Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Теплофизические свойства основных почв Западного Тянь-Шаня

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Теплофизические свойства основных почв Западного Тянь-Шаня"

московская сельскохозяйственная академия

имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи р р £ ^У1АЗИРОВ Михаил Арнольдович

2 5 СЕН 1995

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОСНОВНЫХ ПОЧВ ЗАПАДНОГО ТЯНЬ-ШАНЯ

Специальность 03.00.27 — почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

МОСКВА 1995

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

Научные консультанты: академик Международной академии высшей школы, доктор биологических наук,. профессор А. Д. Воронин; доктор биологических наук, профессор С. В. Макарычев.

Официальные оппоненты: академик РАСХН,' доктор биологических наук, профессор В. И. Кирюшин; доктор биологических наук А. И. .Поздняков; доктор сельскохозяйственных наук П. М. Сапожников.

•Ведущая организация — Институт почвоведения и фотосинтеза РАН.

Защита состоится . . . . 1995 г.

в . <Т . . часов на заседании специализированного совета по защите диссертаций Д 120.35.02 в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, Москва И-550, ул. Тимирязевская, 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева. . — <.-- &

Автореферат разослан . . 'г ./г^./^-К . 1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета — кандидат сельскохозяйственных нау . Л. М. Наумова.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Почвенный климат, в частности, гидротермический режим играет важнейшую роль в земледелии. Формирование температурных полей в почве определяется ее теплофизическими свойствами: теплоемкостью, тепло- и температуропроводностью, которые в свою очередь, являются функциями целого ряда почвенно-физических факторов, таких как влажность, гранулометрический состав, плотность сложения и порозность, содержание органического вещества. Это предопределяет, с одной стороны. неоднородность почв по теплофизическим параметрам, а с другой, большие практические возможности для направленного воздействия на почвенный климат и. тем самым, на процессы почвообразования и условия жизни растений.

В решении задач по рациональному использованию почв, сохранению и повышению их плодородия исследование теплофизических свойств, как элемента климата почв, имеет теоретическое и практическое значение.

Оно усиливается в связи с развитием работ по формированию систем земледелия, адаптированных к ландшафтным и прежде всего к агроклиматическим условиям.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Изучить теплофизические свойства основных почв Западного Тянь-Шаня, закономерности их изменения под влиянием почвен-но-генетических и антропогенных факторов.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

"1. Определить теплофизические параметры генетических горизонтов основных почв Западного Тянь-Шаня и выявить закономерности их изменений в зависимости от гранулометрического состава, плотности, порознос-ти, влажности почв.

2. Установить диапазоны почвенного увлажнения и аэрации, при которых создаются наиболее благоприятные условия для проявления ведущих механизмов теплопереноса, обеспечивающие максимальные значения тепло-и температуропроводности почвы.

3. Выявить закономерности изменения теплофизических параметров под влиянием антропогенной нагрузки.

Разработать принципы качественной оценки и карты районирования почв Западного Тянь-Шаня по их теплофизическим свойствам.

5. Исследовать сезонную динамику теплофизических свойств в профиле почв.

6. Разработать устройства и способы определения теплофизических параметров в полевых условиях.

- г -

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

1. Получены и обобщены экспериментальные данные о теплофизических свойствах основных почв вертикальной зональности Западного Тянь-Шаня, раскрыты особенности проявления их в почвенном профиле и закономерности изменения теплоемкости, тепло- и температуропроводности от гранулометрического состава, физических свойств, влажности и др. Выявлена приуроченность максимальных значений температуропроводности почвенных горизонтов к определенным константам влаго- и воздухосодержания в почве.

2. Получены количественные . соотношения . между основными почвен-но-физическими факторами (влажностью, дисперсностью, содержанием гуму-. са и плотностью) и коэффициентами теплоемкости, тепло- и температуропроводности.

3. Произведена оценка изменений теплофизического состояния почв. Западного Тянь-Шаня при орошении и разработана шкала их бонитета по теплофизическим свойствам.

4. Составлены почвенно-теплофизические карто-схемы. основанные на теплофизических характеристиках при различной влажности.

5. Уточнено уравнение Чудновского зависимости теплопроводности и температуропроводности от влажности.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

1. Зависимости теплофизических параметров от почвенно-физических-Факторов определяются механизмами теплоаккумуляции и теплопередачи в почвенном- профиле. Характеристики их меняются вместе со сменой почв Западного Тянь-Шаня в зависимости от высоты.

2: Теплофизические параметры генетических горизонтов почв позволяют оценивать и прогнозировать изменения их термического состояния под влиянием антропогенного воздействия, разрабатывать приемы и метода управления гидротермическим режимом почвы для оптимизации и повышения ее плодородия.-

3. Разработанные оригинальные,приборы, методы определения теплофизических параметров и созданный банк экспериментальных данных можно использовать для разработки практически ориентированных математических моделей.. .

