Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

СВЯЗЬ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ И КИНЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЧВЕННОЙ ВЛАГИ С ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ ПОЧВ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "СВЯЗЬ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ И КИНЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЧВЕННОЙ ВЛАГИ С ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ ПОЧВ"

факультет почвоведения

На правах рукописи

1ЙУСТАФА ДДЕВИШ ШАРА

УЖ 631.43

связь термодинамических и кинетически! характеристик почвенной вдаги с водно-физическими свойствами почв

Специальность 06.01,03 - почвоведение

Автореферат

диссертации па соискание ученой степени кандидата биологических наук

ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТАМ982

Раоота выполнена на кафедре физияя ■ мелиорации почв факультета почвоведения МГУ.

Научный руководитель

доктор биологических наук, доцент А.Д.Воронин

Официальные оппоненты;

доктор сельскохозяйственных наук В.Н.Диыо

кандидат ояологячвскик наук.доцент В.Г.Витязев

Ведущее учрекдеане - Институт почвоведения и фотосинтеза ¿Н СССР (Пуздиао на Оке)

Автореферат разослан 1982 г. ^

Запита состоится 982 г. в —Час.

яа заседании Специализированного совета по почвоведению в 107 имени Ы.В.Ломоносова в аудитории М-2.

С диссертацией ыокно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведение МГУ,

Приглаваем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании Специализированного совета по почвоведению в Московском университете, а отзыва ва автореферат в двух экземплярах заверенное печатью, просим направлять по адресу: П7231, Ноовва, Ленинские гора, МГУ, факультет почвоведения, Ученый совет.

Ученый секретарь Специализированного совета, .— ,

доцент А /* И.П.Бабьева

Лягг^^ьаость тема обусловлена большой роль» водво-фиэичесялх свойств почв, термодинамических я кинетических характеристик почвенной влаги для агрофизической я гидромелиоративной оценки почв.

Pasee било показано, что ряд важнейших структурно-функциональных физических свойств почв, таких как долевая влагоемдость, вдакност* текучвоти я пластичности почв, влажность разрыве капиллярной связи, влажность оптимальная для сгруктурообразовення и механической обработки почв, дорозностя аэрация, явфяльтрацнн я т.д., связана с областями перехода волн яз одной категория в другую, Касиллярно-сороционвае потенциалы вода» соответствующие этим областям закономерно смещаются в сторону ях более яизкях ве-лячяя во мере утяжеления гранулометрического состава почв, что дает возможность определения этих величие до кривым водоудержи-вавдей способности почв, характеризующим зависимость капяллярно-сорбционяого потенциала вода от влажности почва (Воронин,1980,

Однако связь етих областей перехода с такхмн кинетическими характеристиками, как зависимость скорости сувки в терыограмм сушки от влажности дочва (иеяьяикова я Колясев, 1949; Лыков, 1956; Колясев, 1957; Казанский, 1957), а также зависимость яена-снпвявой гидравлической проводимости от влажное тк почв остается недостаточно изученной. К тому хе еще недостаточно ясна связь почвенно-физических причин влажности завядаажя растений как с термодинамическими, так я с кинетическими характеристиками почвенной влага. Все это затрудняет определение по кривым водоудер-хяваемости интервалов влажностеа почв до подвижности я особенно ее доступности растениям, что ограничивает рамки применения структурно-энергетической концепция.

Деля я задау яссля*аяяии<т состояли в том, чтобы изучить связь аодяо-фязяческях свойств почв с термодинамическими я кинетическими характеристиками почвенной влага: установить возможность использования кривых сушки я термограмм для определения интервалов влажностеЗ почв до подвихвостя я доступности води растениям да кривых водоудеркяваемостн дочв, а также для определения границ действия различных механизмов переноса вода дря испарения; изучить зависимость атях характеристик от особенностей структуры твердой фазы почв.

Новизна работы. Впервые установлено, что кадилдярао-сорб-циоваае потенциала вода в областях перехода воды яз пленочно-

1981).

стаковой в длвночяо-рыхлосвязандут, обусловливавших почвваво-физичаские условия влажности завядания реогеаж! закономерно смекаются не кривых водоудврхиваемости в сторону кг более низких величин до пере утяжеления гранулометрического состава почв в лежат яа пряной, тангенс угла ваклова которой к оси влажвостей близок к 1,1 в, которая пересевает ось потенциалов (в логарифма-ческих координатах) opa pF « 2,18 (-14,? Дж/кг).

Показано, что заметвые изменения'кеаасвпеввой гидравличео-кой проводимости почв происходят лить при максимальной жапвф-лярно-сорОцжонной влагоемкостя, величине близкоа к волевой влаго-емкости, а изменение на тедоограммах сушки и кривых сувкв ори первом арктическом потенциале вод», т.е. в области перехода шш-ночно-капнлларвой вода в длаиочно-стяковул и последней в пленоч-но-рыхдосвяэаияую. Надежно выделить других odzacrai перехода воды по кривым сувки и термограммам сушки не удается, что указава-ет на возможность их использования лимь в качестве вспомогательного средства ддя определения структурно-функциональна* свойств почв.

