Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Географическое распространение и гидрофизические характеристики глинистых почв Туниса

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Географическое распространение и гидрофизические характеристики глинистых почв Туниса"

МИЗУРИ Маауиа Бен Али

на правах рукописи

РГБ ОД

2 7 ЯНВ «97

ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЛИНИСТЫХ ПОЧВ ТУНИСА

Специальность 03.00.27 — почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 1996

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

Научный руководитель: доктор биологических наук,

профессор А.Д. Воронин

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук П.М. Сапожников,

кандидат биологических наук В.Г. Витязев

Ведущее учреждение: Почвенный институт им. В.В. Докучаева Защита состоится " 11 - срст^

1997 г. в 15 час. 30 мин. в аудитории М-2 на заседании диссертационного Совета по почвоведению К 053.05.16 в МГУ им. М.В. Ломоносова на факультете почвоведения.

Адрес: 119899, Москва, Воробьевы горы, МГУ, ф-т почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Отзывы на диссертацию в 2-х экземплярах просим направлять по указанному выше адресу.

Автореферат разослан 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

Г.В.Мотузова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Глинистые почвы составляют значительную часть сельскохозяйственной территории Туниса. Они являются очень плодородными, но для получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур, требуются большие затраты по улучшению в первую очередь физических свойств этих почв. Для этого необходимо знать особенности этих свойств, и гидрофизических характеристик.

Цель работы — изучить особенности географического распространения, физические, механические свойства и гидрофизические характеристики тинистых почв Туниса.

Задачи исследования:

1. Изучить закономерности географического распространения глинистых почв Туниса

2. Определить в полевых условиях основные физические свойства, характер образования, размеры, особенности и динамику трещин. В лабораторных условиях исследовать минералогический состав илистой фракции, гранулометрический состав и структурно-функциональные физические свойства некоторых глинистых почв Туниса и другие физические и химические показатели.

3. Изучить основные гидрофизические функции почв различными методами ; проверить применимость методов газовой хроматографии и центрифугирования для изучения глинистых почв.

4. Исследовать физико-механические свойства некоторых глинистых почв Туниса.

5. Провести сравнительный анализ структурно-функциональных свойств глинистых почв Туниса.

Научная новизна. Впервые создана карта-схема распространения вертисолей и слаборазвитых тинистых аллювиальных почв в зависимости от биоклиматических зон Туниса.

Показана возможность применения методов газовой хроматографии и центрифугирования для измерения термодинамического потенциала воды в глинистых набухающих почвах.

Впервые введенные для набухающих почв представления о потенциально возможной основной гидрофизической характеристике почв (ОГХ) и ОГХ приближенной к условиям естественного увлажнения, позволили уточнить структурпо-функциональный анализ их гидрофизических и механических свойств.

Показано, что во влагообеспеченности изученных почв важную роль итает диапазон с^днедост^пной влаги.

Установлен диапазон влажностей, в пределах которого возможна механическая обработка почвы.

Практическое значение. Полученные данные могут быть использованы при составлении рекомендаций по сельскохозяйственному использованию глинистых почв, при введении дополнительного орошения зерновых культур.

Публикации и апробация работы. По проблемам использования вертисолей и слаборазвитых глинистых аллювиальных почв опубликовано 4 печатные работы. Результаты работы докладывались на заседаниях кафедры физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов и списка литературы. Диссертация изложена на[$страницах, включая ^машинописного текста, л? таблиц, 35 рисунков, фотографий и список литературы включающий ¡о$ наименований.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектами исследования являются вертисоли и слаборазвитые глинистые аллювиальные почвы. Для изучения их географического и геоморфологического распространения были рассмотрены данные по почвам, опубликованные с 1950 по 1994 год. Классификационная принадлежность этих почв по гранулометрии определялась с помощью треугольника гранулометрии (Triangle Soil Texture, USDA, 1975) и по российской классификации фракций по механическому составу.

Исследования вертисолей и слаборазвитых глинистых аллювиальных почв проводились в области Бежа и Матер в северной части Туниса. Поч-вообразующие породы представлены карбонатными глинистыми породами: мергелем и известняком нижнего эоцена (синклиналь Сиди Хидриш — Бежа) и аллювиальными отложениями четвертичного периода (Матер).

При выполнении полевых работ в Тунисе было проведено описание разрезов, взятие образцов, определены характер образования, размеры и особенности динамики трещин, плотность сложения почвы, наименьшая влагоемкость и водопроницаемость почвы. Водопроницаемость почвы и наименьшая влагоемкость определялись методом заливаемых площадей.

В лабораторных условиях были определены основные физические и физико-механические характеристики, минералогический состав илистой фракции, плотность твердой фазы почвы, зависимость матричного потенциала почвенной влаги от влажности (ОГХ). Были определены пластичность, текучесть и липкость почвы. Основные физические и физико-механические анализы проводились по общепринятым методикам (Вадюшша, Корчагина, 1986).

Были проведены следующие анализы: обменные катионы: Са2+, Mg2+, Na+, К+), валовое определение БЮг, R2O3, СаО и MgO. Рентгено-дифрактометрическое определение глинистых минералов было проведено методами, описанными в работах Mac Ewan (1944, 1949), Bradly (1945), Bridly (1951), Grim (1953, 1968)и Robert (1975).

Основная гидрофизическая характеристика (ОГХ) в области капиллярного диапазона (pF от 0 до 2,8) была получена методом капилляримет-ров в зондовом варианте (Вадюнина, Корчагина, 1986), а также впервые, методом центрифугирования (pF от 0 до 4,04). В гигроскопической области (pF>4,45) ОГХ исследовалась газовым хроматографическим методом (Смагин, Смирнов, 1991), средняя — по аналитической зависимости (Воронин, 1984).