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. На основе экспериментального исследования теплофизических характеристик почв склонов Западного Тянь-Шаня разработаны карты-схемы распределения их по теплофизическому состоя-, нию. Впервые для этого региона проведена качественная оценка почв по их максимальной температуропроводности.

Установленные закономерности позволяют оценить и прогнозировать характер и степень изменения тепловых свойств и особенностей теплообмена по профилю основных почв Западного Тянь-Шаня при различных режимах увлажнения.

Разработаны и рекомендованы к практическому использованию прибор для определения теплофизических свойств почв в полевых условиях, а также глубинные термометры, которые признаны изобретениями и защищены авторскими свидетельствами и патентами.

Материалы диссертации используются в курсах лекций, читаемых для студентов почвенных факультетов ТашГУ. ТашГАУ, сельскохозяйственных институтов и техникумов, в работах над курсовыми и дипломными проектами, а также нашли свое отражение при разработке земельно-кадастровой' документации в институте "Узгипрозем", при районировании, для рационального и эффективного использования земельных и водных ресурсов. . в институте водных проблем АН РУз. Приборную базу использует институт почвоведения и агрохимии АН РУз.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации докладывались на двух Всесоюзных съездах почвоведов (Ташкент,1985; Новосибирск, 1989), на трех Республиканских научно-практических конференциях (Ташкент, 1984; 1985; Ангрен, 1987), на первом делегатском съезде почвоведов и агрохимиков Узбекистана (Ташкент, 1990) и шестнадцати конференциях всесоюзного, международного уровня и Стран Содружества (Уфа, ' 1985; 1987; 1991: Алма-Ата, 1985; Сыктывкар, 1987; Днепропетровск, 1989; Ташкент, 1990; Минск, 1991; Пущино, 1992; Москва, 1993; 1994; 1995; Барнаул, 1992; 1994; Санкт-Петербург, 1994; Киев. 1995).

Материалы опубликованы в 39 печатных работах, получены два авторских свидетельства и патенты.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация изложена на страниц.

которые включают рисунка и .¿Sj таблиц. Диссертация состоит из

введения, пята глав, выводов и приложения.

Автор считает своим долгом выразить искреннюю благодарность своим учителям.и■коллегам за помощь и подержку-при выполнении иследований и ценные указания и замечания при подготовке рукописи: проф. А.Д.Воронину, проф. С. В.Макарычеву, проф. Е.В.Шеину, проф. И.Т.Турапову, с.н.с. А.К.Губеру, аспиранту A.B.Дембовецкому и другим сотрудникам кафедры физики и мелиорации почв факультета'почвоведения МГУ и ИПА АН РУз.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

Учение о климате почв и о значении теплофизических характеристик было развито многими российскими и зарубежными учеными (Тольский. 1901; Воейков. 1903; Небольсин, 1925; Сумгин. 1937; Радченко, 1940; Колмогоров. 1950; Цейтин. 1953, 1956; Шульгин, 1954; Коровин. 1954; Дмитриев. 1Ö58; Инт.. 1965; Димо. 1948; 1985; Глобус, 1983; Тихонравова, 1985; Герай-заде, 1975; 1988; Чичулин 1988;. Турапов, 1994; Трубецкая, 1985; Макарычев. , 1976; 1993; Patten, 1909; Keen, 1931; Krlcher, Ronalter, 1940; Smith, 1942; Чудновский. 1947,1976; Kersten, 1948; 1949; de Vrl-es. 1950, 1952; Sepaskhan. Boersma, 1957; Wan Wljk, Dersken. 1964; Wl-.erenga. Nellsen. Hagan. 1969; Rao. 1975; Sebarrln ga.1976; Parlkh и др.. 1979). ,'

Существует достаточно большое количество работ.для разных почвен-но-климатических зон, в которых установлены климатические параметры для возделывания сельскохозяйственных растений. В условиях Средней Азии исследования теплофизических свойств имели фрагментарный характер и относились в основном к орошаемой зоне.

Результаты теплофизических исследований почв нередко противоречивы и указывают на ,сложные. зависимости тепловых свойств почв от их плотности, влажности и других генетических и агрофизических свойств.

По имеющимся данным степень изменения теплофизических характеристик почв в зависимости от влажности весьма различна. Так, например, по одним исследованиям температуропроводность почв при увлажнении возрастает лишь на несколько десятков процентов (Герай-Заде, 1970; Исмаилов, 1974; Макарычев. 1980), а по другим в 3-5 раза и более (Ончуков. 1955; Иконникова, 1962). Это обусловлено, очевидно, как различиями в генезисе и свойствах исследуемых почв, так и неодинаковыми условиями массо-обмена в том или ином экспериментальном методе определения теплофизических коэффициентов.

Выявление особенностей и природа взаимосвязей теплофизических параметров со свойствами различных почв представляет большой научный интерес и практическое значение. Только тогда можно будет полностью оценивать влияние агромелиоративных воздействий на теплофизические свойства и режимы почвы.

■ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ Для Западного Тянь-Шаня, характерен следующий вертикальный поясной спектр почв (И.Н.Степанов, 1975).

Низкогорья- типичные и темные сероземы;

Среднегорья - коричневые и бурые горно-лесные почвы;

Высокогорья - горные светло-бурые, бурые и черноземно-видные почвы под субальпийскими лугами и лугостепями.

Схемы почвенного районирования Западного Тянь-Шаня также отражают разнообразие точек зрения на генезис и классификацию почв Средней Азии. В большинстве имеющихся схем (Глазовская, 1949; Мамытов. Ройчен-ко, 1961; Генусов. 1964; Мамытов и др.. 1966) деление проведено в.границах отдельных республик или даже областей, в немногих (Герасимов. 1933; "Розанов, 1958; Шувалов, 1962; Павлов, 1980) - почвенный покров рассматривается в границах естественноисторических регионов. Все авторы считают Западный Тянь-Шань особым почвенно-географическим образова.-нием: в ранге округа (Розанов, 1958) или провинцией (Шувалов. 1962).

В табл. 1. представлены.основные объекты исследования. Следует отметить, что с подъемом количество тепла уменьшается на 0,3-0,5°С на каждые 100 м высоты. Безморозный период продолжается 145-202 дня в году. Количество осадков на каждые 100 м высота возрастает на 30-50 мм. Результаты изучения снежного покрова, влажности, температуры, содержания карбонатов в почве и интенсивности роста растений показывают, что они зависят от экспозиции склонов и высотных отметок. .

Почвообразующими породами, в основном, здесь служат лессы рыхлого сложения. . ■ _

Химические анализы почв, изучение их физических и водно-физических свойств, полевые опыты проводили с использованием принятых в почвоведении и агрохимии методик. .Результаты исследований подвергали математической обработке. Были использованы также данные И. Турапова, характеризующие физико-механические показатели сероземов.

Теплофизические, параметры определяли, полевым прибором (авторского изготовления), в основу которого положен цилиндрический зонд постоянной мощности, это устройство позволяет делать измерения непосредственно на объекте (в полевых условиях) на ненарушенных образцах почвы. С целью автономизации и повышения точности измерений устройство содержит в качестве датчика температуры полупроводниковый диод, подключенный непосредственно к измерителю температур, имеющему цифровую индикацию и блок памяти. При использовании нашего устройства сократилось время проведения теплофизических исследований почвы и повысилась точность измерений. В лабораторных условиях измеряли на образцах с нарушенной и ненарушенной структурой импульсным методом плоского источника тепла. Температуру почвы фиксировали электронным термометром, датчиками которого являлись полупроводниковые бескорпусные диоды.

• С - . Таблица N 1.

Исследованные почвы и краткая'характеристика опытных площадок .

номер разрезов

название почвы

Расположение наблюдательных площадок

высота над¡крутизна ур.моря.м. склонов 'град.6 ;

1

11 Бурые горно-

лесные

101 Бурые горно-

лесные .

1 Коричневая -

карбонатная

.2 Коричневая .

выщелоченная

3 Коричневая

типичная

6 Коричневая

карбонатная

10 Коричневая

карбонатная

116 Коричневая .

выщелоченная

117 Коричневая

карбонатная

118 Коричневая

карбонатная

115 Темный серо-

зем ••-

119 Темный серо-

зем

121 Темный серо-

зем

122 Темный серо-

зем

123 Темный серо^-

зем

124 Темный серо-

зем ■.

125. Темный серо-

зем

126 . Типичный ■

серозем

127 Типичный

серозем

128 Типичный

серозем

Северный склон.хр.Каржан-Тау. (Бостанлыкский р-он).1' Юго-восточный склон Угам-ского хребта.правый приток р.Некем

Юкный склон,хребта Каржан-Гау (Бост&нлыкский.р-он) . Северный склон.хр. Каржан-Тау (Бостанлыкский,р-он) Водораздел, плакор. целина7 (залеж 40лет).хр.Каржан-Тау Южный склон.хр. Каржан-Тау , (Бостанлыкский р-он) ■ Южный склон, наметая, хр. Каржан-Тау (Бостанлыкский р-он Северный склон.(Ахангаран-ское лесничество) Западный склон.(Ахангаран-ское лесничество) , ■ Водораздел.целина,(Ахан-гаранское лесничество) Северный склон.(с-з"Аханга-ран").целина / '■ ■ ' Водораздел. (с-з"Ахангарак), целина '-.'.:•. -Водораздел,(с-з"Ахангаран), богарная пашня Юго-восточный.склон, эродированная почва.(с-з"Аханга-ран"),богарная пашня на шлейфе.намытая, (с-з"Ахан гаран"), богарная пашя Северный склон.богарная -пашня.'