Поакгддедоя пзнность perfora состоит в том, что установленная закономерность позволила уточнить определение по кривым водо-у да решаемости почв влажности аавядапия растеаиЯ я, следователь-' во* уточнить определение продуктивной влаги в почвах. Это также позволяло дифференцированно, т.е. в зависимости от гранулометрического составе почв, подойти к классификации почвенной влаги по подвижности и ее доступности растениям, а также уточнить предложенные ранее жласеифинации форм водя в почвах и пор по функциям.

*nTK?tfHITTF работа. Результата исследования докладывались ва заседаниях кафедра физики a мелиорации почв факультета почвоведения Московского государственного университета. Работа рассмотрена и рекомендована к защите на заседании кафедры физики и мелиорации почв.

HxSSSSâSgS* Но материалам работ сдана в печать 2 статьи.

Овьем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и выводов» содержит стр. машинописного текста. рис. таблиц . Список литература включает работ , в том числе ивострадвмх язиках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава I, ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Рассмотрена современные представления о с труктурно-функцио-нальнах водно-физических свойствах почв я их связи с категориями вода в почвах. Дав обзор развития представлений о категориях и формах волн в почвах (Бриге. 1897; Боупкос, 1921; Лебедев,1926; Цунвер, 1930; Андрианов, 1938; Качивский, 1947; Додгов,1948; Колясев, 1948; Роде, 1965; Воронин. 1980,1981). Изложена термодинамические основы изучения поведения вода в почвах и подчеркнута большая информативная роль кривой водоудервивающей способности почв, характеризушей зависимость капялацрно-сорбцвонаого потенциала от влахяоети почве. Рассмотрена кинетика сушки как метод изучения поведения води в почвах. Показано, что применение термодинамических и кинетических' подходов к изучении категорий почвенной влаги и механизмов передвижения воды в почвах представляет: существенней интерес, так как позволяет полнее в точнее их

понять.

Глава 2. МЕТОДО ИССЛЕДОВАНИЯ

Для изучения кинетики сушки использовали как простую установку с ручнвм взвешиванием, отличавшуюся от установки Мельникова и Колясева (1949) только тем, что сушка проводилась в термостате яри постоянной температуре, так и установку с автоматическим взвешиванием образца почвы и непрерывной записью потери веса в разности температур в иссушаемом образце и термостате.

Специально проведенное методическое исследование показало, . что оое установки дают одни в те же результат, во последняя установка предпочтительнее, т.к. она, во-первых, позволяет получать не только кривее сушки, но и термограшш сушки, а во-вторых, нет необходимости извлекать образец из термостата и нарушать условия сушки. Установка сконструирована в смонтирована с помощью старте-го научного сотрудника кафедры физики в мелиорации почв Б.В.Егорова, за что приносим ему искренний благодарность.

В обоих случаях исследования проводили при 30°С я 60°С.

На установке о ручным взвешиванием было изучено влияние величины навески в вясота образца на характер и форму кривых сушки в, следовательно, определения оптимальных условий сушки. Исследо-

ванне показало, что уменьшение высоты образца в навески почва на половину на оказало сколько-нибудь заметного влияния на форму в характер кривых сушш.

Для получения зависшшоти капиллярно- сорбцаонаого потенциала води от влажности почвы (кривой водоудержлваемости почва) применяли в диапазоне высоких влажностей тензиоиетрическуг лабораторную установку. а в диапазоне низких влаквостей - метод сорб-циовного равновесия о шрамв води (яла гигроскопический метод). В интервале средних влажностей эту зависимость рассчитывали по предложенному А.Д.Ворониннм (I960) расчетяо-вкслвриыентадьноыу методу.

По кривым водоудержжваемости рассчитывали зависимость гидравлической проводимости в ненасыщенных водою почвах до формула, предложенной А.Д.Ворониным (1977) л распределение вор до размерен, а также определяли влажности областей перехода води вз од-воа форш в другую.

По изотермам десорбции варов води до уравнениям БЭТ (Бруваувра, Эммета в Теллера) н фаррера (1963) определяли полную к внешнее эффективные удельные поверхности почв» а по разности -внутреннюю.

Гранулометрический состав, физические в физико-химически свойства почв определялись по общепринятым в почвоведении методам, описанным в руководствах А.Ф.Вадювиной а З.А.Корчагиной (1973) в Б.В.АринутшшоЙ (1962).

