Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Гидродинамические и физические свойства почв

ВАК РФ 06.01.14, Агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Гидродинамические и физические свойства почв"

б оа

- я^на ШВ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. М. В. ЛОМОНОСОВА

ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи

КОРСУНСКАЯ Людмила Петровна

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ

06.01.14 - АГРОФИЗИКА

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 1997

Работа выполнена в Институте почвоведения и фотосинтеза РАН

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущее учреждение:

доктор биологических наук Я. А. Пачепский

профессор, доктор биологических наук Е. В. Шеин

доктор биологических наук А. И. Поздняков

Владимирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства РАСХН

Защита состоится фе^а^ 199<Рг. в 1510 на

заседании диссертационного / совета К 053.05.16 на факультете почвоведения МГУ им. М. В. Ломоносова в аудитории М-2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан "Л 11 1997 г>

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании диссертационного совета К 053.05.16 в МГУ им. М. В. Ломоносова, а отзывы на автореферат в 2-х экземплярах просим направлять по адресу: 119899, Москва, Воробьевы горы, МГУ, факультет почвоведения, Ученый совет.

Ученый секретарь диссертационного совета

Г. В. Мотузова

Актуальность темы диссертации определяется необходимостью прогнозирования изменений физико-химических свойств почв при усиливающемся техногенном воздействии. Важной частью этих исследований является использование математических методов прогноза. Все используемые компьютерные модели нуждаются в экспериментальном обеспечении, необходимом для расчета параметров и адаптации модели. Такие проблемы возникают при применении моделей соле- и влагопереноса и построении на основе расчетов по этим моделям долгосрочных прогнозов транспорта веществ в почвенном профиле, выноса удобрений и пестицидов за пределы корнеобитаемого слоя, загрязнения почвенных и грунтовых вод.

Целью работы было исследование взаимосвязей гидродинамических и физических свойств почв на примере чернозема, серой лесной и дерново-аллювиальной почв.

Задачи

1. Обоснование методов экспериментального определения параметров соле- и влагопереноса в почвах в контролируемых лабораторных условиях с использованием монолитов ненарушенного сложения.

2. Определение и исследование зависимости показателей выходных кривых от условий фильтрации и физических характеристик исследуемых почв.

3. Оценка информативности основных параметров моделей гидродинамической дисперсии (ГД) и их связи с характеристиками почвенной структуры.

Научная новизна

Предложен подход к оценке параметров моделей ГД при фильтрации в контролируемых лабораторных условиях с использованием оригинального лабораторного оборудования для отбора почвенных монолитов ненарушенного сложения разных объемов.

Выявлены зависимости между параметрами моделей и показателями структуры исследуемых почв.

Практическое значение

Используемый в работе подход может быть применен для верификации математических моделей и в качестве базовых исследований, предваряющих полевые наблюдения.

Реализация работы

Полученные результаты использовались в работе по гранту 10.1.3.2 програмы "Экобезопасность России", при выполнении договорных научно-исследовательских проектов в лаборатории массо- и энергообмена ИПФС РАН.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы были представлены на конференции "Математические методы идентификации в задачах геологии" (Москва, 1985), на VII делегатском съезде ВОП (Ташкент, 1985), на Всесоюзном совещании "Гидрофизические функции и влагометрия почв" (Ленинград, 1987), на VIII делегатском съезде ВОП (Новосибирск, 1985), на конференции стран содружества "Физика почв и проблемы экологии" (Пущино, 1992), на Международном симпозиуме по биогеохимии (Саламанка, Испания, 1993), на Международном семинаре "Сельскохозяйственные и экологические аспекты почвенной структуры" (Люблин,Польша, 1993), на XV Международном конгрессе почвоведов (Акапулько, Мексика, 1994).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 24 печатные работы.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и выводов, списка литературы. Она включает 121 стр. машинописного текста, 39 рисунков (20 стр), 7 таблиц, список литературы из 195 наименований (125 - зарубежных авторов).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Современные представления о фильтрационной неоднородности почв

