Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Физическое состояние вертисолей Кубы в зависимости от их использования

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Физическое состояние вертисолей Кубы в зависимости от их использования"

МОСКОВСКИЙ ОГДЩА ЛЕНШЛ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОЙ) КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В. ЛОМОНОСОВА

Факультет Почвоведения

На правах рукописи

РОЗА ДЕЯЬ КАРМЕН ОРЕЛЬЯНА' ГАЙЕГО

ФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕРТИСОЛЕЙ КУШ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Специальность 03•00,2'7~ ' почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических паук

МОСКВА 1991

Работа выполнена в отделе мелиорации засолешшх и слитых почв Почвенного института Кубы и на кафедре физики и мелиорации почв факультета почвоведения Московского Государственного Университета имени М. В. Ломоносова.

Научные руководители: доктор биологических наук профессор А. Д. Воронин кандидат сельскохозяйственных паук ведущий научный сотрудник Фернандо Ортэга Састрикэс

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

в*я-с» В-Д-Василевская

кандидат биологических цпук старший научный сотрудник П. М. Сапожников

Ведущая организация: Университет Дружбы Народов галет;

Патриса Лумутлба. Защита состоится " " 1991 года в «¿О

в ауд. М-2 па заседании специализированного совета КО Гй.05.15 в МГУ им. М.В. Ломоносова.

С диссортацией модно познакомиться в библиотеке факультета Почвоведения МГУ.

Автореферат разослан "_" 1991 года.

Приглашаем. Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании специализированного совета по почвоведмшю в МГУ им. М.В. Ломоносова, по адресу: Москва, 119899, Ленинские горы, ИГУ, факультет почвоведения.

Ученый секретарь

специализированного совета^^'д^^/^^Г.В. Мотузова

Актуальность проблемы. Вертисоли Кубы занимают 1,5 миллиона га территории страны. Они встречаются в основном в центральных и восточных провинциях Кубы под сахарным тростником, пастбищами и рисом. В восточных провинциях, - где проводились исследования эти почвы занимаю-более 400 ООО га поэтому они являются важным экономическим ресурсом населения этих районов.

Бертисоли являются потенциально плодородными почвами, однако неудовлетворительные физические свойства не позволяют получать высоте и устойчивые урожаи сельскохозяйственных культур на этих почвах.

В социальных и экономических задачах развития страны, поставленных Коммунистической Партией Кубы, указывается на необходимость интенсификации научных исследований в связи с охраной, мелиорацией и рациональным использованием почв. Климат страны благоприят.а & для возделывания сельскохозяйственных культур круглый год. На равнинах, где развиваются эти почвы, возможно вырйшрвание многих ценных продовольственных и технических культур - хлопчатника, сои и др. Поэтому глубокое изучение физических свойств вертисолей является весьма актуальной задачей Продовольственной Программы Кубы.

Цель работы - оценка физического состояния вертисолей Кубы в зависимости от их использования.

Основные задачи исследования. Изучить физическое состояние вертисолей на основе энергетической концепции и современных представлений о структуре почв и дать его оценку в зависимости от их использования.

Научная новизна. Впервые на основе энергетической концепции физического состояния почв дана его количественная оценка для вертисолей Кубы при различном их использовании. Установлен

\

физико-химический механизм большой потенциальной и действительной слитости вертисолей, объясняющий их чувствительность к ухудшению физического состояния при интенсификации сельскохозяйственного использования. Установлена большая потенциальная способность к слитообразованию у гумус-карбонатных почв переходящая в актуальную слитость при их сельскохозяйственном использовании.

Практическая ценность. Результаты исследований могут быть использованы при разработке рекомендаций по рациональному использованию вертисолей и ухудшению их свойств, а также при разработке мероприятий по предупреждению ухудшения гумус-карбонатных. Оценка запасов влаги с учетом усадки позволяет точнее рас-читать оросительные нормы; высокая водоудерсивающая способность вертисолей дает основания рекомендовать возделывание на них экономически выгодных однолетних культур (на примере, хлопчатника, сои и др.).

Апробация •работы. Основные положения диссертации были доложены на Ученом Совете Почвенного Института Кубы (1990); на заседании кафедры физики и мелиорации почв МГУ (1991); на 1-ом, 2-ом и 13-ом съездах Общества кубинских и латиноамериканских почвоведов (1988, 1990) в Гаване; на международной конференции Института сельскохозяйственных наук Гаваны (1990); должны быть опубликованы в материалах съезда общества мексиканских почвоведов (Мексико, 1990).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 6 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, глав, обсуждения результатов, выводов. Материалы диссертации изложены настраницах машинописного текста, включая 20таблиц и рисунков, список литературы из%9 названий.