глава 3. ОБЪЕКТЫ ИХДЙДОЙАНУИ

В качестве объектов исследования были взята горизонты AI a BI чернозема обыкновенного iКамепная степь), кривая водоудер-живаеиостн которых получена ва образцах о ненарушенной структурой в вое генетические горизонта чернозема обыкновенного (Тамбовская обл.), св«гло-каятановой почва (окрестности г.Волгограда) , поверхностные слов карбонатной в песчаной почвы из Египта. Ва всех атих образцах исследования проведены ва образцах с нарушенной структурой.

В таблице I привелани данные по гранулометрическому составу в аффективным удельным поверхностям. Из эхах данных вядно, что черноземные почва относятся до гранулометрическому составу к легко глинистым жловато-крушооале ватам, светло-каштановая почва к тяжело и сраднасуглиннеям, карбонатная я песчаная поч-

Таблица I

Гранулометрический состав (метод Н.А.Качинского) и эффективная общая удельная поверхность

в м^/г. ( по БЭТ ) nota.

|лотеря

Горизонт» глубина в см

от HCL

Размеры фракция в мм

УП

1-0,25

0,25--¿,05

10.051-0,01

1 0,01- 1

.1-0^005

¡<0,01 j

1в t£/r

Чернозем обыкновенный (Каменная степь)

AI 20-30 3,9 0,5 3,6 31,6 8,9 14,8 36,7 64,3 169

BI 50-60 3,9 0,6 3,2 24,6 11,6 12,5 43,6 71,6 151

Чернозем обыкновенный (Тамбовская область)

Апах 0-20 1,5 0,1 0,1 28,5 14,2 16,8 40,1 71,1 147

AI 30-40 2,3 0,1 0,2 28,2 13,0 17,5 39,7 70,2 132

BI 45-55 3,8 0,0 0,5 30,1 12,7 17,0 40,1 69,8 146

B2 70-80 16,8 0,0 2,0 32,8 10,5 13,2 41,1 64,8 120

ВС 90-100 17,0 0,0 0,8 34,1 11,2 13,1 40 ,'5 64,8 105

С 135-145 16,3 0,0 0,6 30,9 12,1 13,7 42,4 68,2 109

Светло-каштановая почва (о!фестности г. Волгограда)

¿сак 0-25 2,6 0,0 14,7 30,6 7,9 10,9 33,3 52,1 89

BI 25-37 2,3 0,0 8,8 32,6 6,5 10,0 39.« 56,3 60

В2 37-50 14,1 0,0 10,2 31,4 5,6 8,0 30,7 44,3 98

CI 50-80 20,9 0,0 16,1 19,0 15,3 4,9 23,8 44,1 93

С2 80-160 13,1 0,0 15,8 31,4 8,5 8,1 23,1 39,7 82

tn

вы из Египта представляю* почвы легкого храаулоыетричесдого состава, как это видно аз данных по величинам эффективных поверхностей, которая равна 62 и^/г л 22 м2/г в карбонатной в песчаной почвах соответственно. Обращает на себя ваиманив тот факт, что при дочтя одном в том же гранулометрическом составе аффективная удельная поверхность почв понижается вниз по профиля» почвы. Это, вероятно, связано о понижением содедония гуиуса вниз по профилю почва, как это вядао из таблица 2, в которой представлены химические и физико-химические свойства исследованных почв* Данные этой таблицы показывают, что черноземы характеризуются высокой емкостью катиоаного обмена 1БЕС0), которая снижается ъ связи с облегчением гранулометрического состава и понижением эффективных удельных поверхностей в светло-каштановой почве« В составе поглощенных катионов черноземов я светло-каштановой почве преобладают кальций в магний.

Таблица 2

Химические и физвко-химвческие свойства исследованных почв

Горизонт,{ Гумус | ей ! Поглощенные основания, гдубана в см { в % 1^0 !_ыу-эквЛОО г_

_1 ! \ Са" ив**__

Чернозем обыквовенный (Каменная степь/ АХ 20-30 9,6 6,9 48,9 2,3 1,1 53,6

В1 50-60 4,9 7,1 36,8 3,0 1,2 41,8

Чернозем обнкаовеввый (Тамбовская область)

Ап 0-20 8,9 6.7 40,X 6,0 0,2 46,3

АХ 30-40 7.2 7.1 4Х.4 5,2 Х,5 48.Х

М 45-55 5,5 7.2 36,5 3,7 1.7 43,4

В2 70-80 2,8 7,8 - — - -

ВС 90-100 1.5 8.1 - - - —

С 135-145 0,8 8.3 - - -

Свотло-хавтановая почва (окрестности г.Волгограда)

¿Д 0-25 2,17 7.7 18,8 8,9 27,7

В1 25-3? 1,36 8,3 29,7 9.98 39,5

В2 Э7-50 аа опр. 8,9 . - - — —

а 50-60 9,7 - — -

С2 80-160 8.8 - - -

Значительное содержание гумуса л благоприятный состав погло-ивавах катионов способствовали мжкро- н мавроагрегврованносм чэрноэвиов, что положительно сказалось ва их водно-физических свойствах приведеннах в таблице 3.