Общую удельную поверхность определяли по изотермам сорбции паров воды методом газовой хроматографии с расчетом влажности монослоя по методу БЭТ (Брунауер, Эммет, Теллер), внешнюю по Фарреру и

внутреннюю — по разности (Воронин,1986). При расчете распределения объемов микропор по их радиусам из изотерм сорбции паров воды использовался метод, основанный на уравнении Кельвина (Смашн, 1992).

ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ГЛИНИСТЫХ ПОЧВ ТУНИСА

Изучение разделов по почвам в разных проектах использования земель Туниса, изданных с 1950 по 1994 год, дало возможность обобщить данные по 172 разрезам вертисолей и 233 разрезам слаборазвитых глинистых аллювиальных почв. Это также позволило создать карту-схему распространения этих почв в зависимости от биоклиматических зон Туниса (рис. 1). Как видно из рис. 1, основное распространение эти почвы имеют в северной части Туниса, их много в гумидном поясе, где среднегодовое количество осадков колеблется от 800 до 1400 мм в год, их очень много в субгумидном поясе (годовое количество осадков колеблется от 600 до 800 мм в год), их также много в верхнем полуаридном поясе, где осадков выпадает от 400 до 600 мм в год, они редко встречаются в среднем и нижнем иолуаридном поясе (количество осадков в гад ниже 300 мм), и они почти не встречаются в аридном поясе (количество осадков ниже 200 мм в год). Как указывалось выше, для детального изучения свойств тинистых почв, было заложено 5 разрезов, 3 из которых в геосинклинали Сиди-Хидриш представляли вертисоли (MW2, MW3, MW5), а 2 — слаборазвитые глинистые аллювиальные почвы (Р4, Р5) в долине Матер. Кратко остановимся на описании основных свойств этих почв.

Вертисоли и слаборазвитые глинистые аллювиальные почвы обладают следующими морфологическими общими чертами: мощный почвенный профиль до 170 см (наиболее часто 90-120 см);черный и темно-серый цвет для пахотного и подпахотного горизонтов, и более светлый на глубине; сравнительно слабая дифференциация почвенного профиля; широкие и глубокие трещины в сухой период; высокая пластичность во влажном состоянии и твердость в сухом состоянии; наличие плоскостей скольжения в средней части профиля; наличие карбонатов различных видов; структура в основном зернистая на поверхности 0-5-7 см и призматическая в средней части профиля (на глубине от 45-50 до 70-75 см). Некоторые химические свойства, (табл.1) рН(НгО) колеблется от 7,7 до 8,6. Содержание органического угаерода небольшое и более или менее однородно распространяется до глубины 0,8 м. Содержание карбоната кальция выше в почвах долины Матер (Р4 и Р5) и колеблется от 18,0 до 29,0%. Повышенное содержание карбоната кальция в этих почвах — наследованный признак от материнских пород, которые участвовали в обра-

. Средиземное море

[ЦЕЦ Гумвдшлй пояс [—I СуС1умидный пояс

Верхний полуаридный нояс*\ т Нижний полуарндный пояс Верхний аридный пояс

СЬ

К

*

г; <

Распространение глинистых почв:

© > 50 ООО га ® от 25-50 ООО га • <25 ООО га

Карта-схема N 1

зовании аллювиальных отложений в долине Матер. Содержание карбоната кальция относительно ниже в вертисолях геосинклинали Сиди-Хидриш (М\У2, М\УЗ и М\У5). Их карбонатность связана также с карбонатнос-тью материнских пород. Содержание карбонатов колеблется от 0,4 до 30%.

Емкость катионнош обмена колеблется от 37,4 до 61,3 мгэкв/100 г для вертисолей геосинклинали Сиди-Хидриш и от 24,4 до 30,2 мг-экв/100 г почвы для слаборазвитых тинистых аллювиальных почв долины Матер. Характерно, что в составе обменных катионов преобладает кальций. Его содержание превышает содержание магния. Это, вероятно, связано с кар-бонатностью материнских пород этих почв. Отметим, что содержание обменного натрия невелико по всем изученным почвам.

В валовом составе глинистых почв Туниса преобладает БЮг над А12О3 и ЕегОз во всех разрезах при практически равномерном распределении по профилю. Весьма характерно преобладание СаО в слитой почве, что вероятно связано с карбонатностью материнских пород этих почв и преобладанием смектитовой фазы. Молекулярное отношение БЮг/А^Оз равномерно по профилю, но различается по отношению к рельефу и к материнским породам. Молекулярные отношения в вертисоли Сиди Хид-риш варьируют от 3,8 до 4,7, а в глинистых почвах долины Матер — от 3,15 до 3,26.

Состав глинистых минералов. Глинистые минералы изученных почв не имеют доминирующего компонента. Они представлены главным образом смектитовой фазой, гидрослюдами, монмориллонитом, каолинитом и хлоритом. Смектитовая фаза минералов представлена смешанно-слойными набухающими минералами и относится к монтмориллонитово-му типу. В изученных почвах монтмориллонитообразование — это основной процесс. В результате почвообразования для этих почв характерно накопление СаСОз, что согласуется с данными валового химического состава.

Физические и физико-механические свойства. Распределение почв по гранулометрическому составу представлено в таблицах 2 и 3.

