипотезы о трансформации структуры в исследуемой рекультивационной конструкции вследствие застоя влаги на границе слоев, в полевых условиях был поставлен опыт по выявлению преимущественных путей фильтрации влаги с помощью крахмальной метки. Полученные в результате эксперимента контуры крахмальных пятен представлены на рис.2 и 3.

В варианте конструкции на песке рамы устанавливались на поверхности и на глубине 45 см. При переходе от слоя с комковато-порошистой структурой в слой с ореховатой структурой происходит сильное расчленение потока. Особенно ярко это выражено при подаче крахмала с 45 см. Это связано с тем, что фильтрация осуществляется по граням структурных отдельностей.

Глубина, см

крахмала

Рис. 2 Основные пути фильтрации воды по крахмальному окрашиванию в разрезе Г1 (на песке)

На границе с песчаным слоем в разрезе Г1 было отмечено резкое растекание крахмала в стороны с образованием обширных зон сплошного окрашивания, в связи с особенностями создания конструкции носящих слоистый характер.

В варианте Г2 при установке рам с поверхности четкие следы крахмала удалось обнаружить в нижележащих слоях лишь на глубине 15 см в варианте без предварительной фильтрации воды. Глубже и в варианте с предварительной подачей воды наблюдалось лишь капиллярное рассасывание крахмала с образованием очень слабо окрашенных зон, что вызвано более низкой водопроницаемостью данной почвенной конструкции, по сравнению с аналогичной на песчаном слое, и

отличающимися начальными условиями эксперимента (более высокая влажность).

Преимущественно вертикальное перемещение влаги уступало место вертикально-латеральному распределению крахмала с проникновением в более тонкие поры. При установке рам на глубине 25 см в случае подачи крахмала после фильтрации воды наблюдается аналогичная ситуация: крахмальная метка четко прослеживается лишь первые 10 см, далее имеет место слабое капиллярное окрашивание. При выявлении начальных путей движения влаги было отмечено разделение потока по граням структурных отдельностей в слое 35-55 см аналогичное разрезу Г1.

Глубина, см

прослеживается четко вода'кракмал крахмал

Капиллярно« рассасывание крахмала

Рис. 3 Основные пути фильтрации воды по крахмальному окрашиванию в разрезе Г2 (на суглинке)

На границе с лессовидным суглинком растекания крахмала не обнаружено, т.к. трещины по граням столбчатой структуры переходят в аналогичные, хотя и не столь ярко выраженные, в суглинке. Крахмальная метка «проскакивает» в них и задерживается там. Вероятно, в первые годы функционирования почвенной конструкции вода, поступающая в почву, достаточно быстро проникала вниз по насыпному слою с черноземной структурой и задерживалась на границе с суглинком. Возникали условия временного переувлажнения нижней части черноземного слоя, в результате чего происходило разрушение зернистой структуры и улучшение гидравлической связи между слоями. В дальнейшем, вероятно, чередование циклов

увлажнения-иссушения привело к формированию сходной трещиноватости в нижней части насыпного и верхней части подстилающего слоя.

Для характеристики структуры порового пространства насыпного слоя почвенных конструкций были получены послойные выходные кривые ионов С1 и К на насыпных образцах (рис. 4). С увеличением глубины происходит смещение кривых влево, быстрее наблюдается выравнивание концентрации, однако в дальнейшем требуется значительное время для достижения значений концентрации подаваемого раствора. Это связано с тем, что с увеличением размеров и плотности почвенных педов в нижней части насыпного слоя возрастает доля макропор, становится более выражена трещиноватость. По этим межпедным путям происходит основной массоперенос. Из графиков также видно, что из-за такого «сокращения» порового пространства, а также увеличения скорости фильтрации снижается и сорбция ионов калия - выходные кривые этого иона также смещаются влево с увеличением глубины, увеличивается угол наклона кривых.

0 12 34 5 01 2345

Рис. 4 Выходные кривые ионов С1 и К: а) разрез Г1; б) разрез Г2 (С/Со - относительная концентрация ионов в фильтрате, Т - такт)

Послойный и секторный разбор колонок помог выявить зоны преимущественного движения воды и области менее значительного массопереноса. Определения влажности почвы после колоночного эксперимента показали, что верхняя часть насыпного слоя (0-20 см) обладает более высокой водоудерживающей способностью, в нижней части количество пор, способных удерживать влагу, сокращается, и увеличивается процент макропор, по которым вода беспрепятственно стекает вниз к границе насыпного и подстилающего слоя. Этим объясняется распределение массы корней растений в конструкции: часть корневой системы сконцентрирована в верхней толще плодородного слоя, другая, ориентированная

преимущественно вертикально, устремлена к границе слоев, где в определенные периоды будут складываться благоприятные для растений условия по влагообеспеченности.

Неравномерность содержания иона К в водных вытяжках из фрагментов разобранных почвенных колонок верхней части насыпного слоя свидетельствует о том, что фильтрация происходила неравномерно по сложному извилистому поровому пространству. С глубиной значения концентраций вытяжек становятся более выровненными в пространстве, снижаются и в нижней части насыпного слоя (50-60 см для разреза Г1 и 45-50 см для разреза Г2) становятся минимальными и выровненными по всей почвенной колонке (рис. 5). Вызвано это все той же высокой долей макропор, по которым происходит быстрая фильтрация воды, и низким содержанием более тонких пор, способных задерживать влагу с растворенными в ней веществами.

Концентрация К* в вытяжках, М Концентрация К' в вытяжках, М

Рис. 5. Концентрация иона К в водных вытяжках из фрагментов разобранной колонки. Разрез Г2 слой 0-10см (а) и 45-55см (б)

Для монолитов сохраняются те же закономерности, с той лишь разницей, что сохранность сложения и структуры порового пространства, а также более высокие значения плотности (по сравнению с насыпными образцами для тех же слоев) приводят к снижению скорости фильтрации и увеличению количества ионов К, сорбированных в верхней части почвенных колонок, но в целом его содержание остается незначительным.

Для выявления особенностей движения влаги в исследуемых почвенных конструкциях помимо крахмальной метки использовалась «температурная» (Умарова,

2008). Для этого на глубинах 2, 10, 20, 30, 40, 50, 55, 60, 70 см устанавливались программируемые термодатчики, и по ним в процессе заливочного эксперимента, когда на поверхность почвы подавалась теплая вода, отслеживали послойно динамику температуры почвы, а вместе с ней скорость и характер проникновения влаги в профиль. На рис.6 представлены термоизоплеты почвы в процессе заливочного эксперимента для разреза Г1 (на песке). На рисунке пунктирными линиями отмечена зона неравномерного распределения температур на глубине 40-60 см. Такая картина могла получится только в результате быстрого проскока влаги по макротрещинам на глубине 40-60 см к границе с песчаным слоем, ее растекания и кратковременного образования зоны более высокой температуры, чем выше лежащего слоя.