Впервые в России фильтрационная неоднородность почв исследовалась А.Н.Остряковым с 1912 г. Уже в 30-х годах И.Н.Антипов-Каратаев, И.С.Рабочев, П.А.Летунов, отмечали технологическое значение фильтрационной неоднородности почв для экономии промывной воды и улучшения солеотдачи почв и глубокое изучение механизмов массопереноса (Л.П.Розов, Г.М.Меерсон, И.Н.Антипов-Каратаев, А.Т.Морозов) сопровождалось разработкой мелиоративных технологий. Развитие моделирования привело к использованию математических моделей для исследования массопереноса (E.H.Гапон, W.R.Gardner, В.Н.Никольский, В.В.Рачинский, J.W.Biggar, Е.В.Мироненко и А.Я.Пачепский и др), изучению информативности параметров моделей, зависимости параметров от условий фильтрации и физических свойств почв (C.Kirda, Я. А. Пачепский, А. И. Голованов и А. М. Зейлигер, F.Beese и P.Wierenga). Работы Р.Dankwerts, H.Pfannkunch с эмпирическими характеристиками процесса массопереноса, J.Biggar и D.Nielsen по типизации выходных кривых показали сложность объяснения механизма фильтрации на основании данных о форме

кривых и их взаимном расположении на графике. Последнее десятилетие связано с появлением работ с целенаправленным экспериментом, посвященным конструированию экологических ситуаций, преимущественно в контролируемых условиях с использованием моделей, уровень сложности которых соответствует сложности поставленных задач (Я.А.Пачепский. Е.В.Шеин, Д.Л.Пинский, A. Amoozegar-Fard, J.Fortin и W. A. Jury и др).

Глава 2. Объекты и методы исследований

Объектами исследований являлись: серая ' лесная почва (Опытная полевая станция Института почвоведения и фотосинтеза РАН, Московская область), дерново-аллювиальная почва (Московская область), чернозем типичный (Воронежская область). Образцы серой лесной почвы отбирались на участке размером 9. х 12 м с шагом 3 м по ширине и 4 м по длине. Участок серой лесной почвы был в сельскохозяйственном использовании в течении последних десяти " лет. Образцы дерново-аллювиальной почвы отбирались из четырех разрезов, которые различались по гранулометрическому составу. Образцы чернозема типичного отбирались с трех участков разной степени антропогенного воздействия. Для опытов по фильтрации с помощью специального пробоотборника, который обеспечивал парафинирование стенок образца, отбирались монолиты диаметром 5 см и высотой 10 см с глубины 0-20 см, всего- 36 монолитов (Д.П.Мелешко, 1985). Гидродинамическая дисперсия изучалась методом принудительной фильтрации растворов хлорида кальция при нескольких интервалах скоростей потока. Для измерения потенциала почвенной воды в интервале значений 1-50 кПа использовались тензиостаты с мембранами, изготовленными на основе методик Варалляи и Vivile&Amboire (Варалляи, 1980; Vivile&Amboire, 1982).

Глава 3. Оценка изменчивости параметров гидродинамической дисперсии по данным опытов на монолитах чернозема, серой лесной и дерново-аллювиальных почв

В условиях контролируемого лабораторного эксперимента изучалась возможность применения математических моделей, основанных на гипотезах: I - массообмен застойной и проточной зон протекает очень быстро и концентрация вещества-метки в застойной и проточной зонах равны. Параметрами модели I являются коэффициент ГД - D, и нерастворяющий объем почвенной влаги 0,; II - поровое пространство представлено застойной и проточной зонами, концентрации мигранта в зонах не равны между

собой. Параметры модели II: коэффициент D,, нерастворяющий объем 9,, объем застойной части порового пространства 9г и характерное время массобмена проточной (1) и застойной (2) зон tlz. В качестве статистического критерия оценки параметров-использовался t - критерий Стьюдента. Параметры оценивались для моделей .1 и II, более адекватная выбиралась по критерию Вильямса-Клута.