Гранулометрический состав изученных вертисолей и слаборазвитых глинистых почв по основным изученным разрезам представлен в табл.2 и 3 по треугольнику гранулометрии (ШОА, 1975) и российской классификациям, взаимопереход между которыми осуществим графическим методом (Шеин, Капинос, 1994).

Плотность вертисолей и слаборазвитых глинистых аллювиальных почв колеблется от 0,97 до 1,48 г/см3. Эти данные были получены во

Таблица 2. Распределение разрезов вертисолей по их гранулометрическому составу. __

Градации по гранулометрии Приближенные названия по российской классификации* Число разрезов % от общего 1 числа

глинистые глина тяжелая 116 67,44

пылевато-глинистые глина легкая 32 18,60

пылевато-гпшшетый суглинок тяжелый 7 4,00

суглинок глинистый суглинок суглинок средний 17 9,90 1

Таблица 3. Распределение разрезов слаборазвитых глинистых аллювиальных почв по их гранулометрическому составу.

1 Градации по гранулометрии Приближенные названия по российской классификации* Число разрезов % от общего числа

глинистые глина тяжелая 106 45,5

пылевато-глинистые глина легкая 45 19,3

пылевато-глинистый суглинок тяжелый 23 9,9

суглинок

пылеватый суглинок суглинок тяжелый 3 1,3

глинистый суглинок суглинок средпии 42 18,0

суглинок суглинок средний 13 6,0

Примечание, перевод из треугольника гранулометрии ( Triangle Soil Texture U'SDA. 1975) в российскую классификацию сделан по отдельным характерным разрезам.

влажный период. Пористость слаборазвитых глинистых аллювиальных почв колеблется от 40 до 46%, а вертисолей — от 44,2 до 59,6%. Величины удельной поверхности имеют значения в пределах 77-290 м2/г. Обращают на себя внимание значительные величины внешней поверхности — от 55 до 182 м2/г.

Физико-механические свойства. Влажность (\У%) при пределе текучести колеблется от 34,6 до 47,9% в слаборазвитых глинистых аллювиальных почвах и от 29,4 до 70% — в вертисолях, а влажность при нижнем пределе пластичности колеблется от 24,7 до 27,5% в

Таблица 1. Общая химическая характеристика исследованных почв.

№ ри-реза Го ри зонт Глуби на, см рН (Н2О) С орг. % СаСОз, % Обменные основания, МГ'ЭКВ/100 г почвы Валовой химический состав (%) илистой фракции вЮг/ АЬО,

Са2* Мр* К* Сумма $¡02 А120, Ре20, СаО МрО К20 Ка20

ит верти-соль Ар АВ С С1* 0-22 22-75 75-100 100-160 8,3 8,3 8,2 8,0 0,9 0,8 0,5 и.о. 22,0 21,0 11,0 5,0 46,1 42.6 23.7 30,7 11.4 13.5 12,3 16.6 1.5 1.7 8.6 3.5 0,8 0,5 0,4 0,4 59.8 58,3 45,0 51,2 29.15 29.90 28.40 23.70 13.00 13.00 12.50 9.50 5.50 5.50 5.20 4.00 17.3 16.75 19.3 28.35 1.64 1.70 1.73 2.00 0.62 0.65 0.60 0.60 0.13 0.10 0.14 0.20 3.80 3.90 3.90 4.20

МЛ'З верти-соль Ар А ВС С ся 0-7 7-45 45-90 90-130 130-170 8,2 8,2 8,3 8,2 8,3 0.9 0,9 0,8 0,8 н.о. 9,0 9,2 14,8 9,6 13,2 38,0 43,6 36,5 27,2 н.о. 9,7 8,2 9,6 10,4 н.о. 1.4 1,3 2.0 3.5 н.о. 1,4 1,0 1,0 0,4 и.о. 50,5 54,1 49,1 41,5 н.о. н.о 49,45 49,60 49,60 н.о 18,00 18,20 18,00 н.о 9,00 9,00 8,00' н.о 4,05 3,48 3,80 н.о 2.60 2,54 2,48 н.о 1,40 1,29 1,75 н.о 0,18 0,09 0,18 11.0 4,70 4.60 4,70

М\\'5 всртк-соль Ар, Арг АС С1 С, 0-5 5-22 22-55 55-87 87-150 7.8 8,0 8,1 7.7 8,1 1.0 1,0 0,9 0,7 и.о. 0,8 2,9 4,6 0,4 4,2 25.0 45,2 34,6 30.1 27,5 10,8 10,2 22,7 18.9 18,3 1,0 2,1 3.2 3.3 2,7 0,6 1,0 0,8 0,6 0,6 77.4 58.5 61,3 52,9 49,1 30,65 31,20 30,90 30,50 30,20 11,50 11,50 11,50 11,50 12,50 5,75 5,80 6,00 6,00 6,60 3,00 3,06 3,42 5,12 6,40 1,63 1,63 1,62 1,75 1,70 0,79 0,78 0,76 0,72 0,90 0,08 0.08 0,12 0,40 0,23 4,50 4,60 4,60 4,50 4.10

Е'4 слабо-рачви-тая Ар С, С2 с, 0-20 20-85 85-135 135-160 8,5 8,5 8,5 8,4 ' 0,8 0,6 0,5 н.о. 29,0 28,0 28,0 26,0 н.о. н.о. н.о. и.о. п.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о. н.о п.о п.о н.о н.о н.о н.о п.о