Южный склон,богарная пашня. Водораздел,целина Юго-восточный склон.целина

Водораздел,богарная пашня

2130

2050 , 1350.

1350 ■

ной

1050

1000 .'

1850 ■ 17001900

■ 2000" 900-950

900-950

900-950

500

10

.12 18-20 /

18-20

плоская поверхн. 20 .

16 3027-30

■ 1-2 8-10 ;

плоская поверхн. плоская поверхн.

. 7 ■

1

5-6 5-6.'

' 1 , 16 1

2

- 7 -

продолжение таблицы N 1.

1 —..... " --------- 2 .... 3 4 5

129 Типичный Северный склон.богарная паш 8

серозем ня 12

130 Типичный Верхняя часть юго-западного

серозем склона,эродированная,богар-

ная пашня, (с-з'Таллакудук")

132 Типичный намытая (лощина), богарная — м — 12

серозем пашня. (с-з"Галлакудук") 300

133 Староорошаем Хопковое поле, (к-з"Ленини- ровная

ый.типичный зм"). Янгиюльского р-на поверх-

серозем ность

134 Орошаемая . -

луговая

147 Староороша- Хлопчатник.предгорья юго-за 500

емый типич- падного склонов Каржантау

ный серозем

31 Орошаемая • Хлопковое поле.

сероземно- Букинский р-он

оазисная

35 Орошаемая Хлопковое поле. 300

лугово-боло- Букинский р-он

тная

37 Орошаемая _ » _

болотно-

луговая

50 Светлый Голодная степь,целина

53 серозем

Орошаемая Голодная степь, левый берег

сероземно- р.Сырдарьи,хлопковое поле

'....... луговая (пояс светлых сероземов)

ГЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ ПО ПРОФИЛЮ Полученные результаты исследований представлены на рис. 1 . Коэффициент объемной теплоемкости (Сг) абсолютно сухой карбонатной почвы в гумусовом слое имеет наименьшее значение. Максимальной величины он достигает в слое 40-60 см, а затем убывает, а на глубине 90-110 см и - при переходе к подстилающей породе опять-увеличивается.

Максимальные значения тепло- ш и температуропроводности (а) на глубине 4.0-60 см. В нижележащих горизонтах теплопроводность имеет тенденцию к увеличению, а температуропроводность до 110 см растет, а затем незначительно уменьшается.

'' з - • - ■■■ •.' - . ■

Причина сложных изменений тепловых свойств с глубиной обусловлена прежде всего изменением плотности сложения генетических горизонтов, которая в верхнем'тридцатисантиметровом слое варьирует в пределах от 1.23 до 1,25 г/рм3. а на глубине 40-60 см - достигает 1,54 г/см3. ''

• Увеличение плотности и уменьшение порозности влекут резкий рост, объемной теплоемкости и .значительное падение температуропроводности,1 ; которые по сравнению с верхним 10-сантиметровым слоем на глубине 40-60 см изменяются соответственно в 1.6 и 2,2 раза. ' . . "

1 Характер распределения тепловых свойств в профиле выщелоченного и типичного подтипов коричневой почвы аналогичен выше рассмотренному ., рис. 1. Но в них. имеются и некоторые особенности. . :

В отлйчие от гумусовых горизонтов на глубине 160-180 см количество карбонатов ¿ почвах различных подтипов выравнивается и. как следс-. : твие. ■ объемная'теплоемкость.;тепло- и' температуропроводность оказыва-ртся близкими по величине. Характерной особенностью указанных почвенных разностей является/то, что максимум'; температуропроводности всех . исследованных почв отмечается при влажности, близкой к 15 % .от веса сухой почвы. , что соответствует ВРК. Очевидно, при этой влажности . в , почвенном профиле коричневых почв создаются наилучшие условия , для совместного .'проявления контактного и пародиффузионного механизмов.\тепло-: передачи в почве. 'О-"¿Л-. /ч-V ''V'. .'■"'.?• V

Низкая плотность сложения'верхних гумусированных горизонтов, значительное; выщелачивание обусловило большие величины параметров температуропроводности в абсолютно сухом состоянии. Поскольку гранулометрический состав профиля бурых лесных почв довольно однороден, то он не оказывает' влияний на термические показатели его генетических горизонтов. они являются функцией только плотности. Поэтому минимальные значения температуропроводности оказываются на глубинах с наибольшим уплотнением. .Я':;''-. ' .. • ■ : . Характеризуя профиль бурых горно-лесных почв, нужно отметить, что .; ; высокую способность к тешюнакопленяю имеют ее нижние слоя со'значи-' тельной теплоемкостью, особенно на глубине 50-100 см.

Своеобразное распределение.плотности. порозности к дисперсности в . исследованных целинных сероземах нашли отражение в характере изменений температуропроводности, по профилю. Увеличение плотности сложения почвы . влечет за собой снижение коэффициента температуропроводности. В/однородных по гранулометрическому составу почвах данная характеристика является функцией только плотности. Поэтому в абсолютно сухой почве тем- ■ пературопроводность с глубиной изменяется незначительно, у'"[■ .