В серии опытов на серой лесной почве для интервала скоростей фильтрации v = 1.46-2.87 см/сут, для всех 16 образцов обе модели рассматривалась как приемлемые, но для 9 из 16 образцов модель I оценивалась, как более адекватная. В серии опытов при v = 7.8-14.3 см/сут для 6 из 11 сравниваемых монолитов модель I была оценена как более адекватная, чем модель II. Для всех исследованных монолитов дерново-аллювиальной почвы и монолитов чернозема модель I была более адекватной, чем модель II (табл. 1-3).

Таблица 1

Параметры ГД по данным опытов с серой лесной почвой

Т I I I I I I I 1 I I

N 1 р 1 V | D. 1 1 1 8 е2- t12 1 1 V D, е 02 2 1

1 1 1 1 11. 45| 2. 87121. 5 0. и 0 1 - 1 12. 3 120. 6 0. 13 0

2 |1.48|1.62116.0 0. 13 0 - 1 8. 2 116. 5 0. 05 0

3 |1.49|2.36127.7 0. 07 0 - 1 - - -

4 Ц.3912.02112.7 0. 09 0 - 1 11. 0 90. 1 0.08 0.19 0. 75|

5 11.4711. 73| 12.6 0. 18 0 - 1 11. 4 510. 7 0. 02 0

6 11.3411.461 2.8 0. 14 0 - 1 7. 8 19. 7 0. 02 0

7 11. 5512. 17|22.3 0. 16 0.15 1.441 - - -

8 11.5411.70120.1 0. 10 0 - 1 8 3 170 0 0. 06 0. 13 2. 04|

9 11.41Ц.61112.1 0. 13 0.23 0.781 8 0 172 1 0. 10 0

10 11.36|1.901 8.5 0. 09 0.29 0.41 И 4 48 2 0. 06 0. 22 0 231

11 11. 3812. 531 6.9 0. 11 0 - - - -

12 11. 4412.19114. 9 0. 16 0. 20 1.62 - - -

13 |1.42|2.00113.6 0. 10 0.24 1.00 11 6 202 8 0. 10 0

14 |1. 4612. 87|24.3 0. 10 0. 13 2.44 - - -

15 11. 4812. 60(27. 0 0. 09 0 - 9 7 208 9 0 09 0

16 |1. 5312.50135.6 0. 18 0.12 3.08 14 3 262 3 0 14 0.19 2 18 |

| I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I

Примечания: р - плотность сложения, г/см3; V - скорость фильтрации, см/сут; Б» - коэффициент гидродинамической дисперсии, см2/сут; - время массообмена проточной и

застойной зон, сут; 9, - нерастворяющий объем; 9! - проточная и 02 - застойная зоны порового пространства в объемных долях.

Таблица 2

Параметры ГД, рассчитанные для образцов чернозема

1 1 Разрезы 1 1 V D V 1 D, I V 1 D, 1 | V D, 1

1. 26 9.851 3.2 85. 1| 15.6 416. 2 1

1. 00 9.41| 2.9 83. 51 11.7 286. 5 1

|Разрез 1 0. 97 5.761 2.7 72. 3| 10.9 301. 9 1

1. 00 2.49| 2.8 16. 71 1 15.8 200. 1 1

1. 38 34.3 | 2.6 1 66. 0| 9.4 446. 1 |

1. 25 20.2 | 2.7 43.61 9.7 404. 9 i

I Разрез 2 1. 20 18.3 | 2.7 83. 9| 9.7 160. 1 1

1. 3 18.7 | 2.6 75. 6| 9.5 146. 65 |

Ю. 56 1. 84 1. 5 12.9 | 3.9 1 93. 8110. 2 103 951

Ю. 67 3. 19 1. 5 32.971 4.15 99.3118.5 302 3 1

|Разрез 3 10. 62 4. 01 1. 2 22.541 4.0 263.5110.0 79 0 1

| Ю. 1 66 4. 45 2 1 38.671 | 4.0 152. 1! 11.6 | 207 8 1 1

Таблица 3

Параметры ГД для образцов дерново-аллювиальной глинистой (I), суглинистой (II), супесчаной (III) и песчаной (IV) почв