-2-

СОДЕРЖАНИЕ РАБ01Ы Введение

Подчеркивается актуальность и научная новизна работы, определяется цель а основные задачи исследования. ГЛАВА I. Состояние проблемы.

Дано общее понятие о вертисолях. На основе литературных данных проведен анализ основных в том числе и физических характеристик зертисолей. Подчеркивается современное определение физического состояния почв.

ГЛАВА 2. Естественно-исторические условия почвообразования Кубы.

Представлены краткие сведения о климате, геологии, геоморфологии, растительности Кубы и особенно тех провинций, где сформируются изученные почвы.

ГЛАВА 3. Почвы и методы исследования.

Вертисоли - почвы сиаллитного ряда, с преобладанием №0 над СаО среди валовых компонентов почвенной массы и ила. Такие почвы образуются на пылеватэ-глинистых и глинистых отложениях речного и морсхсого происхождения. Строение профиля: АС или А(В)С. Разделены на следующие типы: темно-слитые оглеенше, глеете и не глеевые.

Гумус-карбонатные почвы. Они входят в большую группу гумус-кальциевых почв. Преобладающий почвообразовательный процесс-накопление гумуса с большим содержанием активного кальция и минералов 2:1. Они образуются на известковых породах. Строение профиля: АС или А(В)С.

Объектами исследования послужили вертисоли под лесом, пастбищами и сахарным тростником, все они расположены на территориях провинции Грамма на востоке Кубы. Гумус-карбопатная почва под

-3-

сахарным тростником била выбрана на территории провинции Съен-фузгос в центральной части Кубы.

Методы исследования. В процессе работы особое ягашшше умолялось изучению структурно-функциональных и агрофизических характеристик пахотных горизонтов вертисолей. Структурно-гидрофизические исследования включали: определение основных гидрофизических характеристик почв (Воронин, 1984, 1990), реологических свойств (Манучаров, Лбрукова, 1982), показателей набухания. При определении базовых энергетических характеристик твердой фазы почвы и расчете диаграмм структуры порового пространства мульч-слоев вертисолей и гумус-карбонатной почвы использованы методшш и формулы, предлагаемыми Борезиным (1987, 1990). Остальные физические и физико-химические анализы проводились по общепринятым методикам (Вадюнина, Корчагина, 1986; inatituvo de SuelosiI985).

Для определения изменения запасов влаги с учетом усадки, плотности почв в процессе иссушения была использована математическая модель для трещиноватых почв ( r0Ss , 1985) с расчетом на ЗИЛ.

ГЛАВА 4. Структура твердой Фазы вертисолей и се составляющие. I. Гранулометрический состав как основная структурная составляющая почв.

Вертисоли Кубы являются глинистыми почвами; преобладащая фракция - меньше 0,001 мм (43 - 61 %). Подтверждается Miicmie С. В. Зонна (1974) о том, что вертисолям свойствен более легкий гранулометрический состав верхней части и его утяжеление вниз по профилю (табл.11). Уменьшение илистой фракции в горизонте С может быть связан с происхождением почвообразущюс пород. В профиле под сахарным тростником наблюдается более равномерное

5

таблица I

Гранулометрический состав исследованных почв, в %.

Угодие Горизонт Едуй., см фракции, 1-и,иЬ и,иь-и,и! , - мм и.иЬ-и.ОО! <0,Ш1 %

В е р т и с ОЛИ

Лес 4 0-6 16,7 19,3 20,0 44,0 60

А1 10-20 5,5 13,0 20,5 61,0 76

А1 60-80 3,6 14,9 20,6 60,9 75

С 100-120 23,3 17,4 15,8 43,5 54

Пастби- А1 0-1 18,9 12,7 23,8 44,5 61

ще А1 5-15 12,6 12,3 22,0 53,1 67

А1 35-50 12,5 10,0 15,8 61,7 75

А1 70-85 12,4 13,5 13,8 60,3 68

ВС 100-110 15.9 12,8 22,2 49,1 65

Сахарный А1 0-5 3,5 14,4 38,8 43,3 72

тростник А1 10-15 4,7 14,3 37,7 43,3 70

А1 20-30 4,0 14,5 35,4 46,1 73

А1 70-80 7,2 10,8 31,1 50,9 74

с 70-80 7,9 5,7 33,4 53,3 79

г у 15 у.С - карбон а т н а я почва

Сахарный А1 0-20 3,8 23,0 25,1 48,1 70

I

У

тростник

глуб.,см о

20

40 60

80 100

ЛЕС

0 50 60 70 80

20

40 60

80

100

?