Р5 верти-сатъ Ар АВ С! 0-20 20-70 70-115 8,6 8,5 8,4 0,8 0,7 0,6 30,0 29.0 27,0 18,9 16,2 15,5 5.3 8.4 2,4 0,7 3,5 10,9 1,5 1.2 1,4 26,4 29,3 30,2 26,95 26,90 28,40 14,00 14,10 15,25 5,60 5,60 5,60 15,25 15,00 15,40 1,63 1,68 1,78 1.90 1,90 2,20 0,13 0.27 0,50 3,26 3,23 3,15 1

слаборазвитых глинистых аллювиальных почвах и от 14 до 43% — в вер-тисолях. Число пластичности колеблется от 9,1 до 20,5 в слаборазвитых глинистых аллювиальных почвах и от 19,5 до 35,1 — в вертисолях. Липкость — это свойство, связанное с вертикальным давлением и имеющее большое практическое значение в использовании земель. Поэтому следует изучать ее в зависимости от влажности. Липкость колеблется от 24,3 до 39,6 Па при влажности от 54,7 до 87,1% в изученных почвах.

Определение водопроницаемости и наименьшей полевой влагоем-кости. Определение коэффициента водопроницаемости и величины наименьшей влагоемкости (НВ) в полевых условиях в засушливом периоде практически невозможно, так как при заливке площадок для традиционного определения наименьшей влагоемкости, или при заливке двойного цилиндра для определения водопроницаемости, проникновение воды происходило в основном по крупным трещинам. Равномерно увлажнить значительный слой почвы не представляется возможным. Однако, для верхних горизонтов почв при очень внимательном выборе места, где визуально не отмечается никаких трещин, возможно определить величину наименьшей полевой влагоемкости и коэффициент водопроницаемости верхних горизонтов изученных почв. Величины наименьшей полевой влагоемкости для верхних горизонтов варьируют от 22 до 40 %, а коэффициент водопроницаемости также для верхних горизонтов имеет следующие значения: М\У2 — 36, М\УЗ — 41,1, М\У5 — 96,0, Р4 — 18,5, Р5 — 19,8 см/сут.

Можно отметить, что почвы геосинклинали Сиди-Хидриш (М'\У2, М\УЗ, МУ/5) являются более проницаемыми, чем почвы (Р4 и Р5) в долине Матер; Хотя вертисоли геосинклинали Сиди-Хидриш имеют и более тяжелый гранулометрический состав, чем почвы долины Матер.

Специфика водного режима изученных почв, Изучение динамики влажности в период с 20.10.1993 г. по 21.11.1994 г. показало, что за весь этот период почва не достигала полного насыщения из-за недостатка атмосферных осадков и из-за специфики их перераспределения в иочве. Как видно из рис.2, верхняя часть профиля (0-25 см) отличается наибольшей динамичностью изменения влажности, связанной с поступлением атмосферных осадков и интенсивным испарением, в отличие от подпахотного горизонта (25-50 см), который характеризуется .меньшим изменением влажности, но иногда более высоким ее содержанием, особенно в период недостатка атмосферных осадков. Обращает на себя внимание также влажность средней части профиля (50-75 см), которая превышает влажность пахотного и подпахотного слоев в период с 20.10.1993 по 18.11.1993 гг.

Рис. 2 Динамика влажности изученных вертисолей на территории геосинклиналей Сиди-Хндриш (период с 20.10.93 по 21.11.95)

Связь трещинообразования и режима влажности. Образование трещин, называемых в Тунисе "шгег", зависит от степени засушливости, от объема и типа глинистых минералов, от количества и частоты атмосферных осадков, которые оказывают прямое влияние на влажность почвы. Исследование трещинообразования на глинистых почвах Туниса показало, что трещины появляются в апреле при влажности 23-28%, когда зерновые культуры находятся в полном развитии. В начале они очень тонкие, но по мере иссушения почвы они углубляются и расширяются. Ширина трещин достигала 8 см на поверхности, а их глубина — до 1,35 м и более в августе. Отмечено, что образование трещин ускоряет испарение воды из почвы, способствуя развитию недостатка влаги и непосредственному сокращению урожаев. Трещины вызывают разрыв корней растений и уменьшают их способность к поглощению воды и питательных элементов. Однако, они являются основными аккумуляторами атмосферной влага: влага быстро перемещается в глубинные слои почвы, увлажняя их в засушливые периоды. Это ясно видно из рисунка 2, когда в сентябре-ноябре даже после небольших осадков (20-40 мм) происходило увеличение влажности слоя 50-75 см.

Гидрофизические и физико-механические характеристики изученных почв. Географическое распространение рассмотренных выше особенностей состава и свойств изученных почв сказывается и на структурно-функциональных свойствах, обусловленных взаимодействием воды с твердой фазой почвы. Это, прежде всего, зависимость матричного (капиллярно-сорбционного) потенциала воды от ее содержания, влагопро-водностъ, а также свойства связанные, с областями перехода системы почва-вода из одного состояния в другое. Это сказывается и на особенностях методики определения структурно-функциональных свойств почв. Кривые основной гидрофизической характеристики (ОГХ) определяли для всех изученных образцов почв. Форма и характер этих кривых для всех почв одинаковы. Для примера приведены только 4 из них (рис. 3 и 4) для вер-тисоли разреза М\У2 и рис. 5 и 6 для слаборазвитой тинистой почвы разреза Р4.