I-1-1-1-1 I-1 I I I Г~ 1

1 N 1 v | D, 1 I V D, 1 v | D, 1 I V D, V 1 D, I 1 I

1 I 1 1 |0.1310.249 0. 6 1 1 2.6611.41 6.91 . I I - 1 ! - 1 - 1 1 I

10.1611.56 0. 9 1 1 25. 37|2. 21399.2 - - 1 1 - 1 - 1

1 II |0.1311.81 0. 7 2.03]!.51 8.83 - -1-1

|0.1510.583 1 i 0. 6 1.90|1.9| 9.69 l- I - - 1 - 1 1 I

1 1 1 - 1 - 0 6 ! 1 8.4512.71 49.1 3. 8 232. 5 1 1 -1-1

1 III 1 - 1 - 0 6 1. 7612. 7 | 26.4 3. 9 26. 6 - 1 - 1

1 - 1 - 0 6 4.24|2.6| 15.48 1 I 3. 7 34. 1 - 1 - 1 I |

1 1 1 - 1 - 1 1 - 12.11 1.15 4. 3 3. 6 1 1 10.4|16.67|

1 IV 1 - 1 - - 12.21 1.31 4. 4 3. 5 10.4113.99|

1 - 1 - - |2.0| 1.195 4. 2 3 4 9. 5111. 721

J_I_i_I_I_L

Примечание: обозначения те же, что и в табл. 1. Для участка серой лесной почвы была оценена пространственная

вариабельность значений коэффициента ГД и плотности сложения р исследованных монолитов. Статистическое распределение значений коэффициента Б, для монолитов серой лесной почвы, для выборок, полученных при двух интервалах скоростей • фильтрации и рассчитанных для моделей I и II подчинялось логнормальному закону, та же законономерность характеризовала распределение значений плотности сложения (рис.1). Достоверность распределений проверялась согласно критерию Колмогорова-Смирнова при 5% уровне значимости.

п а

55

К 68 СГ^

в » 8 ® Н 5

О 5 в У 1 и

е.1

2.3 2.5 2.7 2.9 3.1

3.3 3.5

»4

«.9 »

Я

«

8 58 |

I 8.1

в

гГы

1.8 2.1 2.4 2.7 3 3.3 3.6

1пО*

Рис.1. Логнормальное распределение значений коэффициента ГД, у=1.46-2. 87 см/сут;

(а) - модель I,

(б) - модели I и II,

(в) - плотности сложения

0.29 0.32 0.35 0.33 0.41 0.44

1пр

Значения коэффициента Б, увеличивались с ростом плотности сложения р, также как и параметра для модели II, но объем застойной зоны 62 убывал с увеличением р, т.е. при уплотнении образца возможность участвовать в вертикальном переносе получало все большее количество почвенного раствора. но массообмен застойной и проточной зон порового раствора становился более затрудненным (табл. 1, рис. 2).

Ок.сьг/сут 40 00

30.00 20.00 Ю.00

о.сю

ОО о

о о° од О

1.30 1.35 1.40 1.45 1.50 1.55

82,СМ3/см3 0.30

0.25

0.20 ■

0.15 ■

0.10

1.35 1.40

з.&о -3.00 -2.50 2.00 1.50 1.00 0.50

0.00

о о

1.35

1.40 1.45

1.50 р, Г/СМ'

1.55 3

1.45 1.50 1.55 р, Г/СМ3

Рис.2. Влияние плотности сложения на (а) - коэффициент ГД, (б) - параметр Х,1г. (в) - объем застойной зоны в2 (для серой лесной почвы)

Зависимость V", где п = 1-1.6 (К1гс1а, 1973; Веезе. 1983) наблюдалась для всех исследованных монолитов (рис. 2). Для серой лесной почвы значение коэффициента п = 1.52±0.35 для модели I и п = 1.30±0.17 для модели II; для общей выборки п = 1.41+0.17. Вид зависимости сохранялся для всех трех разрезов чернозема; п = 1.36+0.25, п = 1.20±0.20 и п = 1.35+0.23 для разрезов 1, 2 и 3. Для всех монолитов дерново-аллювиальной почвы - от песчаных до глинистых - прослеживалась обсуждаемая зависимость, п изменялся от 1.17±0.06 до 1.60+0.003. Наблюдалась корреляционная зависимость коэффициента п от плотности сложения, г = 0.86. Учет в выборках литературных данных не изменял вида корреляционной зависимости.