Для прогноза водного режима технозема и его дальнейшей эволюции была привлечена математическая прогнозная модель HYDRUS 1D. В качестве входных параметров использовались параметры аппроксимации ОГХ, значения порозности и коэффициента впитывания для каждого слоя конструкции. В качестве граничных условий задавались: на верхней границе осадки и испарение, на нижней границе свободный отток влаги. Адаптация модели проводилась по результатам полевого заливочного эксперимента. В дальнейшем расчет водного режима проводился для года с 50% обеспеченностью осадков. Результаты расчета представлены в виде хроноизоплет относительной влажности (9/НВ) на рис.7.

Из рисунка видно, что хорошо выделяются слой 0-10 см и слой 30-40 см, отличающиеся в периоды выпадения осадков от вмещающей их толщи более высокой увлажненностью. В первом случае это объясняется более плотным подстилающим слоем; во втором - образованием слоя капиллярно-подвешенной влаги, формирующимся над слоем со сложившейся системой макротрещин. Однако, следует отметить, что воспроизводства водного режима с помощью математической модели, даже при её адаптации по полевым экспериментальным данным, добиться не удалось. Это произошло вследствие особенностей водного режима технозема, где доминируют преимущественные потоки влаги, которые моделью не воспроизводятся.

Таким образом, если в начале функционирования конструкции (20 лет назад) можно было ожидать наличия слоя капиллярно-подвешенной влаги в нижней части насыпного слоя, непосредственно у границы с песком, то в настоящее время благодаря образованию столбчато-призматической структуры, функционированию преимущественных потоков влаги и развитию трещиноватости эта граница сместилась вверх по профилю. Вероятно, можно ожидать и дальнейшего смещения этой границы вверх по профилю.

Глубина, см

О 20 40

220 240

Время, мин

Рис.6. Хроноизоплеты температуры почвы (°С) в полевом заливочном эксперименте - разрез Г1.

Глубина, см

150 200

Время, сут

250

отн

1.05 1

0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6

Рис.7. Хроноизоплеты относительной влажности для разреза Г1 (на песке). Обеспеченность осадков 50%.

Неподвижность гидроксида железа при щелочной реакции среды исключает возможность иллювиального генезиса ржаво-охристых пятен на поверхности педов. В связи с этим, было выдвинуто предположение, что основной механизм их формирования имеет микробиологическую природу. Определение свободного железа частично подтверждает данное предположение, т.к. на поверхности структурных отдельностей его содержание выше, чем внутри педов, при отсутствии четкой дифференциация по профилю. На рис. 8 представлены результаты исследования сообщества микроорганизмов в насыпном слое разреза Г1 (на песке). Общее содержание микроорганизмов по профилю почвенной конструкции (средний образец) изменяется незначительно, при этом во всех слоях наблюдается преобладание численности аэробов над анаэробными микроорганизмами. Более яркие различия наблюдаются при рассмотрении поверхности и внутренней части педов. На поверхности педов доминируют аэробы: их численность превышает количество анаэробов в 3-4 раза. Внутри педов численность микроорганизмов сокращается, и различия в количестве аэробов-анаэробов становятся незначительны. В исследованной конструкции в насыпном слое складывается доминирующее сообщество микроорганизмов преимущественно из аэробно-анаэробной ассоциации родов Methylococcus, Rhodococcus - Ruminococcus, Clostridium, Butyrivibrio с незначительными вариациями по глубине (например, в слое 0-10см в доминирующий комплекс почвенных микроорганизмов помимо указанных входят также представители рода Nitrobacter). В зависимости от господствующей обстановки в тот или иной момент времени более интенсивно будут развиваться аэробная или анаэробная часть сообщества. В периоды временного переувлажнения нижней части насыпного слоя внутри педов складывается анаэробная обстановка, сохраняющаяся благодаря высокой плотности педов достаточно долгое время даже после освобождения межпедных пор от влаги. Доминирующий консорциум складывается из бактерий-анаэробов родов Clostridium, Butyrivibrio и Ruminococcus. Также развитие получают группа бактерий-железоредукторов и ряд других микроорганизмов, обладающих железоредуцирующей способностью (например, некоторые представители рода Clostridium), из чего можно предположить протекание процесса восстановления иона Fe3+ внутри педов во время их длительного переувлажнения, его перемещения к поверхности педа и дальнейшего выпадения в осадок на окислительно-восстановительном и кислотно-щелочном барьере (ржаво-охристые пятна на поверхности педов).

а).

18rTI 16 ^

= 2 Е -л ее Я

ь о о а а s

о Ч о

б)

В)

0-10 20-30 40-50 50-60 Глубина, см

Clostridium

40 35 30 25 20 15 10 5 0

50-60 см

анаэрооы аэробы

ГШ

поверхность педов

внутренняя часть педов

средним образец

Butyrivibrio 7S-14-3 4%

Ochrobactrum sp. Rhodococcus terrae 23%

Methylococcus sp. 39%

□ Аэробы*

□ Анаэробы*

Rhodococcus equi 5%

Ruminococcus

FeRed Clostridium 1 limosum/Cl.supte rminal 23%

Clostridium propionicum 4%

Butyrivibrio Butyrivibrio 7S-14-3 1-4-11

6% 3%

Methylococcus sp. 19%

Рис.8 Соотношение численности микроорганизмов в разрезе Г1 (на песке) по профилю конструкции (а), в слое 50-60 см (б) и состав доминирующего сообщества на поверхности (в) и во внутренней части педов (г) из слоя 50-60см

Примечание: * - в группу Анаэробы вошли облигатные и факультативные анаэробы, в группу Аэробы вошли строгие аэробы и микроорганизмы, определенные до рода, представители которого могут быть облигатными аэробами или микроаэрофилами.

Переводу железа из состояния Ре2+ в Ре3+ также способствуют бактерии рода ОсИгоЬас^ит. Выделяемые анаэробами летучие жирные кислоты и увеличение стадии переувлажнения могут понижать рН на уровне микрозон, тем самым способствуя перемещению железа.

Таким образом внутри педов при длительном господстве восстановительной обстановки и наличии анаэробных микроорганизмов будет протекать локальный процесс глееобразования с выносом железа на поверхность педов. Подчеркнем, что эта гипотеза требует отдельных дополнительных исследований в области микробиологии.

В любом случае, повышение содержания иона Ре, формирующего структурные связи цементационного типа, приводит к формированию чрезвычайно прочных структурных отдельностей, что обусловливает выраженную межпедную порозность почвенного профиля. Это, в свою очередь, определяет резкое увеличение скорости фильтрации по межпедному трещинному пространству.

Таким образом, в техноземах имеются длительные периоды анаэробиоза внутри почвенных педов, сформировавшихся в процессе эволюции черноземного слоя. В результате, даже при не очень высокой влажности почвы сохраняются условия переувлажнения, в особенности, в центральной части педов.