Показано, что для определения зависимости матричного потенциала воды от влажности в диапазоне низких влажностей и потенциалов можно использовать метод газовой хроматографии (Смагин, 1991), позволяющий значительно быстрее (по сравнению с традиционным гигроскопическим методом) определять этот участок ОГХ почвы. Область ОГХ в диапазоне высоких влажностей и потенциалов (при рР<2,8) определяли капилляри-метрическим методом в зондовом варианте (Корчагина, Вадюнина, 1986) (на рисунках кривая 1). Область средних влажностей рассчитывали по

• - данные метода сорбционного равновесия (метод газовой хроматографии) - капнлляриметрическнй метод

* - метод центрифугирования

1- расчетно-экспериментальный метод 2 - метод центрифугирования

ч.

• - данные метода сорбционного равновесия (метод газовой хроматографии)

капиллярнметрический метод

* - метод центрифугирования 1- расчетно-экспериментальный метод 2 - метод центрифугирования

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 \у, 9

рис. 4 Основная гидрофизическая характеристика почвы ВертнС0ЛЬ; разрез М\У2, глубина 75-100 см

• - данные метода сорбционного равновесия (метод газовой хроматографии)

- кашшляриметрический метод х - метод центрифугирования 1- расчетао-экспериментальный метод 2 - метод центрифугирования

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 ^ %

рис. 5 Основная гидрофизическая характеристика почвы Слаборазвитая глинистая почва, разрез Р4, глубина 0-20 см

- данные метода сорбционного равновесия (метод газовой хроматографии) капилляриметрический метод * - метод центрифугирования 1- расчетно-экспериментальный метод 2 - метод центрифугирования

О 5

рис. б Основная гидрофизическая характеристика почвы

10 15 20 25 30 35 40 45 ^ Чс ■

Слаборазвитая глинистая почва, разрез Р4, глубина 135-160 см

Воронину (1984). Зондовый вариант капилляриметрического метода не позволяет получить для набухающих почв полного насыщения, так как исходная влажность соответствует полной водовместимости без учета дополнительного поступления воды необходимой для проявления полного набухания (условия ограничения набухания стенками измерительного сосуда). Однако, применительно к условиям естественного увлажнения изученных почв его результаты оказались вполне приемлемыми, так как в этих условиях тоже существует недостаток влаги для проявления полного насыщения и ограничения набухания в виде веса вышележащих слоев. Как следует из рис. 2, на котором представлена динамика влажности почв, максимальная влажность не превышала 35-40%. Это подтверждают и данные по определению наименьшей влагоемкости (НВ) (таблица 4) в поле методом заливаемых площадей, которая в промоченном слое колеблется в пределах 31-34%. В летний период почвы сильно иссушаются и сжимаются в результате чего сокращается объем крупных пор и образуются широкие и глубокие трещины. В блоках между трещинами возрастает объем средних и мелких пор трудно доступных для проникновения воды в начальный период дождей, когда вода поступает вглубь почвы преимущественно по трещинам. Эта особенность важна для водного режима почв, так как не только позволяет осуществить влагозапас, но и существенно снизить интенсивность водной эрозии. Перенос влаги по макропорами и трещинам учитывается в нетрадиционных моделях движения воды, где наряду с термодинамическими характеристиками (ОГХ) используется дифференциальная характеристика порового пространства почв (Березин, Воронин, Шеин, 1993).

Для того, чтобы определить потенциально возможную ОГХ в набухающих почвах, начиная от условий близких полному неограниченному набуханию использовали метод центрифугирования. К тому же этот метод позволяет расширить диапазон экспериментального определения ОГХ до рИ = 4. Форма кривых ОГХ полученных этим методом повторяет форму кривых определенных расчетно-экспериментальным методом, но смещенных в область больших влажностей.

Оценку термодинамического состояния влага и структурно-функциональных свойств системы почва-вода проводили на основе энергетической концепции физического состояния почв (Воронин 1990).

Анализ кривых ОГХ (кривая 2) показывает, что вертисоли разрезов геосинклиналей Сиди Хидриш-Бежа (М\У2, М\УЗ, М\У5) имеют высокую потенциально возможную влагоемкость от 65% до 74%. В слабо развитых глинистых почвах долины Матер(Р4) и вертисоли (Р5) она падает до 4452% (Таблица 4).

Таблица 4. Структурно-функциональные параметры состояния и константы ночнснной »лаги (иеличшш влажности в % к весу абс.-сух. почвы)

Поч;м Гори- Глубина Полная Наименьшая влагоем. ВРК Влажность завядання Макс, гшр \Умав