Таблица 3 Физические и водная свойства почв

I < 1 * I '

~--------I Плотность !0бпая!Гигро1Мавс. ¡Влага¡Маас. 1Пода-

юржэонт и —- л0р08 скопи гицю !зава-iмоле- !вая

глубина в см| !йя давая|куляр ¡влаго

| фазв !почваj W j^rai | вз ¡So |£&ть

I I i lih \ Ж I <50 ¡кость 1(8

i ill! i »1

Чврногвм обякновевннй (Каменная степь)

II 20*30 2.51 0,91 63.fi 7.2 12.0 17.6 26.2 40.2 BI 60-60 2.67 1,11 58,4 5.9 9,9 15,1 24Д 34,3

Чернозем обакновевянй (Тамбовская область)

Ал 0-20 2,55 1.23 51.2 7,3 11,6 17.4 25.8 38.8

AI 30-40 2.63 1.20 54.4 7,7 12,1 18,1 26,2 34,1

ВС 45-55 2,68 1.15 57,1 7.0 П.9 17,9 23,7 31.5

В2 70-80 2.71 I.2I 55,3 6.6 10.8 16.3 23,0 29,7

ВС 90-100 2.73 1.26 53.6 5,8 10,0 15.0 20.8 26,3

с 135-145 2,72 1.50 44,9 5.6 9.4 I4.I 21,3 24.5

Све гло-каштановая почва (окрестности г.Волгограда)

Ал 0-25 2,61 1.22 53,3 5,0 II .4 14.8 23.2 31,9

ВТ 25-37 2.65 1.40 47.1 6,0 4.1,8 15,3 24.8 29,4

Б2 37-50 2.65 1,44 45,7 4,3 10,6 13,8 22.4 23,2

CI 50-80 2.73 1.48 45,7 3.4 8,7 II. 3 19.0 22.7

С2 80-160 2,71 1.46 49,8 3.5 7.6 9.9 I8.I 20,0

Анализ дюееых по гранулометрическому составу, химическим, физико-химическим и водно-физическим свойствам показывает, что исследованные почва заметно различаются во свойствам в является хорошими объектами для решения задач, поставленных в данном исследовании.

Глава 4. КИНЕТИЧЕСКИЕ И ТЕИШШЫОТЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ водао^ышчЕсвж свойств почв

Важнейшей te рыо динамической характерно тягой почвенной влаги является зависимость капиллярно-сороционного потенциала вода от влажности почвы, представленная кривой воеоудержнваеыости почва. Ha рис, I приведена лить некоторые аз имеющихся в работе кривых, характеризующих ату зависимость в различных генетических горизонтах исследованных почв.

Показано, что эти зависимости достаточно хорошо отражают освоенности структуры и состава каждого из генетических горизонтов изученных почв. Это обстоятельство, очевидно, и является причиной большой информативности кривых водоудерживаемости почв. Хоровая макро- в мвкроагрегиронваность верхних горизонтов черноземов приводит к более высокому содержанию воды в области высоких капиллярео-сорОционавх потенциалов. В то же время с утяжелением гранулометрического состава в увеличением аффективной удельной поверхности почв возрастает содержание вода в диапазоне низких потенциалов, т.е. в области труднодоступной, прочно в рыхло-связанной воды, что приводит к сокращенно продуктивной влаги в плохо агрегированных и уплотненных горизонтах почв.

По кривым водоудерхиваемостн были рассчитаны зависимости гидравлической проводимости ненасыщенных водою почв от их влажности. Результаты этих расчетов показывают, что в почвах тяжелого и среднего гранулометрического состава монотонное понижение гидравлической проводимости начинается при влажности перехода от капиллярной воды в пленочно-капиллярной, т.е. при максимальной капиллярно-сороцвонной влагоеыкооти почв, которая близка в величине полевой алагоаыкосги, как aro видно вз сопоставления данных таблиц 3 а 4.

При дальнейшем понижении влажности гидравлическая проводимость тяжелых и средних по гранулометрическому составу почв постепенно повивается в можно отметить лишь незначительный перелом на кривой этой зависимости, отмечающийся при влажное тяг соответствующих первому критическому потенциалу, т.е. в области перехода воды из пленочво-яа ниллярноа в оценочно-стыковую. В области перехода пленочыо-стыковой вода в лленочно-рыхлосвязаа-яую отмечается даже некоторое понижение интенсивности изменения гидравлической проводимости с влажностью почвы, что особенно

Рис.1 Дифференцированная классификация форм и категорий

почвенной влаги и пор по функциям

Таблица 4

Средине влажности потаи в областях перехода вода из одной категории в другую

т

яХ

д. ирвзивт. глубина. см { *ф икс® |Я|)т ¡"фвз 1 ^АС

Чернозем обыкновенный (Каменная степь)

¿1 (20-30) 40,8 29,5 17,3 11,5

В1 (50-60) 35,4 25,6 15,2 9,8

Карбонатная почва (Египет)

Ал ( 0-30) 23,1 18,8 11,9 5,0

Песчаная почва (Египет)

Ап ( 0-30) 13,5 10,9 6,5 2.0

Чернозем обыкновенный (Тамбовская обл.)