1ео*

3.00 1 2.50 2.00 1.50 -1.00 -

0.50

6Р

ОО

о

Г=0.95

1.00 -] 0.50 -0.00 -0.50 ■

-1.00

Г=1-00

1в0

1.50 т 1.00 0.50 0.00 -

-0.50

-0.40 О.ОО 0.40 0.80 1.20 1.60

1еу

1.50 1.40 1.30 -1.20 1.10 1.00

0.90

сР о

0.00

0.40

г=0.99

0.80

1.20

° Г=0.86

-1.00

-0.50

0.00

0.50

—I-1-1-1-1

1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60

о

а

б

о

о

о

о

о

в

Рис. 3. Зависимость между коэффициентом Б, и скоростью фильтрации V для чернозема (а), дерново-аллювиальной песчаной (б) и глинистой (в) почвы, (г) - показателем п и плотностью сложения, литературные (•) и экспериментальные (о) данные

Глава 4. Связь параметров гидродинамической дисперсии и характеристик фильтрационных кривых

Для всех исследованных типов почв: серой лесной, чернозема, дерново-аллювиальной наблюдалась зависимость формы выходных кривых от скорости фильтрации. На рис. 4 эта зависимость показана для двух монолитов серой лесной почвы. Основной характер изменений формы выходных кривых проявлялся в виде смещения кривых по оси абсцисс в область меньших значений

поровых объемов и появления "хвоста" кривой. Однако "хвост" выходной кривой не всегда определяется застойными зонами. Для монолитов 6 и 15 появление "хвоста" выходной кривой, приводило к увеличению д., что, согласно обсуждаемому в гл. 3 механизму, указывало на рост резистентности монолитов к массопереносу. Для образца чернозема типичного из разреза 1, также как и для монолита 15, изменение формы кривой при увеличении скорости фильтрации иллюстрировало протекание процесса фильтрации как бы в две стадии. На первой . стадии фильтрация происходила

-■отн

1.оо п

0.80

0.00

ггетл/еут 2

встп /су х

» — V V. встл^сух 2

Г> =И>. 7ст хсух

О.ОО 0.50 1.00 1.50 2.00

С0ТН

О.ОО 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50

^отн

О.ОО

о—V—! . Осш/с;: у т 2

Зстг» уСУ'Г

V 1Г> - встпу Сут 2

В =200. 1СТП /сух

О.ОО 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50

Уотн

Рис. 4. Влияние скорости фильтрации на показатели ГД серой лесной почвы, (а),

(б) - монолиты 6,15;

(в) - чернозема, разр. 1

преимущественно по крупным порам, затем в перенос включались тонкие поры, процесс замедлялся и появлялся "хвост" кривой.

Для близких интервалов скоростей фильтрации было обнаружено влияние физических характеристик почв на показатели ГД. На

примере монолита 6 при V - 1.5-1.7 и 15 при V = 9.7-11.4 см/сут показано влияние плотности сложения на форму выходных кривых. Кривые для дерново-аллювиальных песчаных монолитов наиболее близки к Б-образной кривой,, для дерново-аллювиальных глинистых сдвинуты в область меньших значений относительных порових объемов. Различия формы кривых для монолитов из трех профилей чернозема, имеющих сходный гранулометрический состав .и величины плотности сложения определялись особенностями сложения образцов, т.е. строения порового пространства (рис. 5).