зонт влагоем Шив \Vmkcb но ОГХ при )И=4,2 по \Vmcb влажнос1ь

N разреза см кость полевая 1 2 1 2 2 1 1 2

вертсолъ Ар 0-22 73.9 33.7 29.9 52.5 27.5 44.1 29.4 16.0 15.1 16.0 14.1 9.75

MW2 АВ 22-75 67.7 15.0 31.0 51.1 25.5 44.5 29.5 15.5 14.9 14.9 14.9 10.50

С 75-100 76.9 . 32.5 62.4 27.5 50.6 33.7 19.5 17.7 17.5 17.9 14.00

вертисаль Ар 0-7 69.4 30.4 35.7 53.3 28.0 44.1 27.3 15.3 14.5 14.9 14.6 10.50

MWЗ А 7-45 66.4 32.7 35.1 55.0 25.9 44.6 28.6 15.5 14.5 14.6 14.3 10.75

ВС 45-90 65.0 22.1 36.0 50.5 30.1 42.1 27.2 15.5 14.5 14.9 14.4 11.30

С 90-130 67.8 - 33.5 44.0 25.9 36.6 23.9 14.5 12.5 14.2 11.0 7.75

вертисаль Ар1 0-5 58.6 31.0 36.3 48.8 24.8 40.0 23.3 10.0 11.5 14.5 8.5 5.75

М\У5 Ар2 5-22 61.9 24.8 36.2 47.4 28.1 38.4 25.6 16.5 15.5 15.5 15.8 11.25

АС 22-55 62.5 30.9 33.5 49.6 17.6 41.5 26.2 9.5 11.0 16.2 14.3 5.75

С1 55-87 64.9 21.9 34.0 47.5 30.0 40.0 25.0 17.0 14.9 14.9 14.2 9.45

С2 87-150 62.0 - 35.1 51.6 23.5 42.2 24.8 9.5 11.5 14.5 8.6 6.50

СлаОоразв Ар 0-20 44.6 25.0 24.4 33.5 20.0 28.5 16.6 10.5 11.5 14.0 10.1 7.0

итая С1 20-85 45.5 17.2 24.8 35.5 22.5 30.5 19.0 17.5 12.8 14.4 11.5 8.10

почта Р4 С2 85-135 43.9 - 26.4 37.8 21.3 32.5 19.7 11.5 12.0 14.8 10.9 8.50

С3 135-160 45.7 26.1 40.9 26.0 34.5 23.6 14.5 14.0 14.9 11.8 8.75

Вер] и Ар 0-20 44.5 25.0 23.7 36.9 21.0 30.5 17.4 12.3 12.3 14.2 10.5 9.00

соль АВ 20-70 44.0 21.9 23.9 34.0 21.9 30.9 20.5 12.3 12.3 14.7 11.5 8.20

Р5 С1 70-115 45.2 28.7 40.3 25.0 34.9 21.8 15.5 14.5 14.8 14.6 9.50

С2 115-155 52.1 30.1 45.9 23.5 39.5 23.4 13.3 13.3 14.9 15.1 7.75

Примечание: 1 - значения влажностей, полученных расчетным методом из ОГХ, полученных на капилляриметрах, 2- из ОГХ методом центрифугирования

Максимальная капиллярно-сорбционная влагоемкость Wмкcв « Wнв в почвах разрезов геосинклиналей Сиди Хидриш (MW2, М\УЗ, М\У5) колебалась от 44 до 62%, а в разрезах глинистых почв долины Матер (Р4 и Р5) в пределах 33-44%. По ОГХ полученной расчетно-экспериментальным методом (кривая 1) она колебалась от 30% до 36% в первом случае и в пределах 24-29% во втором. Следует отметить, что эти величины близки к НВ определенной в поле методом заливаемых площадей в слое, который удавалось достаточно промочить. Особенно близки эти совпадения в почвах более легкого гранулометрического состава (разрезы Р4 и Р5 - долины Матер).

Влажность в области перехода пленочной воды в пленочно-капиллярную (III), которую условно можно назвать максимальной молекулярной влагоемкостью, \Vmmb, и которая совпадает с влажностью разрыва капиллярной связи, \Уврк, колеблется (на кривой 2) в пределах 40-50%, а на кривых 1 в пределах 21-30% во всех исследованных почвах.

Следует обратить внимание на влажность Н-ой области перехода (перехода от рыхлосвязанной воды к пленочной), которую Капинос (1987) назвал максималыю-сорбционной влагоемкостью, \Умсв, и которая совпадает с влажностью завядания, ВЗ. Согласно биогидрофизической концепции доступности почвенной влаги растениям (Капинос, Воронин 1990) матричный потенциал воды при ВЗ не постоянен, как принято при рр=4,2, а смещается в сторону больших величин рБ по мере утяжеления гранулометрического состава и достигает величин рР=4,6 и более. В исследованных почвах величины ВЗ = \Vmcb как по кривой 1, так и по кривой 2 очень близки (в ряде случаев совпадают) и колеблются в пределах 12-17%. С одной стороны, это связано с общей тенденцией сближения ОГХ по мере понижения влажности почвы, а с другой с тем, что величины максимальной сорбционной влагоемкости приходятся на интервал потенциалов определяемых методом газовой хроматографии. Близкие к этим величинам или немного выше составляет ВЗ определенная при рр=4,2 по кривой 1. Величины ВЗ определяемые по потенциально возможной ОГХ (кривая 2) значительно выше и колеблются в пределах 24-34% в почвах разрезов геосинклиналей Сиди-Хидриш (М\7У2, М\УЗ, М\"/5) и от 17% до 24% в разрезах глинистых почв долины Матер (Р4 и Р5). Структурно-функциональный анализ позволяет определить и степень доступности воды растениям в разных диапазонах влажностей (Табл. 5). Диапазон потенциальной активной влаги (ДАВ I) определяемый по разности между \Vmkcb и ВЗ при рР=4,2 колеблется в пределах 18-29%, в то время как при использовании ВЗ « \Умсв потенциально возможный ДАВ возрастает до 30-40% в почвах в 1.17-1.67 раз.