о;г о;г о;з о',л к

о го

40

60 80 100

О

20

40

60 80 100

ПАСТБИЩЕ - (р

20 . Ю .

60

О 50 60 70 80

ЬО 100

0,1 0,2 0',3 0',4

С А X А Р Н ц а Т Р О С Т Н И К

о-------

20

40

60 60

100

0,1 0,2 0,3 0,4 К

О 50 60 70 80

Рис. Характеристики распределения глинистых компонентов вертисолей - содержание; К - дяеперность/. -6-

содержание илистой фракции; вероятно, возделывание сахарного тростника способствует образованию тонких смектитовых минералов при щелочной реакции среды (Weaver et al. ( 1971).

Анализ вероятностных характеристик распредёления глинистых компонентов (Ф^,-К) (Березин, 198?) дает'возмЪжность лучше понять это явление (рис. I). Параметр К,'который отражает дисперсность тлинистых'компонентов, меньше ".О ,,32, что свидетельствует о преимущественном присутствии высокодиспёрсных минералов. Резкое изменение- величин Ф^ и К в профиле под-пастбищем дает представление о характере его неоднородности', связанной с.трансформацией, переносом и локализацией тонкодисперсного вещества в прфиле почвы. '

Гумус-карбонатная почва,(Ф5= 70%; К= 0,24), подобна верти-соли под сахарным тростником. Повышенные значения К.по сравнению с почвами под лесом и пастбищем, говорит' о бойёе грубодис-персном характере глинистых компонентов, которые; могут быть представлены мадроагрегаташ.

По содержанка плазмы (Фд больше 60%) можно отнеатиэти почвы к плазменному типу структуры со значительным содержанием пылеватых фракций (Воронин, 1984).

2. Удельная поверхность почв как интегральная-характеристика почв. . ''•

Вертисоли характеризуются хорошо развитой удельной поверх-

■г * j

ностью (табл. 2). Величины уделыгой'лсшерхлости определяемые по изотермам десорбции паров воды и рассчитанные по уравнениям БЭТ и Фаррера имеют значения в пределах 16? - 280 м2.г-3-. Внутренняя удельная поверхность значительно преобладает над внешней; на долю внутренней удельной поверхности приходится больше 70% от общей. Этот признак характерен для почв, в минералогическом

-7-

таблица 2

Удельная поверхность и некоторые йизико-химические свойства почв.

Угодие Гориз *, Глуб.

см

Удельная поверхность общая внешн. внутр.

м2'. р-1

мг.экв/100 г.

РКноО

Ветзтисоли

I

Лес А1 0-6 244 74 170 8,73 30,3 17,4 0,75 1,43 б;о

А1 10-20 259 73 ' 186 1,67 20,3 15,2 1,00 0,50 5,3

Пастби- А1 0-1 167 50 117 2,81 17,0 14,6 0,55 0,80 5,3

ще АТ 5-15 230 50 180 2,57 20,0 16,0 0,95 0,60 5 4

А1 35-50 283 58 225 1,37 22,0 17,0 1,60 1,37 6,0

А1 70-85 218 63 155 1,33. 20,5 15,9 2,25 0,25 6,2

ВС 100-110 154 52 101 0,39 24,0 15,5 2,50 0,37 7,8

Сахарный А1 0-5 261 70 191 2,41 45,0 11,5 2,00 1,07 7,9

тростник А1 10-15 255 73 182 4,58 50,0 10,5 1,50 1,45 7,5

Г У-'. гус- карбонатная п 0 Ч Б а

Сахарный А1 0-20 358 ей 272 6,13 67,0 6,6 1,00 0,57 6,3

тростник

(такке при савгект гупуса переписью водорода) 317 82 235 1,37 26,0 7,3

1,90 0,90

составе которых преобладает минералы с расширяющейся решеткой.

Гумус-карбонатная почва характеризуется более высокой поверхностью (357 м2. г-1).

Минералогический состав оказывает большое влияние на величину и качество эффективных удельных поверхностей. В свою очередь по величине внутренней удельной поверхности можно рассчитать содержание монтмориллонита. Согласно методу усовершенствованному Ворониным (1984), содержание монтмориллонита в исследованных почвах достигает 29 - 67$ в почве в целом, особенно в гумус-карбонатной почве (73$).