, Исследованные профили целинных сероземов в абсолютно сухом состо-. янии довольно однородны и теплофизические свойства изменяются в . преде-

ИдаьяАЯ т1пщнмстио3$% 'щльная тытм«пст> сдельная пплагмкаеЬш:'Ш<

S6J 758 . ICC3 ÎSO 75û~ |МЭ 500 730 1С

/-ПЛОТНОСТЬ CaCfl.%/ платность ш'3^ / СаИ»* рПлотномьНГ'й СаС0,% 10_15 j • О 25 .Ю 1.5 jj _25 1-0 15 ^ 0_15

Я - Т» пипшивпшпг.ть SI Л-Тсплапспиплнпг.тн з-Тспаплвпяпонпкть 51

С/-0ЬЧ)1ННАЯ иплоЕМкость^мП* С/Оьммная теплоемкость,10''^ с^0ьъ1Мн*я ттмкпкаст», Ю"6^

о 03 ГТо о Й г па о o!s j

а-Т£МП1РАГ»Р0ПР0Ё0ДН0СТЬ,Ш5'Т а-Т{МП£РАТ*Г0ПР080ДН01Л^Ш £ а-ТемПЕРАТУРаПРОЗОДНОПк-Ш $

Рис. 1 . Распределение тешю$аэических свойств в профиле горных коричневых почв _ /айс. сухое состояние/ карбонатной - Ï, выщелоченной - И, типичной -111

• V - V. - !0 - '

лах 10-20Ж. '.'■;•'".• ;'"./.-... . .

Антропогенное воздействие привело к изменению. физических парамет-... . ров сероземов,, что сказалось на параметрах теплоаккумуляции и теплопе-' ' редачи. '"■.-,..''.'.- . .-.' '■'. ■ ". <.•'// ;

. Снижение плотности сложения пахотного слоя - обусловило невысокие . значения объемной теплоемкости .исследованных разрезов Темных и типич- ', ных богарных сероземов.- ; , г .

Температуропроводность абсолютно сухих пахотных горизонтов отличается более высокими значениями как в темных, так и в типичных- сероземах (в пределах 0.284-0,323х10"6мг/с). С глубиной температуропровод-'. ность в-., подпахотном уплотненном слое снижается, , а затем, практически , перестает изменяться во всех исследованных профилях. . ..

. При этом на обрабатываемых 'глубинах большее влияние на температуропроводность оказывает падение плотности почвы, увеличение псрозноо-ти. но не утяжеление гранулометрического состава,' подверженного менее .-'■ . значительным изменениям. ' - *.. ..

ч . В то же время воздействие отмеченных факторов на коэффициент теп, лопроводности ; .имеет иной, характер.. .'.Следует отметить, что' в абсолютно сухом, состоянии, теплопроводность болей'тяжелых темных, сероземов оказы-• вае.тся. ниже/ чем типичных,. более лёгких по гранулометрии. .,.';.

'■: ■■;-",.гл-''-.; статистический анализ взаимосвязи ■ .• • '-'■

. \ .. ' '. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКЙХ: КОЭФФИЦИЕНТОВ. И ПОЧВЕННЫХ ФАКТОРОВ ' / , ' .Большой набор определений теалофлзических характеристик и основных свойств почв позволил -изучить' их-- взаимосвязи. В абсолютно. сухом . .соатоянм.;тёплолррводно.йть.'в,:первув-б от,- содержания- ;гу-

■ муса в почве .Ло!мере увлажнения почвы водой <в области от

МГ до ВЗ) наибольшее влияние начинает оказывать плотность почвы.. Наб' ..отдаётся' домйнирувдёе влияние влажности, .'которая/ .как известно,, экспо-.. венциальио определяет теплопроводность. - '--' . -У- . ;'. ' '

.; .При рассмотрении корреляционных -связей ..' теплоемкости и свойств . почвы.необходимо {отметить, " что.определявшее¡влияние из всех свойств .; оказьшает. плотность'почвы;../которая.'обнаруживает высокую лоложительную' корреляцию во всем диапазоне• влажности (r--0.82-0.75). Содержание физической 'глины не-обнаруживает значимого соответствия теплоемкости псч-; 'вы:' ' ;•..,.'-' л ■ ■<' '■'.-.'-,'.-. '■'- .-■•-',".-,'

Корреляция теплоёмкости и содержания гумуса.оказалась отрицатель-, ной во всей области влажности, то есть с увеличением содержания гумуса,' теплоемкость уменьшается. - Коэффициенты корреляции хотя имеют, относительно небольшие значения;''- но.являются. значимыми при уровне доверительной вероятности Р=0.999 (Дмитриев,. 1972). ■•' ■,"' ..