Таблица 5. Категории и степень доступности почвенной влаги

Почва N расреза Гори зонт Глубина см Диапазон активной влага (ДАВ) Прочпосвязан пая Рыхлосвязанпая труднодоступная вода, % Пленочная сред- нсдоступ. вода по \Уммв, % Капиллярно- пленочная лепсодостуи, % Капиллярная %

\\'мксв-ВЗ= при МСВ, % \Vmkcb-B3 при (рр=4.2 недоступная, % при рР=4,2 по\Умсв

1 2 2 вода < \Умав 1 2 1 2 1 . >\Уврк

Верти-соль М\У2 Ар 0-22 14.9 36.5 23.1 9.75 6.25 19.65 5.35 6.25 12.4 4.3 1.0

АВ 22-75 15.1 36.2 21.6 10.50 5.00 19.00 4.40 3.70 10.6 4.3 1.1

С 75-100 15.0 33.7 28.7 14.00 5.5 19.7 3.7 3.5 9.8 5.5 1.0

Верти-соль М\УЗ Ар 0-7 21.2 38.4 27.7 10.50 4.80 16.80 4.00 4.40 13.5 8.0 1.3

А 7-45 20.6 40.4 29.0 10.75 4.75 17.85 3.75 3.85 11.4 6.5 1.0

ВС 45-90 20.6 35.6 24.0 11.30 4.20 15.90 3.20 3.60 15.6 5.3 1.5

С 90-130 21.0 29.8 21.8 7.75 6.75 16.15 4.75 6.45 13.4 7.5 2.5

Верти-соль Ар1 0-5 24.8 34.3 25.5 5.75 4.25 17.55 5.75 8.75 13.3 12.3 2.3

Ар2 5-22 24.7 31.9 21.8 11.25 5.25 14.35 4.25 3.75 12.6 7.5 2.3

АС 22-55 22.5 33.4 23.4 5.75 3.75 20.45 5.25 10.45 6.6 5.3 5.5

С1 55-87 19.5 31.3 23.5 9.45 7.55 15.55 5.40 5.45 15.1 3.8 1.0

С2 87-150 23.6 37.1 26.8 6.5 3.00 18.30 5.00 8.00 12.0 10.8 1.3

Сла(5ораз. гашистая почва Ар 0-20 12.9 19.5 16.9 7.00 3.50 9.60 4.50 7.00 9.5 4.3 1.5

С1 20-85 12.1 21.0 14.5 8.10 4.40 10.90 4.70 5.90 9.7 2.8 1.5

С2 85-135 14.4 19.7 18.1 8.50 3.00 11.20 3.50 6.30 9.3 6.0 1.0

СЗ 135-160 14.0 26.0 17.3 8.75 5.75 14.85 5.25 6.15 12.0 3.0 1.5

Верти-соль Р5 Ар 0-20 11.5 22.7 19.5 9.00 3.30 8.40 3.30 5.20 8.7 2.3 1.3

АВ 20-70 11.6 19.3 13.5 8.20 4.10 12.3 4.10 6.50 9.6 2.0 0.8

С1 70-115 14.2 25.6 18.5 9.50 6.00 12.3 5.00 5.30 9.5 3.0 1.8

С2 115-155 16.9 31.0 24.5 7.75 5.55 15.65 5.55 7.15 10.2 5.5 1.8

1 - ОГХ - рассчетно-эксперимепталышй метод

2 - ОГХ - метод центрифугирования

резов геосинклиналей Сиди-Хидриш (MW2, MW3, MW5), а в разрезах глинистых почв долины Матер Р4-Р5 до 20-30%. Однако ДАВ в условиях приближенных к естественному увлажнению и определенному по кривой 1 несколько ниже и колеблется в пределах 12-21% во всех почвах. Следует обратить внимание на то, что в ДАВ всех почв существенно преобладает диапазон среднедоступной влага, расход которой на испарение резко сокращается из-за понижения влагопроводности почв от величин 0,03-0,06 см/сут при влажностях выше ВРК до величин < 0,01- 0,005 см/сут ниже ВРК. В тоже время эта влагопроводность достаточна для того, чтобы обеспечить ее подток к корням растений. В результате расширяется период вегетации, обеспечивающий растения влагой хотя и в количествах, недостаточных для получения максимального урожая.

Проведенные исследования позволяют объединить наблюдаемое в природных условиях исследованных районов явление вегетации культурных растений при существенном иссушении почв. Это же подтверждает вывод о смещении ВЗ в область более высоких (по сравнению с pF=4,2) pF =4,6-4,8. Потенциально возможное высокое содержание легкодоступной влага (кривая 2) в естественных условиях очень редко реализуется из-за недостатка воды.

При влажностях выше Wmkcb, несмотря на легкодоступность влаги, продуктивность растений может снижаться из-за недостатка аэрируемое -ти. По Воронину (1990) по объему воды при влажностях выше Wmkcb можно судить об объеме пор аэрации, однако к набухающим почвам вероятно это неприменимо, т.к. при иссушении крупные поры сжимаются. Это подтверждается анализом ОГХ в которых потенциал воды при высоких влажностях определяли каиилляриметрическнм методом. Анализ этих кривых показывает, что объем пор аэрации в почвенных блоках при естественных влажностях невелик. Однако, в целом аэрируемость почв хорошая за счет поступления воздуха по трещинам.

Лабораторные исследования физико-механических свойств и структурно-функциональный анализ ОГХ изученных почв позволили установить диапазоны оптимальных и предельно возможных влажностей для механической обработки почв. Диапазон оптимальных влажностей находится в области влажностей близких к максимальной молекулярной влагоем-кости почв (Wmmb) (кривая 1) и колеблется в пределах 25-35 %. При влажностях ниже Wmmb резко возрастает твердость почв и вспашка становится практически невозможной. При влажностях выше Wmmb возрастает липкость и вязкость почв, которые достигают максимума при Wmkcb ss Whb и составляют в изученных почвах 25-37 Па (Tab.6 ), что по классификации Н.А.Качинского позволяет их отнести к предельно вязким.