По-видимому, содержание гумуса не оказывает существенного влияния на удельную поверхность вертисолей. Этот факт, вероятно, подтверждает предположение о том, что в глинистых почвах ассоциации молекул органических веществ диффузно распространены в минеральной почвенной массе и соизмеримы по размерам с глинистыми минералами. Это подтверждается и тем, что в гумус-карбонатной почве, где гумусовые вещества содержатся в-довольно значительных количествах, удельная поверхность после сжигания гумуса падает до 317 м2.г-1.

Обращает на себя внимание и значительные величины внешней поверхности от 86 до 50 м2. г"-1-. Роль внешней удельной поверхности в свойствах вертисолей очень велика. С ней связано меис— доменное набухание широко распространенное в этих почвах. Такая свдзь установлена для вертисолей Камеруна (Уег1та et а1„ , 1988).

Высокая удельная поверхность исслодопашшх почв обуславливает и значительную емкость катиошюго обмена (32 - 75 мг.экв/ЮО г). Характерно, что в составе обменных катионов преобладают кальций и магний. В ряде почв и угодий они содер-

з-/т

:..атся почти поровну (гор. А^' 10-20 под лесом, во всех горизонтах почвы под пастбищем, а в некоторых резко преобладает содержание обменного кальция (почва под сахарным тростником около 20$ Мбв обменном комплексе, и гумус-карбонатная почва около Ъ%). Следует отметить, что в обменном комплексе почва под сахарным тростником отмечается около Ъ% поглощенного натрия. В большинстве случаев в обменном комплексе почв содержится 50 - 35$ Ufe .

Keren, shainborg (1979) выяснили что, различные обменные катионы сорбируются преимущественно на той или иной поверхности так, катион кальция главным образом сорбируется на внутренние поверхностях в межпакетном пространстве, а натрия на внешних поверхностях, обуславливая большое междоменное набухание.

Советский физико-химик 0. Я.Самойлов (1957), изучая поведение катионов в водном растворе, показал,что катион магния в отличие от кальция имеет большую ближнюю гидратацию и в разбавленных водных растворах перемещается вместе с водным окружением. Можно предполагать, что магнию труднее проникнуть в межпакетнов расстояние чем кальцию,и поэтому последний будет преимущественно сорбироваться на внутренних поверхностях обуславливая довольно прочную связь отдельных смэктитовнх пластинок в домене. Это первый уровень прочности коагуляционпоп связи, которую иногда, недостаточно обоснованно, считают конденсационной.

Катионы магния, размещаясь на внешних поверхностях,обеспечивают более слабую меэдоменную связь и моздомеинсе набухание. С этим вероятно и связана слабая водоустойчивость вертисолей (табл.3-- ).

Аналогичный механизм, вероятно, могло использовать для объяснения и так называемой магниевой солонцеватости пота.

-10-

таблица 3

Микроагрегатний состав исследованиях почв, в

.Угодие Го риз. JJiyö., см

_ фракции, мм_

1-0,'¿Ъ 0,25-0,ОЬ 0,0Ь-0,01 Ü.ÜI-U.OUb ü,üüb-ü,QOJ <0,QÜL Кд

3 е р тис 0 л и

Лес А1 С-о 70 р 11,9 17,7 5,5 19,7 23,2 52,7

А1 10-20 8,3 11,9 24,0 7,3 24,7 25,7 42,0

А1 60-80 2,9 11,9 24,6 6,2 32,2 22,1 36,2

С I0C-I20 7,6 14,3 34,5 7,9 24,9 10,7 24,6

Пастби- А1 Ch'I 13,7 8,7 32,3 7,0 13,9 24,4 54,8

ще А1 5-15 9,1 26,7 8,5 21,5 22,5 42,3

А1 35^50 6,1 12,9 21,1 7,6 24,7 27,6 44,7

h 7.0-85 4,6 10,2 25,0 7,7 30,2 22,3 36,9

зс ЮСЖО 5,5 10,7 24,0 13,1 41,3 4,4 8;9

Сахарный А1 0-5 5,3 6,7 16,3 13,1 38,8 19,7 45,6

тростник А1 1С—15 7,2 5,5 18,0 11,0 41,1 16,9 39,0

Н 2С-30 7,1 8,5 13,1 13,0 39,5 18,5 40,1

Ч 7С-80 2,1 6,0 12,5 11,9 36; 9 30,3 5е* 5

с 7G-80 3,4 7,1 13,9 17,8 38,4 19,3 36,2

Г у м у с - к а р б о н а т н а я почва

Сахарный А1 0-20 4,5 5,2 46,7 5,2 20,9 17,3 35,9

ТрОСЯИК

3. Агрегатный состав почв.