Суммируя все полученные данные, можно предложить следующую схему трансформации структуры и функционирования технозема в районе КМА: формирование технозема как сочетания слоев различного гранулометрического или структурного состава приводит к формированию временных верховодок на границах слоев. При избыточной влажности на границах слоев и давлении вышележащих слоев происходит разрушение классической черноземной структуры, появляются признаки слитизации. При иссушении профиля, в особенности, при интенсивном потреблении воды корневыми системами растений из пограничной зоны с доступной влагой, происходит растрескивание почвенной массы. При выпадении осадков вода «проскакивает» по макротрещинам и задерживается на границе раздела слоев. При этом корни растений проникают в эту зону за легкодоступной влагой, способствуя увеличению стабильности макротрещин. По мере насыщения почвенных фрагментов влагой в них будет складываться анаэробная обстановка с развитием соответствующего сообщества микроорганизмов. В процессе иссушения конструкции вода из трещин уходит (просачивается в нижележащие слои и активно

транспирируется растениями), сохраняя при этом внутри педов длительное господство восстановительной обстановки и превалирование анаэробных микроорганизмов, что способствует протеканию процесса глееобразования на уровне почвенных педов с выносом железа и образования ржавых пятен на их поверхности. Кристаллизационные связи, образуемые трехвалентным железом в поверхностных слоях педов, способствуют формированию чрезвычайно прочных структурных отдельностей, что обусловливает выраженную межпедную трещиноватость почвенного профиля. Указанные процессы привели за достаточно короткий период времени к глубокой трансформации структуры, процессов и свойств насыпного черноземного слоя.

ВЫВОДЫ

1. В результате 20-летнего периода функционирования почвенной конструкции произошла деградация черноземной зернистой структуры, появились признаки слитогенеза: структура из зернистой превратилась в ограненную столбчато-призматическую, увеличилась плотность нижней части насыпного слоя, начала проявляться избыточная водоустойчивость, межпедная трещиноватость.

2. Полевые эксперименты с крахмальной меткой, а также выходные кривые для ионов К и С1 указывают на наличие преимущественных потоков влаги и веществ, как основного механизма передвижения воды в техноземах на данном этапе их эволюции. Эти потоки связаны с развитыми межпедными трещинами при высокой плотности самих педов в нижней части конструкции (глубина 40-60 см).

3. Водно-физические свойства и водный режим технозема, рассчитанный по адаптированной математической модели НУОГШЭ и реставрированный по полевым экспериментам с крахмальными метками, указывают на наличие периодов повышенного увлажнения наряду с периодами интенсивного высыхания, обусловленного деятельностью корневых систем растений. Переувлажнение возникает за счет образования подвешенной влаги либо верховодки на границе слоев с различающейся структурой или насыпного черноземного слоя и подстилающей породы.

автоморфных естественных почв. В период весеннего сплошного промачивання почвенной конструкции в результате образования зоны капиллярно-подвешенной влаги (конструкция на песке) или благодаря низкой фильтрационной способности слоя, подстилающего насыпной черноземный слой (конструкция на суглинке), может возникать временное переувлажнение слоев.

5. Образовавшиеся на поверхности педов в нижней части черноземного слоя ржаво-охристые железистые автохтонные кутаны, обеспечивающие за счет цементационных связей более высокую стабильность почвенных фрагментов во времени и пространстве, являются следствием периодического переувлажнения конструкции и проявления процесса глееобразования на уровне структурных отдельностей.

6. Процесс переноса иона Ре в пределах крупных почвенных педов от их центральной части к поверхности осуществляется благодаря участию специфической анаэробной и аэробной микрофлоры.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Шеин Е.В., Щеглов Д.И., Соколова И.В., Умарова А.Б. Изменение физических свойств слоистых рекультивационных почвенных конструкций // Вестник ОГУ. 2006. № 12. Ч. 2. С. 308-312.

2. Соколова И.В., Шеин Е.В., Щеглов Д.И. Физические свойства слоистых рекультивационных почвенных конструкций (на примере отвалов Курской магнитной аномалии) // Материалы Всероссийской конференции «Черноземы России: экологическое состояние и современные почвенные процессы». Воронеж. 2006. С. 240-243.

3. Соколова И.В. Физические свойства рекультивационных почвенных конструкций с дифференцированными по гранулометрическому составу слоями. // Сборник материалов IX Всероссийской конференции Докучаевские молодежные чтения «Почвы России. Проблемы и решения». Санкт-Петербург. 2006. С. 356-357

4. Соколова И.В. Физические свойства слоистых рекультивационных почвенных конструкций. // Тезисы докладов XIII Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов 2006». Москва. 2006. С. 153154

5. Соколова И.В. Особенности функционирования слоистых рекультивационных почвенных конструкций. // Тезисы докладов X Всероссийской конференции Докучаевские молодежные чтения «Почвы и техногенез». Санкт-Петербург. 2007. С. 81-82

конференции «Пространственно-временная организация почвенного покрова: теоретические и прикладные аспекты». Издательский дом С.-Петербургского государственного университета. Санкт-Петербург. 2007. С.512-514.

7. Умарова А.Б., Шеин Е.В., Соколова И.В., Ландышева A.C. // Преимущественные потоки влаги как один из факторов сохранения пространственной неоднородности почвенного покрова // Материалы научно-практической конференции, посвященной 75-летию Астраханского государственного университета «Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и прогнозирования». Издательский дом «Астраханский университет». Астрахань. 2007. 4.1. С. 180-181.

8. Умарова А.Б., Самойлов O.A., Соколова И.В., Милановский Е.Ю., Кирдяшкин П.И., Иванова Т.В. Преимущественные потоки влаги: формирование и значение в антропогенно-измененных почвах // Материалы международной научно-практической конференции «Ноосферные изменения в почвенном покрове». Владивосток. Изд-во Дальневост. ун-та. 2007. С. 401-403.

9. Соколова И.В. Изменение факторов плодородия почвы-донора при использовании ее в процессе рекультивации земель (на примере отвалов КМА). // Тезисы докладов XI Всероссийской конференции Докучаевские молодежные чтения «Почва как носитель плодородия». Санкт-Петербург. 2008. С. 121-122.

Ю.Соколова И.В. Деградация чернозема-донора в процессе его использования при рекультивации земель (на примере отвалов КМА) // Материалы международной научно-практической конференции «Плодородие почв - уникальный природный ресурс - в нем будущее России». Санкт-Петербург. 2008. С. 489-490.

11. A. Umarova, Е. Shein, I. Sokolova. Subsoil compaction, structure degradation under the effect of specific water regime in soil land reclamation constructions over a period of 20 years // Book of Abstracts, EUROSOIL, 2008. Winfried H. Blum, Martin H. Gerzabek and Manfred Vodrazka (Eds.) Vienna, 2529 August. P.49

12. Шеин E. В., Щеглов Д. И., Умарова А. Б., Соколова И. В., Милановский Е. Ю. Структурное состояние техноземов и формирование в них преимущественных потоков влаги // Почвоведение. 2009. № 6 (в печати)

Подписано в печать 08.03.2009 г.