Таблица N0 2. Коэффициенты корреляции теплофизических -параметров с основными почвенными свойствами при различных гидрологических константах

Параметр. ,•

теплопроводность

теплоемкость

температуропроводность

теплопроводность теплоемкость . температуропроводность

теплопроводность 'теплоемкость . температуропроводность

Плотность абс. сух. МГ 0.440 О* 575 0.814 ' 0.781 -0.759 -0.562 Содержание -0.396 0.191 0.039 ; 0.097 -0.464 ' . 0. 132 Содержание -0.625 -0.238 -0:496 -0.452 0.215 ' 0.717

ПОЧВЫ .

ВЗ 0.491 0. 749 -0.637

НВ 0.322 0.746 -0. 435

фИЗ. ГЛИНЫ 0.232 -0.057

0.128 0.129 гумуса -0.208 -0.430 0.704

0.083 -0.127

-0.075 -0.427 0.387

Таблица .N'0 3.

Уравнения регрессионных зависимостей теплофизических свойств ■ от'плотности, почв. (X,). сод. физ. глины аг>. сод. гумуса (Х3)

параметры-

теплопроводность

теплоемко сть-

■Темпера-туропро-водность-

. гидрол. конст.. абс. сухой МГ : ВЗ НВ "абс.-сухой МГ ВЗ ' НВ, абс. сухой МГ . . ВЗ НВ Ч

уравнения

У 0. 594 + 0.125Х1 - 0. 0042Хг - О, 044Х3 У = -1,669 + 1.697Х, + 0,0091Хг + 0,0167Х3 У - -1.422 + 1.563Х, + О, 011Х2 + 0,012Х3 У = 0.203 0.-852Х, - 0.0009Х, + 0.012Х3 .

У - -3.43 + з; 772X1 + О.ООЭХг - 0,042Х3

У = -4,054 + 4.296X5 + 0.014X2 - 0.034Х3

У - -4,295 + 4,495X1 + 0,018Х2 - 0. 034Х3

У = -4, 044 + 5. 059Х1 „ 0. 016Хг - О, 036ХЭ

У = 1,008. - 0Д24Х, - 0,0034Хг - 0.0086Х3

У = 0,662 - 0,202X1 + 0,0004Хг + 0,0412Х3.

У .= 0,832 - 0.296Х! + 0,0003Х2 + 0.0362Х3 У0.902 - 0.307Х;

0.0025Х, + 0,0193Х,

- 12 - ' , -. • -Так как содержание вода в почве оказывает определяющее влияние на температуропроводность/ наибольший по абсолютному"значению коэффициента корреляции температуропроводности и плотности почвы, ; имеет место в, случае абсолютно сухой почвы (г=-0.76). С увеличением влажности.до Н8 уменьшается зависимость температуропроводности от платности почвы,1 '

Содержание физической глины также обнаруживает отрицательную корреляцию с температуропроводностью: В диапазоне .влажности почвы МГ-ВЗ, в области пленочной' влаги содержание гумуса оказывает определяющее влияние на' температуропроводность, коэффициенты корреляции которых, оказались довольно высокими (г около 0.7). По-видимому.это.область . слабого влияния влажности, так как при рассмотрении кривых зависимости температуропроводности /от влажности имеется.участок максимальной температуропроводности,' где с возрастанием влажности от МГ до. ВРК темпе- , ратуропроводность мало изменяется. В этом случае определяющее влияние на температуропроводность, оказывает содержание гумуса; что. возможно, . связано с его влиянием на агрегирование почв и изменение ее плотности..

ЗАВИСИМОСТИ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ ОТ ВЛАЖНОСТИ Увлажнение вносит, определенные коррективы в распределение тепло- , физических' показателей,,, хотя характер их изменений сохраняется. Объемная' теплоемкость при различном вдагосодержании в большинстве ^ разрезов . остается более высокой в горизонте ,А, чей'в "нижележащих в темном, типичном и светлом целинных'; сероземах из-за сильного уплотнения.■ Это -наблюдается- как. при .максимальной гигроскопичности (КГ). . так и при , влажности завядания. (ВЗ)". .влажности разрыва капилляров (ВРК), макси- • мальной молекулярной',влагоемкости -.'(ММВ) и. наименьшей влагремкоста: (НВ).. В этих;разрезах под дерниной, как правило,формируются горизонт с • меньшим теплонакоплёнием.. , V. ■ . • . . '

При всех гидрологических константах коэффициент, тедаературопро- -водности, увеличиваясь.в.слабоуплотненных горизонтах, с .глубиной имеет тенденцию к снижению, или остается практически, неизменным',, достигая своих максимальных'значений в диапазоне -ВЗ ~ ВРК ;в зависимости от/гранулометрического состава исследованных ' профилей.' Так, ..' в типичном и -, темном сероземе ее максимум, отмечен при ВРК, "а..в светлом сероземе он. смещен в сторону влажности завядания, вследствие облегчения; гранулометрического состава. ; .- ■■ ' '.-.■'.',■ ■ , '