ЛИ 1 0-20) 34,9 26,0 16,8 II.5

11 130-40) 38,1 29,0 16,0 9.0

В1 (45-55) 53,8 25,5 14,5 9.5

В2 (70-80) 31,0 24,8 14,2 7,8

ВС (90-100) 26,2 22,1 14,0 9.2

С (135-145) 26,5 23,0 14,3 9.4

Светло-каштановая (окрестности г.Волгограда)

Ал 1 №25) 32,5 26,1 13,7 6,4

В! (25-37) 29,5 24,0 13,1 7,2

В2 (37-50) 24,3 22,0 13,6 6,0

С1 (50-80) 24,0 20,0 12,4 5.5

С2 (80-100) 22,0 18,9 10,8 4.8

ясно видно ва примере песчаной почвы. Это обстоятельство» вероятно. связано в неточностью расчета гидравлической проводимости почв, возвикашей из-за вдуцмш амкмшства поверхностного натяжения во всем диапазоне влажности (равного поверхностному натяжению объемной води). В то время, как в действительности

поверхностное натяжение в тонких пленках, в диапазоне низких влажносте! отличается от поверхностного ватяжевжя в объемное жидкости. И» рассмотренных даиных мохво сделать методический вывод о тем, что в предложение* А.Д.Воронвнвм (1977) виде формулу для расчета гидравлической проводимости можно применять лишь в диада-зове средних и высоких влаквостей вочв, когда небольшими изменениями поверхностного ватяжеяия мохво преяворечь.

По кривым водоудержяваемости шло раеочнтаио распределение лор но размерам в исследованных почвах* На всех кривых ояечаег-ся неболыюе выполажжвавие кривой распределения пор по размерам, наблвдаюцаеся в диапазоне эффективных диаметров пор, ооусдовлж-ваоцжх первый критический калиллярво-сороционннй потеациал вода ж соответствутаих области перехода капиллярной воды в пленочяо-капиллярную. Монотонное возрастание количества мелких пор, при потенциалах первого критического,очевидно, связано с взмеве-ввем кривизны менисков вода под действием расклинивающего давления. Эти данные достаточно убедительно говорят о том, что более или менее надежное представление о распределении пор по размерам обусловленном геометрией твердой фаз» почвы, можво подучить по кривым водоудерживаемостн только в области потенциала гное первого критического.

Рассмотренные данные показывают, что в областях перехода капиллярной вода в вленочво-кациллярную, а последней в пленочно-стыкову» охмечаютоя более или менее резкие изменения в гидравлической проводимости почв и, что эти изменения, до некоторой степени связаны о распределением пор по размерам, обусловленным особенностями структуры твердой фазы почвы. В таблице 4 приведены результаты определения по кривым водоудерживаамостиередккх влажносте а в областях перехода воды из сдвой категории в другую* Эти определения проведены на основании установленных ранее (Воронив, 1981) зависимостей между воэжностями в областях перехода вода в соответствующими вм потенциалами путем проведения прямых иэ точжж аа оси потенциалов равной рР - 2,19, гыягеяо угла наклева которых близок к 0,1 н 0,3 в прямой, тангево угла наклона которой близок к 0,3, во начинающиеся из точки близкой к рР -- 5,2. Сопоставление этих влажноетей с водно-физическими свойствами определенными общепринятыми методами (табл.3) показывает, что они находятся в достаточно хорошем соответствии.

Для определения интервалов влажностей, в которых преоблада-

ет тот или ивой механизм передвижения вода к испаряющей поверхности и для виделения границ ыекду различными категориями вода предпринимались попытки использовать зависимости между скоростью сушки а влажностью почва - кривые сушки (Мельникова и Колясев, 1949) и терыограмм сушки, т.е. зависимостей между разностью температур в образце в в окружацшвм пространстве и временем сушки или влажностью образца (Казанский, 1957; Лыков 1956,1970).

Колясев и Мельникова, 1949; Колясев, 195? нашли, что скорость внснханяя почва убывает не плавно, а имеет характерные участки, указывающие на различные скорости передвижения влаги к испаряющей поверхности. Они обнаружили на кривых сушка три критические точки, связанные с различиями механизмами передвижения вода в почве. В период постоянной скорости сушки происходит капиллярный подток н основная часть порового пространства заполнена водой. Появление первой критической точки указывает ва то, что часть порового пространства заполнена воздухом, произошел разрыв капиллярных связей и началось образование менисков. Передвижение в атих условиях осуществляется от мениска к мениску через пленку при совместном действии менисковых сил и градиентов расклинивающего давления. Вторая критическая точка указывает на уменьшение менисков к передвижение почвенной влаги преимущественно за счет расклинивающего давления. Третью точку они связывают с исчезновением подвижной части пленок и наличием только сольватного слоя, где передвижение осуществляется в парообразной фазе на осаованиа законов диффузии. Колясев (1957) связал первую точку с влажностью замедления роста растений, вторую с влажностью устойчивого завядания и третью с максимальной гигроскопической влажностью.