Печать трафаретная

Заказ № 1641 Тираж: 100 экз. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Соколова, Ирина Владимировна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

1.1. Рекультивация нарушенных земель и создание техноземов

1.2. Физические свойства и особенности функционирования техноземов

1.3. Водный режим техноземов и формирование преимущественных потоков влаги

1.4. Почвенная структура: гипотезы формирования и причины деградации

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Характеристика объекта исследования

2.2. Основные методы исследования

2.2.1. Полевые методы

2.2.2. Лабораторные методы

2.2.3. Метод математического моделирования для оценки гидрологии почв

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Некоторые физические и химические свойства исследованных техноземов

3.2. Преимущественные пути движения влаги в техноземах

3.3. Особенности водного режима техноземов

3.4. Участие микроорганизмов в формировании структуры техноземов КМА

3.5. Гипотеза трансформации структуры технозема в районе КМА 93 ВЫВОДЫ 94 СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ 96 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 98 ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Физические свойства рекультивационных почвенных конструкций с дифференцированными по гранулометрическому составу слоями"

При современных темпах отчуждения земель в связи с добычей полезных ископаемых открытым способом и дефиците земельных ресурсов проблема рекультивации почв и создания техногенных культурных ландшафтов является весьма актуальной (Моторина, 1970; Етеревская, 1977, 1989; Бурыкин, 1985, 1989; Андроханов, 2000; Добровольский и др., 2002; Шеин, Карпачевский, 2007; Vepraskas et al, 2006 и др.). Технологии рекультивации предусматривают интенсивные работы по быстрому восстановлению гумусированного почвенного слоя, в частности, нанесение на спланированную поверхность отвала снятые на горнотехническом этапе рекультивации земель гумусово-аккумулятивные горизонты целинных, залежных и пахотных почв. Реабилитация техногенных ландшафтов носит «разовый» характер в виде проведения различных мелиоративных мероприятий и внесения удобрений. В дальнейшем работы по их экологическому мониторингу практически не проводятся (Абакумов, Гагарина, 2003). Однако при создании различных почвенных конструкций часто не учитываются возможные отдаленные последствия, которые могут возникнуть в связи с особенностями климата, литологии, гидрологии и пр. В результате функционирования конструкций происходят существенные изменения физических свойств и процессов, протекающих в рекультивационном корнеобитаемом слое, и возникает ряд проблем, связанных с дальнейшей эволюцией таких конструкций. В связи с этим возникает актуальная необходимость изучения свойств и процессов в рекультивационных почвенных конструкциях, анализа их современного состояния и прогноза их эволюции с учетом целевого назначения почвенной конструкции и особенностей конкретных условий.

В связи с этим целью исследования стало изучение физических свойств и процессов в рекультивационных почвенных конструкциях с дифференцированными по гранулометрическому составу слоями.

Для этого были поставлены следующие задачи:

3. Изучить особенности гидрологического режима слоистых почвенных конструкций.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые экспериментально выявлены особенности современного водного режима почвенной конструкции с дифференцированными по гранулометрическому составу слоями и показана роль и гидрологическое значение почвенно-гранулометрической границы между слоями конструкции. Показано значение преимущественных потоков в формировании водного режима конструкции и особенности трансформации свойств чернозема, используемого в конструкции в качестве плодородного слоя. Предложена гипотетическая комплексная биогидрофизическая схема трансформации структуры и функционирования технозема в районе КМА (Курской магнитной аномалии).

Практическая значимость заключается в том, что экспериментально была показана возможность и направление трансформации физических свойств черноземного слоя почвенной конструкции. Указана практическая значимость предсказания особенностей водного режима почвенных конструкций, который является основой для быстрого и необратимого изменения физических свойств почвенной конструкции. Научно обоснована необходимость изучения, методы оценки и предсказания существования преимущественных потоков влаги, наличия локальных временных периодов анаэробиоза на границах слоев, являющихся причиной трансформации структуры черноземов при функционировании почвенной конструкции.

Работа выполнена на кафедре физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова в течение 2005-2008 гг. под руководством профессора, д.б.н. Е.В. Шеина и профессора, д.б.н. Д.И.Щеглова.

Автор выражает глубокую благодарность д.б.н. А.Б. Умаровой, д.б.н. Е.Ю. Милановскому, всем сотрудникам кафедры физики и мелиорации почв, а также профессору кафедры агрохимии ф-та почвоведения МГУ д.б.н. Н.В. Верховцевой и профессору кафедры биологии почв ф-та почвоведения МГУ д.б.н. JT.M. Полянской за оказание помощи в проведении экспериментов, ценные советы, консультации и внимание, проявленное к данной работе.

Заключение Диссертация по теме "Агропочвоведение и агрофизика", Соколова, Ирина Владимировна

выводы

3. Водно-физические свойства и водный режим технозема, рассчитанный по адаптированной математической модели HYDRUS и реставрированный по полевым экспериментам с крахмальными метками, указывают на наличие периодов повышенного увлажнения наряду с периодами интенсивного высыхания, обусловленного деятельностью корневых систем растений. Переувлажнение возникает за счет образования подвешенной влаги либо верховодки на границе слоев с различающейся структурой или насыпного черноземного слоя и подстилающей породы.

4. Формирование технозема как последовательности слоев, различающихся по гранулометрическому составу и сложению, наличие резкой границы между почвенным плодородным слоем и подстилающими его породами приводит к формированию специфического водного режима, отличного от водного режима автоморфных естественных почв. В период весеннего сплошного промачивания почвенной конструкции в результате образования зоны капиллярно-подвешенной влаги (конструкция на песке) или благодаря низкой фильтрационной способности слоя, подстилающего насыпной черноземный слой (конструкция на суглинке), может возникать временное переувлажнение слоев.

6. Процесс переноса иона Fe в пределах крупных почвенных педов от их центральной части к поверхности осуществляется благодаря участию специфической анаэробной и аэробной микрофлоры.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

6. Соколова И.В., Умарова А.Б., Милановский Е.В., Шеин Е.В., Щеглов Д.И. Динамические изменения свойств черноземов в условиях эксплуатации рекультивационных конструкций (на примере рекультивационного почвенного покрова Курской магнитной аномалии) // Материалы международной научной конференции «Пространственно-временная организация почвенного покрова: теоретические и прикладные аспекты». Издательский дом С.-Петербургского государственного университета. Санкт-Петербург. 2007. С.512-514.

7. Умарова А.Б., Шеин Е.В., Соколова И.В., Ландышева А.С. // Преимущественные потоки влаги как один из факторов сохранения пространственной неоднородности почвенного покрова // Материалы научно-практической конференции, посвященной 75-летию Астраханского государственного университета «Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и прогнозирования». Издательский дом «Астраханский университет». Астрахань. 2007. 4.1. С. 180-181.

8. Умарова А.Б., Самойлов О.А., Соколова И.В., Милановский Е.Ю., Кирдяшкин П.И., Иванова Т.В. Преимущественные потоки влаги: формирование и значение в антропогенно-измененных почвах // Материалы международной научно-практической конференции «Ноосферные изменения в почвенном покрове». Владивосток. Изд-во Дальневост. ун-та. 2007. С. 401-403.