■ Во. всем диапазоне, увлажнения (от МГ. до ПВ)' объемная теплоемкость, почв, линейно увеличивается, при .этом в.пахотных. горизонтах она остается минимальной, '-а"в наиболее плотных максимальной. Высокую, степень дифференциации, имеют., в частности, профили темных сероземов; Такая неоднородность .в теплоемкости ведет к формированию в-почвенных . профилях.-

напряженных термических условий. Через малотеплоемкие горизонты тепловой поток проходит практически без задержки, а слои с высокой теплоемкостью способны задерживать значительные теплопотоки. снижая теплообмен в почвенной толще. В этом отношении более благоприятны однородные профили, способствующие равномерному прогреванию'или охлаждению (в зависимости от сезона) отдельных горизонтов.

Теплопроводность сероземов при увлажнении также закономерно уве-■ личивается. При этом характер ее динамики с ростом влажности достаточно близок к закону "насыщения". До определенной степени влагосодержа-ния теплопроводность бистро растет, затем рост ее прекращается. В легком светлом сероземе эта сингулярная точка лежит вблизи 20% почвенного увлажнения. Все эта.графики могут быть.аппроксимированы одним алгебра-• ическим выражением: , Л = г (в - ехр(-(3 и) ; где

г - полная влагоемкость, %;

в - теплопроводность абсолютно сухой почвы, Вт/м К; б - угол наклона начального участка экспоненты, « - влажность. %.

В то же время теплопроводность генетических горизонтов как темных. так и типичных сероземов при увлажнении может значительно отличаться. В этом плане особенно выделяются богарные темные сероземы, в которых минимальной теплопроводностью обладают пахотные гумусовые горизонты. наименее уплотненные и более тяжелые по мехсоставу. С глубиной теплопроводность- почвы при различных гидрологических константах закономерно увеличиваются. При этом наиболее значительные различия отмечаются при высокой степен'и почвенного увлажнения. Так при НВ в этих разрезах в подстилающих горизонтах теплопроводность более чем в два раза отличается от пахотного слоя.

Коэффициенту температуропроводности генетических горизонтов целинных серозёмов Западного Тянь-Шаня, как видно из рис. 2.. присуща наибольшая степень наложения линий на графике. По существу в целинных сероземах зависимость температуропроводности от влажности может быть представлена одной линией (погрешность при этом составит 5-7% в диапазоне МГ - НВ). Таким образом, по скорости изменения температуры в исследованных профилях сероземы близки и не могут быть дифференцированы. Характер зависимости температуропроводности от влажности в данных горизонтах близок к параболической зависимости и может быть выражен фор-иУдай: а=а>™* " „.„)» ; где

амах - максимальная температуропроводность. мг/с: С - константа, равная 10~3; ;

Ь - константа для рассматриваемой совокупности данных, равная 2; V) - влажность, %: ' ■ • • -.

1 I 1

4.1 М и

4 * м ,* • , - и

;н 17 и

* 1 » | 1.1 и Т/'т

М I

• > » К и

Ь » , и

I •

! 1 • • м 1« • ► и 'м и

1 1 1

1 1« И и и » 1.4 и 1.1 V» * • . ■ ■ • . , > г . 1 14 М 1.1 > 1.4 М 1» XI 4 ■

!ШШ1!1) «жШшятпитМ! шпики птмиптаитМ) ~ >4 и с 1»т > ж»« 1111И и |ти ма

-а) " . /," б) . 'V' \ - - . г)

Рис. , 2 . Зависимости; а) объемной теплоемкости, (Дж/м-* К) , б) температуропроводности, (м^/'с), ■ 0)'теплопроводности, (Вт/м К); от влажности (7.) в темном сероземе,, (целина, Р-119). ,

ма шах ~ влажность при максимальной температуропроводности. 55;

Экспериментальные значения температуропроводности горизонтов также близки и лежат в.интервале 0,5-0.6 х 10"6мг/с. Следует подчеркнуть. что.максимумы температуропроводности в легких горизонтах светлого серозема лежат, в пределах ММВ-НВ, в то время как в тяжелых темных и типичных сероземах - в . диапазоне ВЗ-ММВ. Приуроченность максимальных значений температуропроводности к разным в зависимости от гранулометрического состава гидроконстантам определяется характером и степенью обводненности почвенных пор." - ...

В легких сероземах преобладают крупные и средние поры, составляющие до 70% общей порозности, что обусловливает дискретное состояние почвенной влаги. При НВ в них обводнено 40-45% порового пространства, а крупные поры и большая часть средних заняты воздухом. Эти поры обеспечивают вполне благоприятные условия для термодиффузии молекул пара и переноса ими тепла., В таких .почвах пародиффузионный механизм преобладает во всем диапазоне их -естественнй влажности. .