0.50

о - V -11 . 4СТПУСУТ

■г

1>в=4в. 2ст /сут р=». 3о

7СТП/СУТ 2

|>^=20в. *>ст /сут

р=«. «а

2.00 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50

Уотн

О сто/су т 2

Ъ>. 4СГЛ /СУТ

4С7К1/СУТ 2

Л. ЭСТТ1 /сут

о-у=0. ест/су^ а

1> =1. 8ст /еут

0.00 0.50 1.00

1.50 2.00 Уотн

Рис. 5. Влияние плотности сложения (а) - монолитов 6 и 10. (б) - 10 и 15 серой лесной почвы; (в) - гранулометрического состава дерново-аллювиальной песчаной (о), и глинистой (•) почвы; (г) - особенностей сложения монолитов чернозема разр. 1 - (Д), 2 - (•), 3 - (о) на показатели ГД

Воспроизводимость формы выходных кривых проверялась на монолитах серой лесной почвы для двух интервалов скоростей при повторных фильтрационных экспериментах. Для интервала меньших скоростей потока получены достаточно хорошо совпадающие кривые и близкие значения коэффициентов ГД. При больших скоростях фильтрации такое совпадение отсутствовало. Можно, сделать вывод, что в выбранном интервале малых скоростей потока наблюдалась минимальная деформация порового пространства, при больших скоростях фильтрации возможны значительные изменения геометрии эффективного порового пространства (рис. 6).

1.00 Т 0.80 0.60 0.40 0.20

0.00

О»

а*

о

<1

гстп/сут 2

1> =22. Эст усут

• - V = 2 . 3 с ТП/еуТ

О =25. ест Усуу

«е-

6

о

о :

8

£ 4

о-у=в. Ост/сут 2

1> =*72. 1ст /сур

V-П . РСТПХСУХ

"е-™*"

!> =Э»<$. 2 гл.1 с УХ

О.ОО 0.50 1.00 1.50 2.00 О.ОО 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50

Рис. 6. Воспроизводимость выходных кривых при (а)- V = 2.2-2.5 см/сут, (б)- V = 7.2-8.2 см/сут

Предлагаемая типизация наблюдаемых в экспериментах и опубликованных в литературе кривых включает 6 типов (рис. 7). Кривая I характеризует массоперенос в единичном капилляре постоянного диаметра. Вероятность осуществления в почве такого процесса близка к нулю. Кривая II представляет симметричную З-образную линию и характеризует перенос в пористых средах с набором пор одинакового диаметра. Кривая III характеризует массоперенос при широком диапазоне размеров пор. Кривая IV описывает перенос, происходящий одновременно с взаимодействием мигранта с твердой фазой почвы. Кривая V иллюстрирует отрицательную адсорбциию мигранта. Кривая VI встречается при переносе в трещинах и макропорах, а участие тонких пор минимально.

Рис. 7. Типы выходных кривых.

При оценке порового строения по данным выходной кривой использовался индекс симметрии ^ который равнялся отношению площадей Б1/(31+ 32) (рис. 7). По распределению по эффективным размерам радиусов пор, рассчитанному по кривой водоудерживания, оценивалось наличие или отсутствие макропор диаметром > 1 мм, а также наличие или отсутствие максимума в области крупных пор. На рис. 8 представлены кривые распределения и выходные кривые для образцов дерново-аллювиальной супесчаной почвы и чернозема из разрезов 1 и 3. Выходную кривую для для монолита чернозема из разреза 3 можно отнести к VI типу. Соответствующая кривая распределения имела максимум в области макропор, индекс

г-Н § °1 /г

я О о "рп о. о к г\ л г V о. я

О 1.02.0 О 1. о г. О О 1.0 2.0

Уотн

Рис. 8. Связь между распределением пор по радиусам г (/ш) и выходными кривыми: 1, 3 - чернозем, разр. 3, 1; 2 - дерново-аллювиальная супесчаная почва

симметрии fs - 0. 34. Выходная кривая для образца чернозема из разреза 1 характеризовалась некоторой асимметрией при fs = 0.45. Соответствующая кривая распределения имела максимум в области крупных пор (3), как и кривая (2)' для образца дерново-аллювиальной супесчаной почвы, но по кривой (3) можно видеть, что поры определенного размера представлены недостаточно полно, поскольку крупные поры отделены на кривой от массы мелких пор. Массообмен мог происходить в основном в крупных порах и поэтому индекс симметрии кривой (3) высок. Поровое пространство для дерново-аллювиальной супесчаной почвы характеризовалось максимумом в области крупных пор близких по размеру к массиву тонких пор, на кривой достаточно полно представлены поры разного диаметра и можно предположить участие в фильтрации пор разного диаметра при fa = 0.38, а выходную кривую отнести к III типу.