Плодородие почв - уникальный природный ресурс - в нем будущее России». Санкт-Петербург. 2008. С. 489-490.

11.A. Umarova, Е. Shein, I. Sokolova. Subsoil compaction, structure degradation under the effect of specific water regime in soil land reclamation constructions over a period of 20 years // Book of Abstracts, EUROSOIL, 2008. Winfried H. Blum, Martin H. Gerzabek and Manfred Vodrazka (Eds.) Vienna, 2529 August. P.49

12.Шеин E.B., Щеглов Д.И., Умарова А.Б., Соколова И.В., Милановский Е.Ю. Структурное состояние техноземов и формирование в них преимущественных потоков влаги // Почвоведение. 2009. № 6 (в печати)

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата биологических наук, Соколова, Ирина Владимировна, Москва

1. Абакумов Е.В., Гагарина Э.И. Рекультивация земель в посттехногенных ландшафтах и физические свойства отвальных грунтов. // Труды Всероссийской конференции «Фундаментальные физические исследования в почвоведении и мелиорации». Москва. 2003. С. 262-264.

2. Агроклиматический справочник по Белгородской области. JI. 1960. 90 с.

3. Адерихин П.Г., Усков Б.В., Дудкин Ю.И., Брехов М.Т. Потенциальное плодородие вскрышных пород КМА. Воронеж: Изд-во ВГУ. 1978. 224 с.

4. Адерихин П.Г., Решетов Н.Г Особенности структурно-агрегатного состава вскрышных пород Лебединского карьера КМА в связи с их рекультивацией. // Мелиорация и рекультивация почв Центрального Черноземья. Воронеж: Изд-во ВГУ. 1984. С.34-42.

5. Ананьева К. А. Преимущественные потоки влаги в условиях стационарной фильтрации. // Дисс. на соиск. учен. степ, к.б.н. Москва. 2004. 99 с.

6. Андроханов В.А. Техноземы и изменение их свойств на биологическом этапе рекультивации (на примере КАТЭКа). // Автореф. на соиск. степ, к.б.н. Новосибирск. 1998. 21 с.

7. Андроханов В.А., Овсянникова С.В., Курачев В.М. Техноземы: свойства, режимы, функционирование. // Новосибирск: Наука, Сибирская издательская фирма РАН. 2000. 200 с.

8. Андроханов В.А. Почвы техногенных ландшфтов: генезис и эволюция. Новосибирск. Изд-во СО РАН, 2004

9. Антипов-Каратаев И.Н., Келлерман В.В. О механизме структурообразования и физико-химических исследованиях почвенных агрегатов. // Материалы научно-методического совещания по обработке почв. Тр. ВАСХНИЛ. М.: 1961. С.5-8.

10. Арзуманян Т.Ю., Крейда Н.А. Почвообразование в отвалах морских грунтов на мелиоративном этапе // Тез. докл. VIII съезда почвоведов. Новосибирск. 1989. Т.1. С. 182-183.

11. Аристовская Т.В. Микробиология почвенных процессов. Л.: Наука. 1980. 187 с.

12. Бекаревич Н.Е., Масюк Н.Т., Узбек И.Х. Рекомендации по биологической рекультивации земель в Днепропетровской области. Днепропетровск. 1969. 48 с.

13. Бондарь Г.А., Дадатко Э.Л. Сингенетические сукцессии растительного покрова на породах надугольной толщи Александрийского буроугольного месторождения. //Рекультивацияземель. Днепропетровск. 1974. С.50-61.

14. Бурыкин A.M. Некоторые теоретические вопросы рекультивации техногенных ландшафтов. // Рекультивация земель, нарушенных горными работами на КМА. Воронеж: ВСХИ. 1985. С. 3-11.

15. Бурыкин A.M., Засорина Э.В. Некоторые закономерности гумусонакопления и гумусообразования в молодых почвах техногенных экосистем КМА. // Тез. докл. VIII Всесоюзн. съезда почвоведов. Новосибирск. 1989. Т. 1. С. 184-185.

16. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат. 1986. 416 с.

17. Вернер К. О состоянии и перспективах рекультивации в ГДР // Разработка способов рекультивации ландшафта, нарушенного Промышленной деятельностью. София. 1973. С. 28-40.

18. Верховцева Н.В., Пашкевич Е.Б., Осипов Г.А., Флесс Н.А., Минеев В.Г. Изменение состава микробного сообщества дерново-подзолистой супесчаной почвы при внесении сидератов и соломы в качестве органических удобрений. // Докл. РАСХН. 2002. N 5. С. 25-27

19. Воробьева JI.A. Химический анализ почв. М.: Изд-во МГУ. 1998.271 с.

20. Воронин А.Д. Сруктурно-энергетическая концепция гидрофизических свойств почв и ее практическое применение. // Почвоведение. 1980. № 12. С.35-46.

21. Высоцкий Г.Н. Избранные труды. М.: Сельхозгиз. 1960. 435 с.

22. Гаджиев И.М., Курачев В.М. Генетические и экологические аспекты исследований и классификация почв техногенных ландшафтов. // Экология и рекультивация техногенных ландшафтов. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние. 1992. С. 6-15.

23. Гедройц К.К. Учение о поглотительной способности почвы. М.: Сельхозгиз. 1933. 207 с.

24. Герасимова М.И., Строганова М.Н., Можарова Н.В., Прокофьева Т.В. Антропогенные почвы: генезис, география, рекультивация. Смоленск: Ойкумена. 2003. 268 с.

25. Глобус A.M. Почвенно-гидрофизическое обеспечение агроэкологических математических моделей. Д.: Гидрометеоиздат. 1987. 428 с.

26. Гогатишвили А.Д. Современное состояние и перспективы рекультивации земель открытых разработок полезных ископаемых в Грузии. // Растения и промышленная среда. Свердловск. 1970. С. 90.

27. Горбунов Н.И., Абрукова Л.П. Реологические свойства и минералогический состав слитых почв. // Почвоведение. 1974. №8. С.74-85.

28. Горбунов Н.И., Орлов Д.С. Природа и прочность связи органических веществ с минералами почвы. Почвоведение. 1977. №7. С.89-100.

29. Грешта Ян. Рекультивация промышленных бросовых земель в Польской народной республике. // Охрана природы на Урале. Свердловск. 1966. вып.5. С101-114.

30. Губер А.К., Шеин Е.В., Ван Ицюань, Умарова А.Б. Экспериментальное обеспечение математических моделей переноса воды в почвах, оценка адекватности и надежности прогноза // Почвоведение, 1998, № 9, С. 1127-1138.

31. Деградация и охрана почв. // Под ред. Акад. РАН Г.В.Добровольского. -М.: Изд-во МГУ. 2002. 654 с.