На рис.2 и 3 приведена ливь часть из подученных наш ва рассмотренной выше автоматической установке кривах сушки а термограмм сушки. Величава влажностей в точках перелома кривах сушки в соответствующе вы скорости сушки всех исследованных почв приведены в таблице 5.

На этих кривых видно, что скорость сушки остается постоянной до определенной влажности почв, равной вапршер, в горизонте 41 чернозема обыкновенного (Каменная степь) - 28,4%, а в горизонте ВХ - 24,5$, в карбонатной почве из Египта равна 13,4. Далее скорость сушки начинает очень медленно понижаться до влажности почвы равной в горизонте ¿1 и 14,6? в горизонте В1

влажность (w) б уг

ММКНОСГЪ (W) Ъ t/t

Рис.2 Кривые сушка (I) я термограммы сушки (2) при 60°С чернозема обыкновенного (Каменная степь): a-rop.AI (20-3Qcm)

ö-rop.BI (50-60см)

влджностк(у^) ь

о,1го -

0,060 -

0.040 -

О.ю .

о.го

0,30

0,<0 0,50 &мжности <») в уг

Рис.3 Кривые сушки (I) и термограшы оушки (2) при 60°С: а - карбонатная почва, гор. Ал (0-30 ом), Египет б - песчаная почва, гор. Ап (0-30 см), Египет

Таблица 5

Влажность почвн (W7,) в точках перелома кривых суахи к соответствущие им скорости сушки, _____дУб/лТ г/аг.фе

Горизонт, |" пё«_ ЭО^С__"" I ¿и в^С

глубина в си | I тру» | д Тотка 1_ Ш тотка I точка ,|м П точка ! В тоука .

____} ^ {^¿т { ^ {¿УАтроу ш У \AWt\ w

Чернозем обыкновенный (Каменная степь)

А1 20-30 29,2 0,026 17,3 0,0245 7,5 0,012 28,4 0,106 17,0 0,096 6,2 0,036

В1 50-60 25,0 0,025 15,0 0,024 6,4 0,010 24,5 0,096 14,6 0,088 6,0 0.026

Чернозем обыкновенный (Тамбовская область)

Ал 0-20 27,0 0,023 16,8 0,0аб 6,7 0,008 27,0 0,066 16,6 0,0615 6,7 0,025

А1 30-40 27,8 0,029 ' 16,0 0,027 6,5 0,009 27,6 0,108 16,0 0,097 6,5 0,020

В1 45-55 24,8 0,021 14,5 0,0195 6,0 0,006 24,7 0,078 14,5 0,072 6,0 0,026

ЕЙ 70-50 24,0 0,025 14,2 0,0235 6,1 0,007 24,1 0,105 14,3 0,098 6,2 0,025

ВС 90-100 21,5 0,0255 14,0 0,0235 5,6 0,006 21,9 0,130 14,1 0,120 5,4 0,026

С 135-145 22,0 0,024 14,3 0,0225 5,8 0,005 21,9 0,125 14,3 0,113 5,6 0,020

Сммо-какановая почва (окрестности г. Волгограда)

Ал 0-25 25,1 0,020 13,7 0,019 4,6 0,005 25,0 0,125 13,7 0,119 4,5 0,030

В1 25-37 13,8 0,0267 13,1 0,0267 4,3 0,010 16,9 0,128 13,0 0,123 4,1 0,035

В2 37-50 22,9 0,0275 13,6 0,0264 5,5 0,006 22,6 0,120 13,8 0,114 4,9 0,034

С1 60-60 21,0 0,0258 12,4 0,0247 5,2- 0,006 21,0 0,125 12,4 0,119 5,1 0,035

С2 80-160 18,0 0,026 10,8 0,0245 4,0 0,006 17,5 0,131 10,5 0,126 4,3 0,030

Карбонатная почва (Египет)

Ал О-ЭО 18,6 0,026 11,9 0,0265 4,0 0,009 18,5 0,130 И #9 0,122 3,8 0,031

Песчаиная почва (Египет)