ВЫВОДЫ

1. Выявлены статистические закономерности распределения значений коэффициента гидродинамической дисперсии для монолитов серой лесной почвы, рассчитанного по моделям, основанным на гипотезе об отсутствии (модель I) или о наличии (модель II) застойных зон порового пространства. Для модели II эти данные получены впервые.

2. По данным, полученным на монолитах серой лесной почвы, значения коэффициентов гидродинамической дисперсии увеличивались с ростом плотности сложения монолитов при двух иследованных интервалах скоростей фильтрации. Для образцов с выявленной застойной зоной порового пространства время массобмена зон tlz возрастало, а объем застойной зоны 92 убывал с ростом плотности сложения в интервале значений 1.34-1.55 г/см3. Уплотнение образца сопровождалось' увеличением резистентности к массопереносу.

3. Зависимость коэффициента гидродинамической дисперсии от скорости фильтрации вида D, ~ vn наблюдалась для всех исследованных почв. Для чернозема п = 1.20-1.35, для дерново-аллювиальной почвы п = 1.17-1.60, для серой лесной почвы п = 1.52 для модели I и п = 1.30 для модели II. Значения п увеличивались с ростом плотности сложения.

4. Для всех исследованных монолитов увеличение скорости фильтрации приводило к смещению выходных кривых по оси абсцисс в область меньших значений относительного порового объема. Различия в гранулометрическом составе, значениях плотности сложения монолитов проявлялись в степени деформации начальной и

конечной частях кривых. Деформация выходных кривых определялась разным соотношением крупных и тонких пор (строением порового пространства).

5. В интервале малых скоростей фильтрации • при повторных экспериментах воспроизводимость значений коэффициента гидродинамической дисперсии и выходных кривых была удовлетворительной, для больших скоростей фильтрации отмечены различия формы выходных кривых, значений коэффициентов, т.е. поровое пространство деформировалось при изменении условий фильтрации (по данным для серой лесной почвы). При минимальных скоростях фильтрации наблюдались минимальные изменения геометрии эффективного порового пространства.

6. Уменьшение/увеличение индекса симметрии выходных кривых проявлялось при отсутствии/наличии пика крупных пор на кривой распределения пор по эффективным размерам радиусов.

Основные публикации по теме диссертации:

1. Пространственная изменчивость параметров конвективно-дисперсионного переноса в серой лесной почве по данным о миграции иона хлора //В кн.: Моделирование почвенных процессов. Пущино: ОНТИ НЦБИ АН СССР, 1985. С. 100-105 (в соавторстве).

2. Определение параметров почвенных микропроцессов по данным опытов по фильтрации через, почвенные колонки // В кн.: Математические методы идентификации в задачах геологии. М.: Наука, 1985. С. 97-109 (в соавторстве).

3. Пространственная изменчивость параметров конвективно -дисперсионного массопереноса // Тезисы докладов VII делегатского съезда ВОП. Ташкент, 1985. Т. I. С. 23 (в соавторстве).

4. О фильтрационной гетерогенности и конвективно-дисперсионном массопереносе в почвах // Почвоведение, 1986.

N 7. С. 42-51 (в соавторстве).

5. Режим поверхностных свойств твердой фазы почвы под различными сельскохозяйственными культурами // В сб.: Пути рационального использования удобрений и повышения плодородия почв. Минск, 1986. С. 72 (в соавторстве).

6. Использование ИСЭ для изучения фильтрационной гетерогенности почв // В сб.: Ионометрия в почвоведении. Пущино: ОНТИ НЦБИ АН СССР, 1987. С. 52-56 (в соавторстве).