32. Джегерис В.Б., Брехов М.Т., Михайлова Т.Н. Влияние землевания на некоторые свойства малопродуктивных земель в районе КМА. В кн. Плодородие почв Среднерусской лесостепи и пути его регулирования, сб. научных трудов, изд-во ВГУ, 1988

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

34. Дмитриев Е.А., Хохрина Т.К. О путях передвижения впитывающейся в почву влаги // Проблемы с/х науки в Моск. ун-те. Сб. ст. М.: МГУ. 1975. С. 123-125.

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. Водный режим почвенных тел разной мерности.// Почвоведение. 1996. №5. С. 667-678.

37. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах: Экологическое значение почв. М. 1990

38. Дороненко Е.П., Элькин А .Я., Жерносенко К.К. Технологические схемы и экологические показатели рекультивации откосов и отвалов. // Проблемы рекультивации земель в СССР. Новосибирск. 1974. С.75-83

39. Другов А.Н., Крапцов А.П., Келеберда Т.Н. Почвообразование на ранних стадиях онтогенеза биогеоценозов техногенных ландшафтов Донбасса. // Тез. докл. VIII Всесоюзн. съезда почвоведов. Новосибирск. 1989. Т. 1.С. 184—185.

40. Етеревская JI.В. К исследованию генерации и регенерации почв на рекультивируемых почвах, нарушенных горно-промышленными работами. // Рекультивация земель в СССР. М. 1973. С. 5-11.

41. Етеревская Л.В. Повышение плодородия рекультивируемых лессовых пород открытых разработок угля в северной части Украины // Проблемы рекультивации земель в СССР. Новосибирск. 1974. С. 103-112.

42. Етеревская Л.В. Рекультивация земель. Киев. 1977. 122 с.

43. Етеревская Л.В. Почвообразование и рекультивация земель в техногенных ландшафтах Украины. // автореф. дисс. докт. с.-х. наук. Харьков. 1989.

44. Зайдельман Ф.Р. Водный режим оглеенных и неоглеенных тяжелых дерново-подзолистых почв // Почвоведение. 1968, №8. С.

45. Зайдельман Ф.Р. Особенности режима и мелиорации заболоченных почв. М. 1969.

46. Зайдельман Ф.Р. Гидрологический режим почв Нечерноземной зоны. Л., Гидрометеоиздат, 1985.

47. Зайдельман Ф.Р. Процесс глееобразования и его роль в формировании почв. М.: Изд-во МГУ. 1998. 316 с.

48. Зайдельман Ф.Р., Тюльпанов В.И., Ангелов Е.Н., Давыдов А.И. Почвы мочарных ландшафтов формирование, агроэкология и мелиорация. М.: Изд-во МГУ. 1998. 159 с.

49. Зайдельман Ф.Р. Генезис и экологические основы мелиорации почв и ландшафтов. М.: КДУ. 2009. 720 с.

50. Засорина Э.В. Биохимическая активность молодых техногенных почв (на примере Стойленского ГОКа). // Рекультивация земель, нарушенных горными работами на КМА. Воронеж. 1985. С. 74-76.

51. Затинацкий С.В., Зейлигер A.M., Губер А.К., Хитров Н.Б., Никитина Н.С., Уткаева В.Ф. Исследование предпочтительных потоков влаги в лугово-черноземной почве Саратовского Заволжья // Почвоведение. 2007. № 5. С.558-598.

52. Кандрашин Е.Р. Сингенез и продуктивность естественной растительности и полукультурфитоценозов на отвалах угольных разрезов Кузбаса // Почвообразование в техногенных ландшафтах. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-е. 1979. С. 163- 172.

53. Капитонов Д.Ю. Формирование биоценозов на нарушенных землях Лебединского ГОКа КМА. // автореф. на соис. уч. степ, к.с.-х.н. Воронеж. 2003

54. Кауричев И.С., Тарарина Л.Ф. Влияние различных органических добавок на величину окислительно-восстановительного потенциала серой лесной почвы // Изв. ТСХА. 1973. № 5. С. 100-107.

55. Качинский Н.А. Структура почвы. М.: Изд-во МГУ. 1963. 100 с.

56. Келеберда Т.Н. Почвообразование и классификация почв посттехногенных ландшафтов. // Тезисы докладов III съезда почвоведов и агрохимиков Украинской ССР. Харьков: Украинский НИИ почвоведения и агрохимии. 1990. С. 78-79.

57. Классификация и диагностика почв России. // Под ред. академика РАН Г.В.Добровольского. Смоленск: Ойкумена. 2004. 342 с.

58. Крупская Л.Т., Новикова Е.В. Свойства пород отвалов и особенности почвообразования в техногенных экосистемах // Тез. докл. VIII Всесоюзн. съезда почвоведов. Новосибирск. 1989. Т.1. С. 191-192.

59. Логинов А.Ф. Экология культур-мелиорантов при биологической рекультивации золоотвалов ТЭЦ // Тез. докл. VIII Всесоюзн. съезда почвоведов. Новосибирск. 1989. Т.1. С. 207-208.

60. Лозе Ж., Матье К. Толковый словарь по почвоведению. М.: Мир. 1998. 398 с.

61. Масюк Н.Т. Особенности формирования естественных и культурных фитоценозов на вскрышных породах в местах произведенной добычиполезных ископаемых // Рекультивация земель. Днепропетровск. 1974. С.62-104.

62. Масюк Н.Т. Вскрышные горные породы как объект исследования, особенности его познания, методические трудности и некоторые пути их преодоления. // Создание высокопродуктивных агробиоценозов в техногенном ландшафте. Днепропетровск. 1975. С. 3-54.

63. Масюк Н.Т. Введение в сельскохозяйственную экологию. Днепропетровск. 1989. 192 с.

64. Масюк А.Н. Особенности диагностики почвообразования на рекультивированных землях. // Тезисы докладов III съезда почвоведов и агрохимиков Украинской ССР. Харьков: Украинский НИИ почвоведения и агрохимии. 1990. С. 109-111.

65. Мельникова М.К, Фрид А.С., Заманмурад Ф. О передвижении воды и меченного хлористого калия в слоистых почвах // Миграция в почве и ее моделирование. М. 2006. С. 15-25.

66. Менке Г., Менке JI. Введение в лазерный эмиссионный микроспектральный анализ. // пер. с нем., М.: Мир. 1968. 252 с.

67. Моторина JI.B. Естественное зарастание отвалов открытых разработок. // Сб. научн. тр. Растительность и промышленное загрязнение. Свердловск. 1970. Вып. 7. С. 118-122.

68. Моторина JI.B., Ижевская Т.И. Сравнительная характеристика растительного покрова на отвалах открытых разработок бурого угля ижелезной руды. // Сб. науч. тр. Растения и промышленная среда. Свердловск. 1980. С. 80-87.

69. Николаева С.А., Блынская И.В., Еремина A.M. Моделирование процессов почвообразования во вторичногидроморфных черноземах. // Тезисы докладов III съезда Докучаевского общества почвоведов. М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН. 2000. С.234-235.