Результаты шкроагрогатпого анализа исслсдовашгах ггечп показывают несколько иную картину между пахотными горизонтом! вертпеоле:? и гумус-карбонатной почвы (табл. з). В последней отмечается более высокоя водоустойчивость (Кд = 35,9 %). Ъ' отличие от вертисолей,' гумус-карбонатная почва характеризуется низкими отношениями С О, и С: Ни фракционным составом по-

гк фк

добным черноземам .( Ortega , 1982, 1985). Содержание орга-1Шческого вещества во фракциях 1-2 мкм, в состав которых входят прочные микроагрегаты, оказалсЙшше чем в вертисолях (25% от Сос3щ против 10-15%).

■ Среди вертисолей отмечается высокоя водоустойчивость только в кгошых горизонтах за счет увеличения карбонатов. Высокое содержание диспергируемого ила в пахотных слоях: объясняется, по миопию Агафонова с соавт. ( Agafonov et al» , 1978), малым количеством органического вещества, значительным содержанием магния и присутствием натрия в поглощающем комплексе. Вероятно, в исследованных глинистых почвах с преобладанием гуминовых кислот насиненных кальцием и образующих довольно крупные ассоциаты молекул органические вещества не проникают в тонкие поры, а размещаются диффузно на поверхности макроагрегатов, чем и способствуют их образованию и повышению водоустойчивости (табл. 4).

Диффузное размещение органических веществ на поверхности макрофрагментов почв подтверждается и данными мокрого просеивания почвенных образцов после обработки их спирго -бензольной вытяжкой и удаление липвдов. В этом анализе ойнаруживалось статически обоснованное уменьшение размеров крупных агрегатов и увеличение мелких после отмеченной выше обработки почв.

Сухое просеивание служит до некоторой степепи условной -12-

Ii Г-н

/3

л>

7J

Л

О

ij

V

0

A

zT

Vi

И ^ n

» 0

-—^ ]

CD —1

Ш S

3 И M

w 1

frf & счг

03

C3 cd

0

p. P

И N

с

C3 A

0

ÍX

p

A

m

p-

0

к rfl A

E-«

О V

О

О „4 g

1—i О

'ä

Pi

Pi m

¡H pj

CS Pi

Рн 0

сз |—1

РЧ

3 03

M

0

JH

>S

Ю СО О СО СО Ю <fl (Я H

¡> О I ю in

Г- tD to LO

со о со ю со со

о ю

СО 0 > ï>

и

о

10 Oí О «D О N «3 LO ^ CV Oí

05 PI

C\¡ О CV! О

(V n ra <í

o> oj cní с\г о ы ^

П О) (О << 1-Н I—i

1-1 01 с\г W ® ю

U3 О"! ■ч? LD

С J t-1 о С\2 I—[ H—î

LD

со

Ю W О со от

MON CV2 C4Ï СМ

to «3

N н H

Г- 0~> Ю О Ю 1-1 СО

СП СГ> ПОЮ N О) о о

о

ь о

CSÍ

Рч

Ш !>-

m in ы

О 00 с\2 счг м

со ю со со" с-* in

t> со оо с\г ю со

Ю !> О) н со со

Ю ^ I—i ГО to СО

СО CV !> СО к!' СО

О нн ю

ЕЧ . « «

03 tD CD СО

•Ч' LO СО К

аз

О СО ю fi

f>'

од

О с\г

К

и;

а;

OJ

p Oí

tí

К

О '"i

X"

хэ Cv2

р,

ю

tí

О

к CV1

) о о

>> аз

к"- со

Рч

M to СО Е-" Ен D- CO

- - ф CD « -

со о 02 к к о о

г> lo м~ О*

о

/ О О N

' Ш N ffl H ¿¿¿¿

H tí H

ю о

M 1-1 Ю

Á lA lA

СО

Ю o o

H СО СО

lo i ¿ ¿

m г> о

¿

n

o

o

«! <í <1 О -а! «Î «î -я; о -а;

[тн w.!

