Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Гранулометрический состав и его влияние на физическое состояние пахотных почв

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Татаринцев, Владимир Леонидович, Барнаул



МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РФ АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Татаринцев Владимир Леонццович

УДК 631.43

ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПАХОТНЫХ ПОЧВ

(Специальность - 06.01.03 - агрогкявоведение)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель -Заслуженный деятель науки, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Л.М. Бурлакова

Барнаул -1998

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.........................................................................................................................................4

Глава 1. Гранулометрический состав почв и их

физическое состояние.................................................................7

Глава 2. Объекты и методы исследования.............................................16

Глава 3. Факторы почвообразования......................................................24

3.1. Морфоструктуры Алтайских равнин..........................................24

3.2. Почвообразующие породы.........................................................29

3.3. Климатические условия..............................................................33

3.4. Растительный покров..................................................................35

Глава 4. Особенности гранулометрического состава пахотных

почв Алтайского Приобья.........................................................................................39

4.1. Географические закономерное™ гранулометрического состава...............39

4.2. Характеристика структур гранулометри^еа^^ростава................................45

4.3. Сравнительная характеристика почв разньксгрукгур гранулометрического состава.................................................................................60

4.4. Особенности зональных почв в границах структуры гранулометрического состава.....................................................79

Гпава 5. Физическое состояние пахотных почв Алтайского Приобья в

зависимости от структур гранулометрического состава................................95

5.1. Географические закономерности физического состояния почв.................95

5.2. Сравнительная характеристика физического состояния почв & зависимости от структур гранулометрического состава...............................113

5.3. Особенности физического состояния зональных почв в границах структуры гранулометрического состава...........................................................129

Глава 6. Удельное сопротивление основных пахотных почв

Алтайского Приобья..................................................................................................147

6.1. Удельное сопротивление основных пахотных почв......................................147

6.2. Влияние почвенных факторов на удельное сопротивление.......................152

6.3. Энергетическая оценка вспашки зональных почв...........................................162

Выводы и предложения производству..................................................................................166

Список использованной литературы.....................................................................................170

Приложение...................................................................................................................................186

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Значение гранулометрического состава в почвообразовании известно давно. Поэтому гранулометрический состав как важный признак положен в основу вьщеления одной из таксономических единиц современной классификации почв - разновидности. Во многих работах подчеркивается роль гранулометрического состава как фактора плодородия почв. Гранулометрический состав является основной характеристикой при мелиоративной оценке почв. В работе ЛМ Татаринцева /1993/ доказано широкое варьирование содержания физической глины и илистой фракции для почв различных зон Алтайского края. В то же время роль отдельных факторов пространственной изменчивости соотношения фракций гранулометрического состава пока остается неизученной. В литературе нет сведений о роли соотношения фракций /структуры/ гранулометрического состава в формировании почвенно-физических условий роста и развития растений.

Этим вызван интерес к изучению влияния структуры гранулометрического состава (СГС) на физические и щцрофизические свойства зональных почв Алтайского Приобья. Исследования по данной проблеме актуальны не только для конкретного региона - Алтайского края, они важны для понимания сущности почвообразовательных процессов, протекающих в почвах степной и лесостепной зон, сформировавшихся на лессовых породах.

Цель и задачи исследований. Выяснить особенности СГС зональных почв Алтайского Приобья и определить их влияние на физические и гидрофизические свойства почв, удельное сопротивление при вспашке почв.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

- установить зональные особенности СГС пахотных почв;

- изучить влияние СГС на физические и гидрофизические свойства почв;

- выяснить зональные особенности удельного сопротивления при вспашке почв и определить влияние некоторых почвенных факторов на удельное сопротивление;

- провести энергетическую оценку вспашки почв.

Научная новизна. Впервые для всех разновидностей /от супесчаной до глинистой/ и зональных почв Алтайского Приобья выявлены границы пространственной вариабельности различных фракций гранулометрического состава.определены относительно специфичные интервалы содержания песчаных частиц, крупной, средней и тонкой пыли, илистой фракции и физической глины. Впервые для Азиатской части Роосии изучены характеристики поверхностной активности почв, выявлено влияние различных СГС почвы на ее физическое состояние, установлены зональные особенности физических и гидрофизических свойств почв в границах СГС и разновидности, показано сходство и различие почвенно-физических характеристик

Экспериментально в полевых условиях измерены величины удельного сопротивления зональных почв вспашке, установлены факторы, оказывающие влияние на удельное сопротивление, выявлены специфичные состояния величин удельного сопротивления в зависимости от СГС, содержания основных фракций элементарных почвенных частиц, содержания гумуса, влажности почвы и агрофона. Впервые для региона и Азиатской территории страны сделана попытка энергетической оценки вспашки почвы.

Защищаемые положения:

- зональные особенности СГС пахотных почв Алтайского Приобья обусловлены литогенезом лессовидных суглинков и географическими закономерностями почвообразования;

- специфика физического состояния почв Алтайского Приобья определяется соотношением фракций элементарных почвенных частиц /структурой/ гранулометрического состава.;

у

- зональные особенности удельного сопротивления почв при вспашке.