Ап о-эо » - 6,50 0,017 1,4 0,006 - - 5,8 0,100 1,3 0,016

te

чернозема обыкновенного (Каменная степь) и Н.Э? в карбонатной почве яз Египта. в песчаной почве вз Египта первую точку на кривых сушки обнаружить не удалось в то время как вторая точка четко выделяется ва кривых сушки при 5,8^. При влакяостях ниже влажности отмеченной во второй точке скорость суши резко падает,что и позволяет довольно вадежво определить эту точку* При влажности бххвкой к 6,2% в горизонте II и 6.05С в горизонте BI чернозема (Каменная степь) скорость сушки становится очень медленной, а при влажности близкой к 5,0(2 в горизонте II и 4,2% в горизонте 31 чернозема обыкновенного (Каменная степь) приближается к нулю. Такой характер сушки подтверждается термограммой сушки, позволяющей точнее определить точки перелома на кринах сушки. Это особенно наглядно видно ва примере определения первой критической точки на кривой сушки. В интервале влажноетей до второй критической точки скорость суаки изменяется довольно медленно и точно определить по скорости суаки первую критическую точку довольно трудно. В то же время кривая термограюш в области постоянной суши представлена прямой параллельной осн влажяоегей, которая повышается даже при незначительном понижении скорости сушки. Это обстоятельство в позволяет достаточно точно определить первую точку ва кривой сушки. Далее на термограмме отмечается область постепенного погашения температура, которая опять выходит почти не плато. Область влажяоетей почвы, в которой кривая термограм-мн сушки опять становится почти параллельной оси влажностей, приближается к отмеченным ранее ва кривых сушки влажносхяй 5,OES и 4,22 для горизонтов AI и BI чернозема обыкновенного (Каменная степь). Последние влажности в свою очередь близки к содержанию воды, покрывающему поверхность почвенных частиц монослоем молекул вод» рассчитанным дс БЭТ (Врунвузру, Эмме ту и Теллеру).

Следует отетить, что надежное определение двух последних точек затруднено из-за больших ошибок, вызванных небольшим содержанием волы. Кроне того ва величину влажностей в этих двух точках заметное влияние оказывает температура сушки, в то время как на влажности почва в первой и второй точках перелома температура сушки практически не оказывает влияния.

Результаты исследования показали, что скорость сушки или скорость испарения води из почва при одной и той же темдэрату-ре зависят от состава твердой фаза почва, однако характер этой зависимости неоднозначен и обусловлен, вероятно, прежде всего

Г7

качеством поверхности почвеввих частиц. Сопоставление зтжх влаж-воствй в точках перегона ка кршах сушки (тай л. 5) о влажностши области перехода води вз одно! категории в другу®, определявши!» ва крвввх водоудержвваемоств вочв (та0л.4) показывает, что первая точка перелома входит в область перехода плевочяо-стиковой влаги в плвночно-вапиллярнув в соответствует влаввоств первого критического халидлярно-сорбпвоавого потенциала вода.

Вжакноств почва, соответствующие второй переломно! точке ва крвввх сужхв, ранее на кривых водоударсяваемосгж ве бвлв об-варуженв в, вероятно, связаны с областью перехода вленочно-стяковой вода в плевочво-рыхлосвязавную, обусловливающую почвев-но-фнзвческке условия завядания растений.

Перенос атих влавностей ва кривае зависимости капвллярно-сороционаого потенциала от влаввоств показал. Что они закономерно смекаются в сторону более ввзкнх потенциалов воды по мере утяжеления гранулометрического состава почв в в полулогарифмических координатах лежат ва прямой, тангенс угла наклона, которой к оси важности близок к 1,1 в которая пересекает, ось по-тевциалов ври pF - 2,18. Па рис.1 эта прямая изображена пунктирной лвввай. Отсюда следует, что величина капвлжярио-сорбцио»» вогосотеициала вою. обусловливают го почвеино-фвзвчвсжиа уо-ловвя «""«"» растений ве является одной в той же, равной рР - 4,2 дхх всех почв, а изменяется с изменением гранулометрического состава.

Установленная закономерность позволила дифференцированно, т.е. с учетом гранулометрического состава в структурах особенностей почв, подойти к классификация вода в почвах по подввв-нооти а по доступности растениям установить внтерваля влакностей в которых действует тот или иной механизм переноса вода в почвах, а также уточнить классификацию форм воды в почвах в классификацию пор по функциям.

Предложено ваделвть следующие категории влаги по подвижности: (сы.рко.1)

Легкоподвижвая. в интервале от капдлдярно-сорбционного потенциала Слизкого к нулю до первого критического потенциала — X*

в интервале от -ф^ч до потенциала, обус-аовлвваювего влагу завядания растений ip« - II.

ТВТШДТО^УЯ » в интервале от потенциала ниже \Jjgi - III.