чЗ р> tí р. S

6-1 « 0 сЗ 0

о о X 0 а О

CD сз ш « р. s ft

1=4 С EJ о ь 0 ы

-13-

01 01 о

характеристикой агрегированноети в вортисолях из-за высокого содержания глыб. В сущности это распределение по размерам почвенных макрофрагментов. Исключение составляет находящийся па поверхности мульч-слой в котором отмечается довольно равномерное распределение действительно макроагрегатов. Образование этого слой, вероятно, связано с высокими температурами на поверхности почвы, как и предполагали Агафонов с соавторами ( АеаГопог et а1„) 1978), так как по характеристикам твердой фазы почв он практически не отличается от остальной почтенной толщи.

ГЛАВА 5. Структурно-функциона/ш-ше свойства исследованных нота.

Основные гидрофизические и реологические свойства обусловлены взаимодействия!.® мекду твердой фазой почв, ее составом и структурой. Особенности этих взаимодействий отражаются на форме кривых зависимости между содержанием воды в почве и ее кат-йшр-но-сорбционнкм потенциалом или основных гидрофизических характеристик (ОГХ).

Ввиду того, что гранулометрический состав исследованных почв и минералогический состав их илистых фракций довольно близки, то и формы кривых ОГХ мало различаются между собой и характерны для почвенных структур состоящих из элементарных почвенных частиц илистых и пылепатых размеров, в которых плис- -тая Фракция представлена преимущественно минералами типа монтмориллонита насыщенного катионами кальция и магния.(рис, 2).

Представляет интерес тот факт, что форма кривой ОГХ заметно изменяется при влажности выше влажности набухания и становится в большинстве случаев практически прямолинейной. На этом отрезке кривой ОГХ вода теряется из мекггрегатных пер,что осо-

-14-

бенно хорошо видно в вариантах с мульч-слоом. При штатное тяг. ниже влажности набухания происходит потеря воды из агрегатов состоящих из смеси пылеватых частиц и глинистых домонов. Па кривых зависимости набухания от влажности (рис. 3) это проявляется в довольно заметной двуступенчатости и переходной зоне к нормальному набуханию. Следует отметить достаточно хорошее совпадение величин влажностей набухания определенных по выходу на плато кривой набухания и влажностей и удельных объе^;. мов пор соотвествующим точкам перегиба на кривых их изменения во времени. В последнем случае они лучше совпадают с У критическим состоянием на кривых ОГХ.-Влажности набухания отмеченное на кривых ОГХ колебались между У и 1У критическими состояниями, что вероятно объясняется недостаточно корректным нанесением этих величин на кривые ОГХ, полученные при иссушении, в то время как процесс набухания происходит при увлажнении. Вероятно на кривых увлаленения они будут лучше'совпадать с У критическим состоянием.

В области переходной к нормальному набуханию образуется определенное число межчастичных трещин, но в основном, особенно в области нормального набухания происходит изотропное изменение объема. Максимальных величин текстурная трещиноватость достигает при III критическом состоянии и при дальнейшем иссушении остается на этом уровне (Березин, 1987). С этим, очевидно, связана и обнаруженная нами в половых.условиях зависимость мепду количеством осадков и исходной влажностью почв (рис.4 ). Граница между областью отсутствия фильтрации и ос поличном происходит в интервале влажностей 36 - 40$, т.е., влажностей соотвествующих III критическому состоянию.

С III критическим состоянием достаточно хорошо оотшпдают -16-

Ríe. 3 - Зависимость набухания от впааностиШ и изменение удельных объемов общего поровога пространства во времени (II) /Вертисоль, лге/

платности продела пластичности определенные обычными методами, а с У состоянием влажность предела текучести.

Особый интерес представляет хорошее совпо,ценно величин полевой влагосыкостн (Накаидзе, 1975;Agafonov et al» ,1978; Hernandez .et ai„, 1986) с ее результата« определенными по 1У критическому состоянию. Это ваяю потому, что строгое определение этой.величиш в поле довольно сложно.

Подученные результаты указывают на то, что энергетическая концепция физического состояния почвы вполне применима и к таким сложным почвам как веррдсоли. На этом основании можно по II критическому состоянию определить влагу завядания растений как пйчвенно-физический параметр (табл.5 ). В таких пределах Накаидзе (1975) нашел величины влажности завядания дяя слитых почв Кубы.