Практическая ценность работы и реализация результатов исследования. На

основании исследований составлен ряд уточненных схематических карт различных физических и водно-физических свойств зональных почв с учетом пространственных особенностей соотношения фракций гранулометрического состава. Полученные материалы могут существенно повысить точность мелиоративных прогнозов.

Также проведено районирование территории Алтайского края по величине удельного сопротивления почв при вспашке, которое позволит оптимизировать энергетические затраты при обработке почв.

Апробация работы. Материалы по теме диссертации докладывались на конференции, посвященной 150-летию со дня рсщцения ВВ. Докучаева /Красноярск, 1997/, Региональной конференции /Барнаул, 1995/, Международной конференции /Москва, 1998/, ежегодных конференциях профессорскопреподавательсжого состава Алтайского государственного аграрного университета /Барнаул, 1996,1997,1998/ на заседаниях Томского филиала ВОП /Томск, 1998/ и Алтайского филиала ВОП /Барнаул, 1998/.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ в сборниках научных трудов, а также в материалах региональных, Всероссийских и Международных конференций.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 170 страницах машинописного текста и оодержит введение, 6 глав, выводы и рекомендации по производству, включает 30 таблиц 62 рисунка. Список использованной литературы составлен из 166 наименований, в т.ч. 20 работ зарубежных авторов. Приложение состоит из 22 таблиц

ГЛАВА I. ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОЧВ И ИХ ФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ).

Гранулометрический состав оказывает большое влияние на почвообразование, на водно-физические, физико-механические, воздушные, тепловые и другие агрономические свойства почв. В связи с этим гранулометрический состав является одним из основных показателей при характеристике почв и грунтов. Механический анализ - самый распространенный из анализов в почвенной и грунтоведческой практике. Размер частиц и их соотношение интересовал ученых давно, еще до возникновения почвоведения как науки.

Особенно много данных по гранулометрическому составу почв появилось в начале XX столетия. Но к началу 30-х годов стало очевидно, что результаты гранулометрического состава разных авторов не удавалось сопоставить, поскольку анализ выполнялся по разным методам с различной степенью воздействия на почвенный образец (Качинский, 1958). В связи с этим возникла острая необходимость унифицировать методы механического анализа и разработать единую классификацию механических элементов и классификацию почв по гранулометрическому составу. Поэтому в 30 - 40-е годы резко возрос интерес к разработке методов механического анализа. Обобщение этих исследование было сделано НА Качинским (1958) в монографии под названием «Механический и микроагрегатный состав почв, методы его изучения.» С начала 1958 года до настоящего времени накоплено огромное количество материалов по гранулометрическому составу, выполняемому по единой методике.

В 70 - 80-х годах XX столетия ключевой проблемой физики почв стала разработка теории, объединяющей организацию вещества твердой фазы и ее взаимодействие с жцдкой фазой. Вновь повышается интерес к изучению гранулометрического состава. На основе этих исследований появилась концепция структурно-функциональных гидрофизических и механических свойств почв (Воронин, 1984).

В эти же годы активно проводилось изучение свойств почв Азиатской части России. Обобщение данных по гранулометрическому составу и физическим свойст-

вам почв Западной Сибири сделано в большом количестве научных трудов. К числу наиболее известных принадлежат работы К П. Горшенина (1955), НД Градобоева и др. (1960), H.H. Гуськова (1947), Е.М. Непряхина (1977), С.С. Трофимова (1975), J1.H. Каретина (1982), в которых при характеристике различных почв Западной Сибири приводится много данных по гранулометрическому составу. Венцом в серии этих работ по праву являются две монографии «Агрофизическая характеристика почв западной Сибири» (1976) и «Почвенно-физические условия мелиорации в Западной Сибири» (1977), вышедшие под редакцией известного в стране ученого В.П. Панфилова.

Согласно концепции иерархии уровней структурной организации почв (Розанов, 1983; Воронин, 1984,1986) элементарные почвенные частицы (ЭПЧ) различных размеров и различной природы (минеральные, органические, органоминеральные) в результате взаимодействия при почвообразовании приводят к образованию микро-и макроагрегатов, в конечном итоге определяющих физическое состояние твердой фазы почвы в целом. Особую роль ЭПЧ в формировании структурно-функциональных гидрофизических и механических свойств почв подчеркивал АД Воронин (1984). Автор на 58 страницах монографии детально описал методы дезагрегирования и пеггтизации твердой фазы почвы, химический, минералогический состав ЭПЧ, физические свойства фракций ЭПЧ, опираясь при этом на анализ 105 научных работ, собственные исследования и опыты своих аспирантов. На стр. 113 АД Воронин подчеркивает, что образование, размер, форма и качество агрегатов, элементарное микро- и макростроение почв зависит от соотношения ЭПЧ (механических элементов), их состава и свойств. Чуть ниже автор пишет, что решающее влияние на структуру и физические свойства почв оказывают илистая фракция и мелкая пыль. В монографии В.П. Панфилова (1973) находим рад уравнений регрессии (с. 108), из которых также водно, что на величину HB и МГ решающее влияние оказьь вают фракции ила и мелкой пыли.

Чтобы осветить состояние интересующей нас проблемы, было изучено более 130 литературных источников, среди которых основная масса научных работ (Тито-

ва, 1976, Ярилова, и др., 1977; Травникова и др., 1978, Скрипниченко и др., 1983; Гусев и др., 1986; Ахтырцев и др., 1986; Ковтун и др., 1987; Убугунов и др., 1990; Минкин и др., 1992; Садовникова, 1992; Ушакова, 1994; Круглови др., 1995; и др.) посвящена изучению содержания гумуса и закреплению некоторых химических элементов по гранулометрическим фракциям. Независимо от типа почвы установлено, что максимальное содержание гумуса приурочено к тонкопылеватой и иловатой фракциям (Воронин, 1984; Минкин, 1992). Также отмечено, чем меньше общее содержание гумуса в почве, тем больше его концентрация в пред коллоидной (илистой) фракции.

Различные химические элементы, попадающие в почву, подобно гумусовым веществам концентрируются в мелкой пыли и иле. Накопление в илистой и мелко-пылеватой фракциях химических элементов связано с прочным закреплением их основными компонентами этих фракций: гумусовыми веществами и вторичными глинистыми минералами, сосредоточенными в большинстве своем в тонкопылеватой и илистой фракциях.

Нарящу с общими тенденциями распределения гумуса и химических элементов существуют некоторые особенности, присущие различным типам почв, в которых протекают различные процессы почвообразования. Анализ результатов показывает, что в черноземах в большинстве случаев с увеличением размера частиц содержание органического вещества существенно уменьшается. Мелкодисперсные фракции (ил, мелкая пыль) черноземов концентрируют значительно больше гумуса, чем других типов почв. Для черноземов всех регионов и подтипов характерно наибольшее количество гумуса в пред ил истой фракции (Минкин и др., 1992). Однако наблщцаемая закономерность распределения гумуса по фракциям черноземов с преобладанием его во фракции тонкой пыли сохраняется только в пределах гумусовых горизонтов (Воронин, 1984). В других генетических горизонтах гумус концентрируется в илистой фракции. Отмеченная закономерность характерна и для других типов степных почв (Воронин, Грати, Петков, 1967).

В Сибири имеются единичные опыты по исследованию распределения органического вещества по гранулометрическим фракциям. Установлено, что в черно-

земах Кузнецкого Алатау (Убугунов, 1990), а также в черноземах и лугово-черноземных почвах Баргузинской котловины (Убугунов, 1990) степень гумусирован-ности частиц возрастает с увеличением их дисперсности. Максимальная концентрация гумуса отмечается в илистой фракции при значительном его содержании во фракции мелкой пыли.

В каштановых почвах (Убугунов и др., 1990) несмотря на малое содержание илистой фракции, она играет существенную роль в тумусонакоплении, так как аккумулирует от 26 до 44 % почвенного гумуса. Доля фракций крупной пыли и мелкого песка равна 13,5-23,2%, средней и мелкой пыли -12,7-23,9%. Наименьшее участие в аккумуляции органического вещества принимает средний и крупный песок, хотя его содержание в почвах высокое. В этих фракциях песка содержится минимальное количество органического вещества, которое не связано с минеральной частью почвы и представляет собой пылящую полуразложившуюся массу (детрит). В иле каштановых почв содержание гумуса выше, чем в тонкой пыли. Это связано с тем, что почвообразование в каштановых почвах способствует формированию гуматно-фульватшготипа гумуса с преобладанием менее конденсированных фульвокислот, которые активно накапливаются в илистой фракции, нежели в предилистой. Это в значительной степени отличает их от черноземов.

Для серых лесных почв Томского Приобья (Убугунов, 1990) установлена аналогичная закономерность распределения органического вещества по гранулометрическим фракциям, что и для черноземов Кузнецкого Алатау Степень гумусированно-сти частиц возрастает с увеличением их дисперсности. В серых лесных почвах максимальное количество отмечается в илистой фракции, при значительном его содержании во фракции мелкой пыли.

В составе органического вещества коллоидных фракций преобладают фупь-вокислоты, предколлощных и тонкопылеватых фракций доминируют гуминовые кислоты. Б.П. Ахтырцев, Л А Яблонский (1986) показали, что между составом гумуса и содержанием физической глины существует тесная взаимосвязь. В составе гумуса пойменных связнопесчаных почв среднее относительное содержание гуминовых ки-

слот составляет 13,5%, фупьвокиспот - 48,9%, негидролизуемого остатка 37,6%. Отношение Сг.к:: Сф.к. равно 0,28. По мере увеличения количества физической глины с 8% в связнолесчаной почве до 67% в легкоглинистой почве происходит последовательное увеличение суммы гуминовых кислот до 38% и уменьшение суммы фупьвокиспот до 18%, а отношение Сг.к.: Сф.к. расширяется до 2,10. С увеличением содержания физического песка с 33% до 92%, в составе гуминовых кислот относит