70. Орлов Д.С., Пивоварова И.А., Горбунов Н.И. Взаимодействие гумусовых веществ с минералами и природа их связи. // Агрохимия. 1973. №9. С.61-68.

71. Осипов Г.А. Изучение видового состава микробного сообщества заводняемого нефтяного пласта методом хромато-масс-спектрометрии. // Микробиология. 1994. т.63. вып. 5. С. 876-882.

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

73. Пачепский Я.А. Математические модели процессов переноса в мелиорируемых почвах. М.: Изд-во МГУ. 1992. 85 с.

74. Пигорев И.Я. Экологическое состояние техногенных систем КМА и его трансформация в ходе биологического освоения. // Автореф. на соиск. степ, доктора с.-х. наук. Курск: КГСХА. 1997. 38 с.

75. Пигорев И.Я. Экология техногенных ландшафтов КМА и их биологическое освоение. // Курск: Изд-во Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2006. 366 с.

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

77. Применение ион-селективных электродов в почвоведении, мелиорации и сельском хозяйстве. Москва-Новочеркасск. 1981. 73 с.

78. Проблемы рекультивации почв в СССР. Новосибирск. 1974.

79. Роде А.А. Основы учения о почвенной влаге. // Т.2. JL: Гидрометеоиздат. 1969. 287 с.

80. Розанов Б.Г. Морфология почв. М.: Академический проект, 2004, 432 е.

81. Розов С.Ю. Об ирригационной деградации и постирригационной эволюции черноземов степной зоны Европейской части России. // Тезисы докладов II съезда Общества почвоведов. Санкт-Петербург. 1996. С. 116-117.

82. Роуэлл Д.Л. Почвоведение: методы и использование. М., «Колос». 1998. 486 с.

83. Рудаков К. И. Микроорганизм и структура почвы. Сельхозгиз. 1951.

84. Рыжова И.М. Математическое моделирование почвенных процессов. М.: Изд-во МГУ. 1992. 82 с.

85. Сергеев М.В. Приемы восстановления плодородия почв малопродуктивных угодий КМА. // Тезисы докладов III съезда Докучаевского общества почвоведов. М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН. 2000. С.297-298.

86. Сметник А.А., Спиридонов Ю.Я., Шеин Е.В. Миграция пестицидов в почвах. М.: РАСХН-ВНИИФ. 2005. 336 с.

87. Современная микробиология. // Под ред. Ленгелера И. М.: Мир. 2005.

88. Солнцева Н.П., Герасимова М.И., Рубилина Н.Е. Морфогенетический анализ техногенно преобразованных почв. // Почвоведение. №8. 1990. С.124-129.

89. Степанов А.Л.; Манучарова Н.А.; Полянская Л.М. Продуцирование закиси азота бактериями в почвенных агрегатах. // Почвоведение. 1997. №8. С. 973-976.

90. Стифеев А.И., Муха В.Д. Создание устойчивости рекультивированных земель КМА. // Тезисы докладов II съезда Общества почвоведов. Санкт-Петербург. 1996. С. 294-295.

91. Стифеев А.А., Стифеев А.И., Шатохин В.А. Экологические аспекты рекультивации нарушенных земель КМА. // Тезисы докладов III съезда Докучаевского общества почвоведов. М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН. 2000. С.300.

92. Теории и методы физики почв. // Колл. монография под ред. Е.В.Шеина, JI.O. Карпачевского. М., Гриф и К. 2007. 616 с.

93. Терентьев В.И., Суханов П.А. Классификация деградированных почв и непочвенных поверхностных образований. // Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения. T.l. М. 1998. С. 16-18.

94. Терпелец В.И. Рекультивация нарушенных земель в техногенных ландшафтах Кубани. // Тезисы докладов III съезда Докучаевского общества почвоведов. М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН. 2000. С.302-303.

95. ЮЗ.Умарова А.Б., Шеин Е.В. Применение метода крахмальной метки Дмитриева для исследований переноса воды и растворенных веществ // Масштабные эффекты при исследовании почв. М.: Изд-во МГУ им. М.В.Ломоносова. 2001. С. 217-222.

96. Умарова А.Б., Самойлов O.A., Кокорева A.A. Температура модельных дерново-подзолистых почв в условиях больших лизиметров МГУ // Вестник Алтайского государственного университета. 2008. №1. С.22-26.

97. Умарова А.Б. Преимущественные потоки влаги в почвах: закономерности формирования и значение в функционировании почв. // Диссер. на соиск. ученой степ, д.б.н. М.: МГУ. 2008. 355 с.

98. Учебное руководство к полевой практике по физике почв. // Под ред. А.Д. Воронина. М.: Изд-во МГУ. 1988. 90 с.

99. Усков Б.В., Королев В.А., Дудкин Ю.И. Оптимизация водного режима рекультивируемых земель. // Тезисы докладов II съезда Общества почвоведов. Санкт-Петербург. 1996. С. 299.

100. Физико-химические методы исследования почв. // Под ред. Н.Г. Зырина, Д.С. Орлова. М.: Изд-во МГУ. 1980. 381 с.

101. Ш.Хан Д.В. Органно-минеральные соединения и структура почвы. М.: Наука. 1969. 142с.

102. Хан К.Ю. Поздняков А.И., Сон Б.К. Строение и устойчивость почвенных агрегатов. Почвоведение, 2007, №4, с.450-456.

103. Чабан И.П. Рациональное использование почв и пород на рекультивированных участках под плодовые насаждения. // Рекультивация земель, нарушенных при добыче полезных ископаемых. М. 1977. С. 37-58.

104. Шеин Е.В., Капинос В.А. Сборник задач по физике почв. М.: Изд-во МГУ. 1994. С.79.

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

106. 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.

107. Шеин Е.В., Салимгареева О.А. Пространственная вариабельность физических свойств и водного режима чернозема типичного. // Почвоведение. 1997. № 4. С. 484-492.

108. Шеин Е.В., Дембовецкий А.В., Губер А.К. Педотрансфункции: получение, обоснование и использование // Почвоведение. 1999. №11. С.1323-1331.

109. Шеин Е.В., Бутылкина М. А., Иванов АЛ, Мазиров М.А. Пространственно-временная изменчивость агрофизических свойств комплекса серых лесных почв в условиях интенсивного сельскохозяйственного использования. // Почвоведение. 2001. № 5. С.578-585.

110. Шеин Е.В., Марченко К.А. Взаимосвязь путей движения влаги и пространственного распределения плотности почв Владимирского ополья. //Почвоведение. 2001. № 7. С. 823-833.

111. Шеин Е.В., Марченко К.А. Преимущественные пути миграции влаги. // Вестник Московского университета. Сер.17. Почвоведение. 2002. № 1. С. 45-49.

112. Шеин Е.В., Карпачевский JI.O. Толковый словарь по физике почв. М.: Изд-во «Геос». 2003. 124 с.

113. Шеин Е.В., Милановский Е.Ю. Роль и значение органического вещества в образовании и устойчивости почвенных агрегатов. // Почвоведение. 2003. №1. С.53-61.