Опредоление реологических свойств исследованных почв на приборе Реотест-2 при влажности, соотвествухздей влажности набухшим (63 - 92$) показало, чтЬ в вертиерлях преобладает явление реопексии которое характеризуется возрастанием прочности (вязкости) во времени при действии напряжения сдвига. Это вероятно связано с тем, что сначала разрушается коэгуляциошше связи мевду глинистыми доменами второго уровня прочности, а потом коагуляциошше, и может бить, частично копдснсацпошше связи между пакетами монтмориллонита. Механизм нормального набухания связал с меядомешшм набуханием. При влахносгях ниже I критического состояния происходит внугрядомеиное напухание, а между I и II переходное. Влажности соотвеотвуттндое Т критическому состоянию совпадают с пределом усадки, а ме;;;ду I н II состояниями - остаточной усадке (Сапожников, 1982).

Влажность шшэ I критического состояния относится к проч--18-

таблица 5

Содержание различных форм воды и ее доступности по кривым ОГХ, в %.

Гориз., адсорбир. пленочная пленочно- капиллярно капиллярная влажность глуб,,см прочно- рыхлосвя- свободная пленочная эавядания.

связанная занная

Ах 0-6 С 13 А1 10-20 с 12

й А1 5-15 г А1 35-50

А1 0-5 А1 10-15

Ах 0-20

С С

с.

с

11

12

13 13

С К

ВЕРТЙСОЛИ лес

13 - 18 18 - 37 12 - 18 18 - 34 пастбище

11 - 18 18 - 33

12 - 18 18 - 36 сахарный тростник

13 - 18 18 - 35 13 - 18 18 - 37

ГУМУС-КАРБОНАТ сахарный тростник

16 - 20 20 - 42

37 -34 -

54 48

33 - 43

36 - 48

35 - 53

37 - 56 Н А Я ПО

42 - 63

Ч В

> 54 ? 48

;>4з

> 48

Р

А

53 56

Р 63

18 18

18 18

18 18

20

несвязанной воде. Следует отметить, что рассчитанные по Луганскому (по теплоте смачивания) влажности вполне удовлетворительно совпадают с опредолешшми по I критическому состоянию, несмотря па ряд допущений пршштнх в обоих методах.

Структурно-энергетические параметры гго Березину (1387,1990) рассчптипашюъ для поверхностных мульч-слоев вертисолей под лесом н сахарным тростником и для пахотного горизонта гумус-карбонатной почни. На их основании были построены диаграммы гторопого тфострппстпа, в которых основные харшеториеттаг ( ^ \ ) одрттгея в зависимости от давления еточвошгоП пяпти. Потенциальная слитость этих почв высокая (сумартш балл болыие 9), что говорит об их чувствительности к деструктивным воздействиям. Применение излишне литопсишшх воздействии любого характера приводит 1С развитию актуальной слитости (сумарннй балл для ясо-лодовппиых почв 7 - II).

ГЛАВА 6. Режим влакпости вортксолей

Исслодопопие по роашму влажности проводилось в стздпонар-1гнх условиях па опитно-иочлешнЯ стлттии провинции Гранка. То-поизоготетп шггшюстя, построенные в рпзпно периода года, по:сп-зывлпт что во время сухих сезонов почва почти теряет вою кую воду до пределов близких к пггроскодпчоским. Сохраняются только короткие языки более высокой влажности в подпахотных горизонтах и в пониженных участках рельефа. Однако, в период интенсивных доклей осадки успевают увлажнить почву до величия 50$ п выше (больше 86 мм) на глубину до 80 - 100 см на ногаколимх участках рельефа. При иссувязши вола торяотся очень быстро; при гласности почв 36 - 38$ (03 - 66 мм) осадки по 17'/ .уходить по трещинам (рис. 4 ).

,11,11 гг.-, ИТ! (,)1Г]'ИМ.-1,/(Г,11оГ| ДООТуШГОр П'ГЛТП допоит,!-,,-, II, -20-

Осадки, мм 150

20-154

1+

—2-

А Л

20 24 28 32 36 40 Рис. 4- Связь между количеством вьшадаемьгх ос

1-диалазон, при которая II инфильтрация происхо-

дила;

Г^-так ке, но более интенсивная инфильтрация

II- инфильтрация не проис д ходила;

штрих, зона- гра:-';:г:а

44 48 52

исходная влажность, %

ов и исходной влажность» почвы.

По кривым ОГХ установили,что он колеблется в пределах 33-56% (табл. 5). Однако, выше 50% влажности растения вряд ли могут развиваться нормально из-за проявления анаэробнозиса, а ниже 38% появляются первые трещины и вода трудно усваивается растениями из-за разрыва сплошности среды.

Запасы влаги с учетом усадки были рассчитаны по Россу (Roas, 1985) для слоя 0-20 см в течение одного года (рис.5 ). Было показано что только за 3 месаца (сухой сезон) почва достигает низких величин влажности в трудно- и недоступных формах, а это имеет большое практическое значение при использовании этих почв.