7. Кривые гидродинамической дисперсии как почвенные гидродинамиеские характеристики // В сб.: Гидродинамические

функции и влагометрия почв. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1987. С. 25. (в соавторстве).

8. Почвенно-гидрофизические исследования на делянках стационарного опыта // В кн.: Продуктивность агроценозов как комплексная проблема. Пущино: ОНТИ НЦБИ АН СССР, 1989. С. 12-20 (в соавторстве).

9. О связи статической и динамической характеристик структуры почв // В кн.: Тезисы докладов VII делегатского съезда ВОП. Новосибирск, 1989. Т. I. С. 44 (в соавторстве).

10. О связи статической и динамической характеристик структуры порового пространства // Почвоведение, 1990. N 5. С. 38-42 (в соавторстве).

11. Пространственно-временная изменчивость гидрофизических характеристик каштановых почв // В кн.: Пространственно-временная организация и функционирование почв. Пущино: ОНТИ НЦБИ АН СССР, 1990. С. 186-191 (в соавторстве).

12. Масштабы и факторы пространственно-временной изменчивости водоудерживания и структуры серой лесной почвы // Тез. докладов конф. стран содружества "Физика почв и проблемы экологии". Пущино: ОНТИ НЦБИ АН СССР, 1992. С. 21-22 (в соавторстве).

13. Моделирование процессов формирования и эксплуатации искусственных линз пресных подземных вод // Тез. докладов конф. стран содружества "Физика почв и проблемы экологии". Пущино: ОНТИ НЦБИ АН СССР, 1992. С. 56-57 (в соавторстве).

14. Описание пространственной изменчивости гидрофизических характеристик почвы // Тез. докладов III научн. конф. "Применение математических методов и ЭВМ в почвоведении, агрохимии и земледелии". Барнаул, 1992. С. 67 (в соавторстве).

15. О методах определения удельной поверхности почв по адсорбции паров воды // Почвоведение, 1993. N 1. С. 33-44 (в соавторстве).

16. Пространственно-временная изменчивость структуры порового пространства серой лесной почвы // Тез. докл. научно-технич. конф. Азербайджана "Научные основы повышения продуктивности сельского хоз-ва". Баку, 1993. С. 67 (в соавторстве).

17. Stochastic model of soil pore space. Abstracts of Int. Seminar "Agricultural and environmental aspects of soil structure". Lublin, 1993. P. 25. (в соавторстве).

18. Temporal variability of soil water retention as related to menagement practices. Abstracts of 1993 Annual Meeting Amer. Soc. of Agronomy. Cincinati, Ohio, 1993. P. 207 (в соавторстве).

19. Effect of pore size distribution on mass transfer in the

chernozem. Abstracts of XI International Symposium of Biogeochemistry. Salamanca, Spain, 1993, P. 155 (в соавторстве).

20. Prediction of CI and 2,4-D transport in soil using three models. Annales Geophysical, Part II, Supplement II. V 12. Grenoble, 1994. P. C473 (в соавторстве).

21. Spatial variability of structural characteristics and convectlve-disperzive mass transport in soil. Transactions 15 World Congress of Soil Science, Vol. 2b, 1994. P. 161-162.

22. Временная изменчивость показателей структуры серой лесной почвы //В кн.: Научные основы интенсификации - производства сельскохозяйственно продукции. Труды республиканской конференции. Баку, 1994. С. 21-31 (в соавторстве).

23. Scaling of soil water retention using a fractal model. Soil Science, 1995. V. 159. N 2. P. 99-104 (в соавторстве).

24. Fractal parameters of soil pore surface area under a developing crop. Fractals, 1996. V. 4. N. 1. P. 97-104. (в соавторстве).

Подписано в печать 17.11-97 Формат 60x88 1/16 Бумага офсетная № 1 Заказ 15/97

Тираж 110 экз.

Издательско-полиграфический комплекс РЭФИА Адрес: 123812, Москва, ул. Б. Грузинская, 4/6 Тел./факс: 915-1042; 915-1039