Классификация по доступности (рис.1) почти соответствует классификация по подвижности. Предложено ваделять легкодоступную

смачивающей пленки 'ц/ас - 3, недоступную при потенциалах ниже Ч^сс- 4. ^

Предложено разделить я разработанной ранее А .Д.Ворониным (ХЭШ) дифференцированной классификации форм вода пленочно-стаковую воду на пденочно-ствковую и пленочно-рыхлосвязаниую, а в классификации пор до функциям виде лить в диапазоне резервирующих среднедоступную я труднодоступную воду. Эти уточнения классификация представлена на рис* I. Где: капиллярно-гравитационная - Кг капиллярная - Кд-пленочно-капиллярная -ПК пленочно-стаковая - ПС пленочно-рахлосвязанная - ПСР адсороированная прочносвязаыная АС

Предложены следующие механизмы переноса влаги в почвах: вяпи!г?|я^но-гравитапиошц1й при потенциалах выше "Фмксв потенциала, соответствующего максимальной капиллярно-сороционной вдаго-емкости. капиллярный в интервале потенциалов 0Т^МКсв л°*Фкр1' дленочяо-меяисковыа в интервале потенциалов от*фКр£ до \рвз, комбинирораддыЯ рлагоперено? в интервале от*фвз до

Л{) ас*

паррооравный в интервале потенциалов виже

дорц иньияьтрашм - 1]

пора аэрации - А

пора капилляраопроводящие - К*

поры реэервиотшие средне доступную воду - Ро

по.ра, резерв и ршмпие труднодоступную воду - Рт

поры заня^не нрочнос^язанной водод - П

Результата исследования показали, что кривые суши и термо-граымы сушки можно использовать лишь в качестве вспомогательного средства для определения структурно-функциональных гидрофизических свойств почв, так как с их помощью более или менее надежно определяются лишь области перехода пленочно-капиллярной воды в пленочно-стыковую,а последней в пленочно-стыковую рахлосвязаяную.

ВЫВОДЫ

XI Показано, что влажность почвы в первой точке перелома на кравых. сушки и термограммах сушки находится в хорошем соответствии с влажность» первого Арктического потенциала воды и связана с областью перехода иле но чно-капиллярной воды в пленочно-с типовую.

21 Влажность почве во второй точке перелома на кривых сушки, очевидно, связана с области) перехода пленочво- сты ко вой воды в пленочво-рнхлосвяэаняую, обусловливающую почвенно-фязичео-кие условия влажности завядания растений.

г. Установлено, что капилледво-сорбционные потенциалы воды в области перехода плеяочно-ртхлосвязанной вода в пленочко-сты-новую закономерно смешаются в сторону их более низких величин по мере утяжеления гралулоывгрнческого состава почв и в подуло-гарифшческих координат довольно хорошо ложатся на прямую, пере-, секающуи ось потенциалов в точке, близкой к рР - 2,13, тангенс угла наклона которой к оси влажностей около 1,1.

4. Надежное определение влажностей почва в третьей и четвертой точках переломе на кривых сувкл и терыогршшах сушки затруднено вследствие низкого содержания воды. В третьей точке влажность почва близка к влажнооти адсорбционного слоя, то есть сумке влажносхей по БЭТ и по Фарреру, а в четвертой точке к влажности, покрывающей поверхность почвенных частиц мономолекулярним слоем, рассчитанным по БЭТ.

5. Влажности почвы в первой и второй точках перелома на кривых сувкн не зависят от температуры сушки я отмечаются при почти' одних и тех же влажностях как при сушке при 30°С, так к при 60°С.

6. Показано, что скорость испарения вода из почвы при одной и той же температуре зависит от состава твердой фазы почвы, однако, характер этой зависимости неоднозначен в обусловлен, вероятно, прежде всего, качеством поверхности почвенных чаотиц.

7. Расчет гидравлической проводимости в ненасыщенных водою почвах до формуле, предложенной А.Я-.Вороышвм, ограничивается лишь диапазоном влажноегей больших, чем влажность перехода хда-

ночно-стиковой рыхлосвязанной волн а алеяочно-стаковую, что связано с ваметвым изменением поверхностного натяжения воды при переходе пленочн о-сты ко в ой воды в пленочно-стыковую рыхлосвязан-нув.

3. Расчет распределения пор по размерам по едпвым водо-удерживания почвы дает представление о более или менее реальном распределении пор по размерам только при влакностях выше влажности первого критического потенциала воды.

По материалам дисрертании находятся в печати растите работа:

X* Мустафа Дарвиш Омара, А.Д.Воронин. Характеристика гидрофизических свойств почв по кривым сушки. Вестник Московского университета * I, 1983 г., серия почвоведения.

2, А.Д.Воронив, Мустафа Дарвиш Омара, О.В.Егоров. Термодинамические и кинетические характеристики водно-физичео-вих свойств почв. Почвоведение, 1983 г.

Поди, к печати

Фнз, я. я. Уч.-и.м. я.

Злкм ХбЬО Тир«ж 1зХ>

Иэд-ю Московского увиверситст». Москм, К-9. ул. Герпепа, 5/7. Типография Нэд-еа МГУ. Моста, Ленгоры