мы

250ч

200150.

100.

50

О

испарение осадки

мы

I ' II1 у 1У1 'У1МП' IX'X 'XI 'Ш'

рис. Ь- Запасы влаги с учетом усадки для слоя 0-20 см / 1989 год/.

вывода

1. По соотношению элементарных почвенных частиц структуру изученных почв следует отнести к плазменному типу (содержание частиц мельче 5 мкм большо 60$) с шсоким содержанием пылеватых фракций.

2. Расчет содержания монтмориллонита по методу, предложенному Фаррером и усовершенствованному Ворониным, по данншд внутренкой удельной поверхности определенной по кривым десорбции паров воды, показал что плазма исследованных почв в основном состоит из минералов монтмориллонитового типа. Особенно высокое их содержанке отмечается в гумус-карбонатной почве.

3. Исследованные почвы характеризуются высокими величинами удельных поверхностей и емкости катионного обмена (ЕКО). В составе обменных катионов преобладают кальций и магньгй. Содержание последнего в вертисолях колеблется в пределах от 35 до 2® от ЕКО. Предложено, что недостаточная водоустойчивость вертисолей обусловлена высотам содержанием обменного магния размещенного преи-'мущественно на внешних поверхностях смектитовых доменов.

4. Отмеченные в выводах 1,2 и 3 особенности изученных почв определяют и характер взаимодействия их твердой фазы с водой, отражающегося в форме кривых зависимости капиллярно-сорбционного потенциала почвенной влахи от влажности пота (основная гидрофизическая характеристика) и следовательно основных структурно-функциональных свойствах и параметрах физического состояния почв.

5. Определение основных физических показателей по кривой ОГХ показывает, что в исследованных почвах они достаточно хорошо совпадают и данными полученными традиционными методами.

6. Реологические характеристики показывают, что для исследован-

-23-

них почв характерно явление реопексии, вероятно обусловленное существованием двух уровней прочности коагуляциошшх связей.

7. Показано, что'влажность набухания почв определенная по кривым зависимости величины набухания от влалаюсти почв на диаграммах физического состояния почв лежит между 1У и У критическими состояниями (ближе к У).

8. Отмечено, что заметная фильтрация через исследованные почвы начинаотся при влажноетях близких к влажности III критического состояния, при которой текстурная трещиноватоеть достигает максимальных величин.

9. Показано, что расчет запасов влаги в вертисолях должен проводиться только с учетом усадки.

10. Показано, что по электроповерхностным свойствам гумус-карбонатная почва близка к вертисолям и характеризуется высокой потепциалы-юй слитостью (по Березину). Несмотря на то, что в микроагрегатном составе отмечается повышенное содержание крупных и средних пылеватых частиц и более высокая водоустойчивость агрегатов, при интенсивном сельскохозяйственном использовании эти почвы быстро преобретают свойст^вертисолей и их в этом случае,,вероятно, можно рассматривать кате г.нсокогумуснуго карбонатную зертисоль.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Influencia de las fracciones apolares sobre la estabilidad estructural de un Vertisuelo. Memoria 3ra» Jornada Científica del Instituto de Suelos (2da, parte), pp. 2ü3-2íj7, 1985,

2. Diagrama del estado estructural de la capa mulch de un suelo Oscuro Plástico bajo bosque. Cien. Agrie.,27:120-125, 1986,

3. Propiedades reologicas de un suelo Oscuro Plástico gleyzoso. Cultivos Tropicales. Humero Especial, 1937.

-24-

4. Influencia de las fracciones apolareg del humus sobre la estabilidad estructural en suelos Oscuros Plásticos y Ferrali-ticos Rojos. Cien. Agrie., 31:60-67, 1987.

5. Método de preparación de muestras de suelos Verticos para el analisis estructural. Cien. Agr., 40 (en prensa).

6. Evaluación de métodos de prehumedecimiento para la determinación de la estabilidad estructural de loa suelos. Cien. Agr.,

40 (en prensa).

Подписано к печати 01.08.94

Фор мат 60x00/16. Усл. печ. л. Уч.-иэд,л.

Тираж 100 экз. Заказ № 1Ч2&

Ордена 'Знак Почета* издательство Московского университета, 103009, Москва, ул. Герцена, 5/7, Типография ордена 'Знак Почета* издательства МГУ. 119899, Москва, Ленинские горы.