Таблица 6. Физико-механические показатели изученных почв

Почва Гори- Глубина Предел пластичности, % Предел текучести,% Липкость

разрез зонт см по раскат. по ОГХ (1) по по по ОГХ (2) при Whb,

в шнур Wmmb Аттер- Василь- при pF=2,18 Па

бергу еву

Вертисоль Ар 0-22 28.7 26.0 60.0 42.1 56.9 26.04

MW2 АВ 22-75 27.8 25.8 52.2 42.9 55.8 27.14

С 75-100 29.2 27.5 64.3 54.5 67.0 29.72

Вертисоль Ар 0-7 26.8 27.5 54.3 44.5 60.6 24.49

MW3 А 7-45 21.4 28.3 49.1 40.2 62.2 24.79

ВС 45-90 27.7 29.8 52.9 47.2 56.6 26.78

С 90-130 24.7 26.0 50.2 36.9 49.0 30.07

Вертисоль Ар1 0-5 23.0 24.0 68.5 56.2 51.8 36.70

MW5 Ар2 5-22 26.6 28.5 57.6 55.7 52.6 24.30

АС 22-55 27.4 23.0 50.7 54.7 53.7 25.06

С1 55-87 29.8 30.5 57.1 59.5 53.6 24.50

С2 87-150 24.1 24.0 47.9 51.2 56.3 24.50

Слаборазви- Ар 0-20 25.6 24.3 34.6 29.5 35.9 27.50

тая тинис- С1 20-85 24.7 22.0 37.7 34.0 37.6 33.60

тая почва Р4 С2 85-135 24.8 21.0 45.3 34.3 40.1 27.80

сз 135-160 27.5 26.5 46.3 38.6 42.5 29.90

Вертисоль Ар 0-20 14.0 21.0 33.5 24.8 39.5 33.20

Р5 АВ 20-70 25.7 21.8 42.5 41.3 37.2 28.80

С1 70-115 25.5 25.3 49.5 46.1 42.3 33.60

С2 115-155 25.0 24.0 59.0 51.3 47.9 38.40

Следует обратить внимание на сравнительно небольшой интервал влажно-стей между Wmmb и Wmkcb, ограничивающий пределы вспашки почв. Условия лабораторного определения предела текучести почв соответствует лишь условиям близким к предельному насыщению и на потенциально возможной ОГХ проявляются при pF = 2,2. Данные показывают, что в большинстве случаев они близки. Как видно из полевых определений динамики влажности (рис.2) такие влажности в естественных условиях встречаются крайне редко.

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что вертисолн и слаборазвитые глинистые аллювиальные почвы распространены преимущественно в северной части Туниса. Их много в гумидном поясе, где среднегодовое количество осадков колеблется от 800 до 1400 мм в год, очень много в субгумидном и верхнем полуаридном поясах (среднегодовое количество осадков от 600 до 800 мм в год и от 400 до 600 мм в год соответственно). Они реже встречаются в среднем и нижнем полуаридном поясе (количество осадков в год ниже 300 мм) и не встречаются в аридном поясе, ще количество осадков ниже 200 мм в год.

2. Образование трещин и их углубление очень связаны со степенью засушливости. Первые трещины появляются, как правило, в апреле, в начале очень тонкие, но по мере иссушения почвы, трещины углубляются, достигая 7-8 см ширины и 1,35 м лубины.

3. Исследованные почвы характеризуются высоким содержанием фракции физической глины (более 60%), смектитовым минералогическим составом илистой фракции, доминирующим значением обменного Са (более 70% от суммы обменных катионов), высокими величинами полных удельных поверхностей (от 77 до 291 м2/г) и преобладанием внешних удельных поверхностей, обусловливающих преимущественно междоменное набухание.

4. Показано, что форма и характер кривых ОГХ изученных почв обусловлены высоким содержанием в гранулометрическом составе фракции мельче 0,002 мм и преобладанием в ней глинистых минералов с расширяющейся решеткой, насыщенных в основном катионами кальция.

5. Введены для набухающих почв представления о потенциально возможной ОГХ и ОГХ, приближенной к условиям естественного увлажнения. Это позволило уточнить структурно-функциональный анализ гидрофизических и механических свойств.

6. Показано, что влага завядания изученных почв соответствует влажнос-тям большим чем pF=4,2 и колеблется в пределах pF=4,4-4,6 в зависимости от их гранулометрического состава.

7. Показано, что во влагообеспеченности изученных почв важную роль играет диапазон среднедоступнон влаги, пониженная влагопроводность которой обеспечивает ее сохранение от испарения, но является достаточной для подтока воды к корням растений.

8. Установлены влажности оптимальные для механической обработки почв и диапазон влажностей в пределах которого возможна вспашка почв.

9. Показана возможность применения методов газовой хроматографии центрифугирования для измерения матричного термодинамического потенциала воды в глинистых набухающих почвах.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Mizouri M. 1982. Les sols de la Plaine Techga Mateur ( Zone-Sud) et leurs aptitudes a la betterave a sucre (Beta Vulgaris). P.57, 2 cartes . Mémoire de spécialité" de 2 année ORSTOM. Option Pe'dologie. Paris 1982. France.

2. Mizouri M. 1986.Clay soils of Tunisia.Workshop on management of verti-sols under semi-arid and arid conditions.November-December

1986.Nairobi-Kenya.

3. Mizouri M., Barbery J. 1994.Carte des ressources en sols de la Tunisie . Feuille de Tabarka. Echelle 1: 200.000. E.S. 280, p.47, 1 carte. Direction des Sols.

4. Мизури M., Шеин E.B.1996. Сравнительная агрофизическая оценка некоторых набухающих почв Туниса. Почвоведение, N 9, с. 1084-1088.