114. Шеин Е.В. Курс физики почв. М.: Изд-во МГУ. 2005. 432 с.

115. Шилова Е.И., Коровкина JI.B. Сезонная динамика химического состава лизиметрических вод подзолистых тяжелосуглинистых почв. // Почвоведение. 1961. № 3. С. 36-47.

116. Anderson J.L., Bouma J. Relation between hydraulic conductivity and morphometric data of an argillic horizon. Soil Sci.Soc.Am.Proc. 1973. 37. 408-413

117. Beaver S.H. Land reclamation. // Sournal Rogae Institution of Chartered Survegors. 1960. 92 .

118. Beven K., Germann P. Macropores and water flow in soils // Water resour.Res. 1982. Res. 12. Pp. 1311-1325.

119. Beven K, German P. Water flow in soil macropores. II/ A combined flow model. //J. Soil Sci. 1981. V.32. pp. 15-29

120. Bouma J. С., Belmans F.M., Dekker L.W. Water infiltration and redistribution in a silt loam subsoil with vertical worm channels // Soil. Sci. Am. J. 1982. №46. P. 917-921

121. Bouma J. Hydropedology as a powerful for environmental policy research // Geoderma. 2006. 131. Pp 275-286.

122. Bouma J., Dekker L.W. A case study on infiltration into dry clay soil: I. Morfological observation // Geoderma. 1978. V. 20. Pp. 27-40.

123. Bouma J.A., Jongerius A., Schoonderbeek D. Calculations of saturated hydraulic conductivity of some pedal clay soil using micromorphological data // Soil. Soc. Am. J. 1979. V.43. Pp. 261-264.

124. Bouma J., Dekker L.W., Haas J.C.F.M. Measurement of depth to water table in a heavy clay soil // Soil Sci. 1980. V. 130. Pp. 264-270.

125. Bouma J. Field methods for studing soil moisture regimes and irrigation practices in clay soils // Isot. and Radiat. Techn. Soil. Phys. and Irrig. Stud. Proc. Int. Symp., Aix-en-Provence, 1983. Vienna. Pp. 139-145.

126. Branduk Т., Skapski K., Szatylowisz J. Alluvial soil moisture modeling in a drainage irrigation system // Ann. Warsaw Agr. Univ. -SGGW Land Reclam. 1994. №27. Pp.3-13.

127. Brooks R.H., and A.J. Corey. Hydraulic properties of porous media. // Hydrol. Paper 3, Colo. State Univ., Fort Collins, CO, 1964.

128. Casson I. Derelict land and reclamation problem in Lancashire, Proceedings and Papers. // Sixth Technical meeting of IUCN. Landen-Edinburgh. 1961.

129. Corey J.C. Evaluation of dyes for tracing water movement in acid soils. // Soil. Sci. 1968. v. 106. №5

130. 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.

131. Emerson W.W., Baker A.C. The comparative effect of exchangeable calcium, magnesium and sodium on some physical properties of redbrown earth subsoils. II. The spontaneous dispersion of aggregates in water // Aust. J. Soil. Res. 1973. V. 11. Pp 151-157.

132. Flury M., Fluhler H., Jury W.A., Leuenberger J. Susceptibility of soils to preferential flow of water: a field study. // Water Resour. Res. 1994. 30:194554

133. Gimmi T. Verlagerung geloster Stoffe durch den Boden ins Grundwasser. Schriftenreihe Umwelt // Bundesamt fur Umwelt, Wald und Landschaft, Bern. Nr. 2004. 349. 46 S.

134. Hillel D., Baker R.S. A descriptive theory of fingering during infiltration into layered soils // Soil. Sci. 1988. 146. Pp.51-56.

135. Hoogmoed W.B., Bouma J. A simulation model for infiltration into cracked clay soil // Soil Sci. Soc. Am. 1980. J. 44. №458-461.

136. Jarvis N.J., Jensson P.E., Dik P.T., Messing I. Modelling water and solute transport in macroporous soil. Model description and sensitivity analysis // J.Soil Sci. 1991. 42. № 1. Pp.59-70.

137. Kosugi K. General Model for Unsaturated Hydraulic Conductivity for Soils with Lognormal Pore-Size Distribution. // Soil Sci Soc Am J 1999 63: 270277.

138. Kung K.-J.S. Preferential flow in a sandy vadose zone: Field observation // Geoderma. 1991. № 46. Pp. 51-58

139. McQueen I.S., Miller R.F. Approximating Soil Moisture Characteristics from Limited Data: Empirical Evidence and Tentative Model. // Water Resour. Res. 1974. №10 (3). pp. 521-527.

140. Mithcell A.R., Ellsworth T.R., Meek B.D. Effect of root systems on preferential flow in swelling soil // Commun. Soil. Sci. and Plant Anal. 1995. 26. №15-16. Pp. 2655-2666.

141. Mualem Y. A new model for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated porous media. // Water Resour. Res. V. 12. 1976. Pp. 513-522.

142. Ritsema C.J., Dekker L.W., Henrickx J.M.N., Hammnga W. Preferential flow mechanism in water repellent sandy soil // Water Resour. Res. 1993. 29. Pp. 2183-2193.

143. Shein E.V., Umarova A.B., Dembovetsky A.V.,Samoilov A.A. Effect of subsoil compaction on the hydraulic processes in landscapes // International Agrophisics. 2003, 17, C. 1-6.

144. Simunek J., Jarvis N.J., van Genuchten M.T., Gardenas A. Nonequilibrium and preferential flow and transport in the vadose zone: review and case study // J.Hydrology. 2003. Vol.272. Pp. 14-35.

145. Skopp J. Comment on «micro-, meso-, and macroporosity of soil» // Soil Sci. Soc. Am. 1981. J. 45. Pp. 1246.

146. Thomas G.W., Phillips R.E. Consequences of water movement in macropores // J. Environ. Qual. 1979. №8. Pp.149-156.

147. Van Genuhten M.Th. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soil // Soil Sci. Soc. Am. J. V. 44. 1980. Pp. 892898

148. Van Genuchten M. Th., Ralston D.E., Germann P.F. Transport of water and solution in macopores // Geoderma. 1990. № 46. special issue.

149. Van Ommen H.C., Dekker L.W., Dijksma R., Hulshof J. Experimental assessment of preferential flow path in a field soil. // J.Hydrol. 1989. 105:253262

150. Vepraskas M.J., Huffman R.L., Kreiser G.S. Hydrologic models for altered landscapes. // Geoderma. Apr. 2006. Vol 131 Issue 314 p.287-298.

Информация о работе

Соколова, Ирина Владимировна
кандидата биологических наук
Москва, 2009
ВАК 06.01.03

Диссертация

Физические свойства рекультивационных почвенных конструкций с дифференцированными по гранулометрическому составу слоями - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Физические свойства рекультивационных почвенных конструкций с дифференцированными по гранулометрическому составу слоями - тема автореферата по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы