Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Структура порового пространства дерново-подзолистых и серых лесных почв

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Смирнова, Ирина Викторовна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРУКТУРЕ 6 ПОРОВОГО ПРОСТРАНСТВА

1.1. Физическая деградация и поровое пространство

1.2. Методы анализа порового пространства

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

2.1. Природные условия района исследований

2.2. Характеристика объектов исследований

2.3. Методы исследований

ГЛАВА 3. СТРУКТУРА ПОРОВОГО ПРОСТРАНСТВА 45 ИССЛЕДОВАННЫХ ПОЧВ

3.1. Фотографический метод определения текстурной пористости

3.2. Применение метода анализа мезоизображения для 50 характеристики почвенной трещиноватости.

3.3. Диаграммы структуры порового пространства

3.4. Параметры порового пространства и характеристики 66 поверхности твёрдой фазы исследованных почв.

3.5. Профильные распределения различных категорий пористости 71 при полевой влажности.

3.6. Физическое состояние и степень деградированности пахотных 74 горизонтов исследованных почв

ВЫВОДЫ

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Структура порового пространства дерново-подзолистых и серых лесных почв"

В условиях многообразного варьирования природных и антропогенных факторов внешнего воздействия, функции почвы в значительной мере определяются её физическими свойствами, и особое значение имеют характеристики порового пространства. Изучение порового пространства способствовало накоплению данных о взаимосвязи различных категорий пористости с почвенными свойствами, о геометрическом строении почвенных пор, о структуре порового пространства различных типов почв. Но современное состояние большинства пахотных почв территории России, актуальные проявления и потенциальная опасность деградационных явлений, делают необходимыми количественную оценку взаимосвязи параметров порового пространства и физического состояния почвы, динамический подход к оценке структуры порового пространства. Особенно остро проблема ухудшения физического состояния стоит для почв, наиболее распространённых на территории подзон южной тайги и лесостепи, на которых сосредоточена Ф основная масса сельскохозяйственного производства России - дерновоподзолистых и серых лесных.

В связи с этим целью настоящей работы явилось изучение структуры порового пространства дерново-подзолистых и серых лесных почв.

На первом этапе работ была поставлена задача определения основных параметров и характеристик порового пространства.

Поровое пространства почвы неоднородно по размерам и функциям, в нём можно выделить несколько категорий, имеющих свои размеры и функциональные особенности, поэтому определение параметров, характеризующих эти категории, может быть связано с методическими трудностями. Поэтому задачей следующего этапа работы являлся выбор алгоритма и апробация методики проведения анализа мезоизображения для получения количественных характеристик двух таких категорий: текстурной (агрегатной) пористости и трещиноватости.

Наличие информации о различных категориях порового пространства и их зависимости от внешних воздействий, в частности от изменения влажности, позволяет охарактеризовать структуру порового пространства во всей её полноте. Следующей задачей стала детальная характеристика структуры порового пространства с помощью диаграмм структуры порового пространства.

Необходимость получения информации о профильном изменении порового пространства при изменении влажности определила ещё одну задачу: изучение динамики изменения порового пространства по профилю в зависимости от влажности.

Изменение структуры порового пространства под влиянием негативных факторов антропогенного воздействия на почву отрицательно сказывается не только на урожаях, но и на способности почвы обеспечивать необходимые условия для существования и развития почвенной биоты. Это, в свою очередь, является одним из признаков ухудшения физического состояния и деградации почв. Оценка физического состояния, актуальной и потенциальной физической деградированное™ исследованных почв стала заключительным этапом данной работы.

Проведённые исследования позволили детально изучить структуру порового пространства дерново-подзолистых и серых лесных почв. Были выявлены специфические особенности распределения различных категорий пористости по профилю и их динамика в зависимости от влажности. Разработаны и опробованы методики анализа фотоизображения для получения характеристик текстурной пористости и трещиноватости, а также программа расчёта структуры порового пространства.

Объектами исследования были выбраны дерново-подзолистые и серые лесные почвы, наиболее типичные для подзоны южной тайги. Малая изученность порового пространства этих почв, наряду с наличием обширной информации об их генезисе, химических и физических свойствах, позволила использовать их в качестве объектов исследования.

Внутри типов, объекты различаются на родовом и видовом уровне, заметны различия их химических и физических свойств, что отразилось на строении порового пространства.

Диссертационная работа выполнена на кафедре физики и мелиорации почв факультета Почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. По материалам исследований опубликована 1 статья и 6 тезисов. Основные положения диссертации были доложены и обсуждались на Докучаевских молодёжных чтениях (Санкт-Петербург, 1999, 2001), на конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов" (2000, 2001, 2003).

Основные направления работы были поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований (2003г).

Диссертация рассмотрена и рекомендована к защите на заседании кафедры физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ.

Заключение Диссертация по теме "Агропочвоведение и агрофизика", Смирнова, Ирина Викторовна

ВЫВОДЫ:

1. Исследование порового пространства дерново-подзолистых и серых лесных почв, проведённое с использованием, как общепринятых физических методов, так и методов анализа изображения позволило получить наиболее полную картину структуры порового пространства.

2. Величины, характеризующие почвенное поровое пространство и поверхность твёрдой фазы (Эпр, Ф, Ка, Ее, Wa.) изученных почв имеют различия на типовом уровне. Характер изменения этих величин по профилю также различается, это подтверждается не только объектами исследования, но и объектами сравнения. Для дерново-подзолистых почв характерно более резкое падение значений Бпр и Ф с глубиной, меньшие величины Еб и \№а чем для серых лесных почв.

3. Для удобства получения зависимости текстурной пористости от влажности разработан метод анализа фотоизображения. Он позволяет дистанционно, без механического воздействия проводить измерения объёма и плотности почвенных агрегатов и фрагментов во всём диапазоне влажностей, и может быть рекомендован к использованию как экспресс-метод. Для получения информации о трещинообразовании разработан метод анализа мезоизображения. Этот метод применим к оценке площади, частоты встречаемости и ширины трещин, образующихся на поверхности почв, и позволяет установить влияние влажности на трещинообразование. Разработанные методы были адаптированы для целей характеристики порового пространства.

4. При иссушении образование трещин на поверхности почвы имеет ступенчатый характер и идёт с выделением трещин различных порядков. Распределение всех встреченных трещин по ширине удовлетворительно (с вероятностью 0,95) описывается типовой функцией (логит). Разные горизонты имеют различные параметры этого распределения, и различные зависимости изменения ширины трещин от влажности.

5. Зависимость различных категорий пористости от влажности и давления почвенной влаги может быть показана на диаграммах структуры порового пространства, которые комплектуются по экспериментальным данным. На основании экспериментальных зависимостей различных категорий пористости от влажности и алгоритма расчёта разработана автоматическая программа расчёта структуры порового пространства почв.

6. Профильные распределения параметров порового пространства, а также удельных объёмов различных категорий пористости при полевой влажности дают представление о моментном соотношении порового пространства при данной полевой влажности, и могут быть использованы для режимных наблюдений и оценки физического состояния почв. Профильные изменения общей пористости для изученных почв при полевой влажности различаются на типовом уровне. Общая пористость дерново-подзолистых почв понижается в подпахотном горизонте и далее вниз по профилю за счёт текстурной и стабильной структурной пористости. Нижние горизонты этих почв характеризуются малым объёмом пористости аэрации и высокой трещиноватостью. Серые лесные почвы характеризуются слабым изменением пористости вниз по профилю.

7. Исходные независимые параметры порового пространства и характеристики поверхности твёрдой фазы дают возможность оценить степень деградированности пахотных горизонтов всех объектов исследования. По итогам оценки степени деградированности пахотных горизонтов состояние дерново-подзолистой под лесом и серой лесной глубокооглеенной почв является оптимальным. Остальные почвы можно отнести к слабодеградированным.

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата биологических наук, Смирнова, Ирина Викторовна, Москва

1. Антипов-Каратаев И.Н., Келлерман В.В., Хан Д.В. О почвенном агрегате и методах его исследования. М. 1948

2. Архангельский А.Я. Приёмы программирования в Delphi 5-7. М. 2003, 283

3. Афанасьева Е.А. Чернозёмы средне-русской возвышенности, 1966, 123

4. Ахтырцев Б.П. Серые лесные почвы Центральной России. Воронеж, 1979.

5. Березин П.Н. Структурно-функциональные и гидрофизические свойства набухающих почв//Современные физические и химические методы исследования почв. Издательство МГУ. 1987

6. Березин П.Н., Воронин А.Д., Шеин Е.В. Основные параметры и методы количественной оценки почвенной структуры//Почвоведение, 1985, №10, 58-67

7. Березин П. Н., Воронин А.Д., Шеин Е. В. Физические основы и критерии слитогенеза/УВестник Московского Университета Сер. 17 Почвоведение, 1989, №1, 31-38

8. Березин П. Н., Гудима И. И. Физическая деградация: параметры состояния//Почвоведение 1994, №11, 67-70

9. Березин П. Н., Макурин А. Б. Структура порового пространства набухающих почв: параметры, программа для ЭВМ//Комплексное изучение продуктивности агроценозов, Пущино, 1987, 62-68

10. Благовещенский Ю.Н., Самсонова В.П., Дмитриев Е.А. Непараметрические методы в почвенных исследованиях. Москва. 1987

11. Бойков В.А., Аристова Т.А. Физическое состояние дерново-подзолистой почвы -один из показателей плодородия/Юсновные итоги науч.исслед.по сел.хоз-ву в Центр.р-не Нечернозем.зоны России. Немчиновка, 2001, 409-415

12. Бондарев А. Г. Проблема уплотнения почв сельскохозяйственной техникой и пути её решения. Почвоведение, 1990; № 5

13. Бондарев А.Г. Теоретические основы и практика оптимизации физических условий плодородия почв //Почвоведение, 1994, №11, стр. 10-15.