Глинистым сероземам присущи в основном мелкие поры. Увлажнение их до НВ приводит к обводнению практически всей системы мелких и средних пор. а свободные от воды поры оказываются разобщенными и не участвуют в термодиффузии пара. Это уменьшает, температуропроводность сероземов и замедляет рост ее уже при увлажнении до ВЗ. Механизм теплопередачи здесь представлен в основном,кондуктивным переносом. Относительное изменение коэффициента температуропроводности в целинных сероземах не велико и лежит в пределах 40-50%.

ИЗМЕНЕНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ СЕРОЗЕМНОГО ПОЯСА ПОЯ ВЛИЯНИЕМ ДЛИТЕЛЬНОГО ОРОШЕНИЯ

Механический состав исследованных сероземов в основном тяжело- и среднесуглинистый. Они орошались в течении сотен лет. Это привело к изменению свойств почв. Так, количество органического вещества при орошении, как правило, в верхнем горизонте снижается. Содержание ила в пахотном горизонте, как правило, ниже, чем в подпахотном слое. Наибольшая концентрация илистой фракции.в орошаемых почвах отмечается на глубине от 30 до 60 см. Здесь же наибольшее количество глинистых частиц. •

' Другие количества илистой фракции, органического вещества, а также уплотнение" и снижение воздухоемкости отражаются на формировании теплофизических коэффициентов в Профиле орошаемых почв. Многолетнее орошение изменяет теплофизические.свойства почвы. Объемная теплоемкость в результате орошения как правило возрастает, особенно на глубине 30-50 см. чему способствует миграция органических и илистых частиц

- lb -

из верхнего слоя.

В то же время температуропроводность мелиорируемых почв уменьшается. Если в верхнем (30 см) слое ее значения близки к богарным и целинным участкам, то ниже оказываются значительно ниже.. На староорошае-. мых типичных сероземах она падает на 20% -'25%.. На богаре .температуре-, проводность этих слоев практически одинакова, а на целине с .глубиной даже возрастает.

Характерной особенностью исследованных орошаемых почв сероземного, пояса является слабая дифференцированность их горизонтов по .температуропроводности. Одна кривая зависимости температуропроводности .от влаж^-ности по сути накладывается на другую (на орошаемых серо.земно-оазис-ных. лугово-болотных, , сероземно-луговых). Все эти графики могут быть аппроксимированы одной кривой или одним алгебраическим, выражением ■ тем же, что и для целинных сероземов. Максимум температуропроводности отмечается в пределах-влажности почвы 12—16%. что близко к ВРК. :Это явление характерно и для. сибирских черноземов (Макарычев, 1993).

Иную картину,представляют собой графики зависимости теплопроводности от степени почвенного увлажнение'. Каждый генетический горизонт ' орошаемых луговых почв по скорости ; теплопереноса обособлен.i Поэтому , граница между .ними создает своеобразный тепловой барьер, что замедляет теплообмен между почвенными слоями.; При этом наименьшими значениями, теплопроводности /характеризуются орошаемые сер.оземно-о&зисные почвы, но их абсолютные значения довольно близки. Поэтому почвенный ' профиль.; орошаемой сероземно-оазисной; Почвы препятствует' . проникновению тепла слабее,., чем орошаемые лугово-аллювиальные и орошаемые болотно-луговые почвы. " • ■ 'ч ' - г - " ■-•-'.''-.•.'■..

Традиционный режим полива хлопчатника и переполив приводит, в силу большей степени увлажнения всего профиля, к понижению его температуропроводности и повышению теплоёмкости, что обуславливает снижение ■ средних температур почвы в течение вегетации на 200-400°с, это существенно сказывается на теплообеспеченности хлопчатника, которая в этих условиях составляет 3700-4200°, в то время как даже скороспелые сорта требуют для полного цикла развития около 4500°. Этот район является рискованным для хлопковедения. Регулирование этих последствий состоит в использовании, поливных норм путем их уменьшения при одновременном увеличении числа поливов, которые обеспечивали бы оптимальный теплофи-. зический режим орошаемых.почв, направленный на сокращение сроков вегетации и повышение продуктивности сельскохозяйственных культур. Небольшие поливные нормы не дают , возможность охлаждения нижних слоев, - а верхние слои охлаждаются ненадолго. .

- 17 -

РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕПЛО-ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ ЗАПАДНОГО ТЯНЬ-ШАНЯ.

Накопленный банк, данных по теплофизическнм свойствам почв Западного Тянь-Шаня позволил осуществить районирование почв региона по термическим параметрам.

На основании этих данных составлены карто-схемы теплофизических свойств почв при различных условиях увлажнения.

При составлении карто-схемы использовали принципы, разработанные Мамедовым (1978). Макарычевым (19Э2) и другими, которые базовой основой брали почвенную карту. При этом реальные термохарактеристики могут быть определены при помощи данной карты, банка данных и полученных зависимостей теплофизических свойств от влажности и регрессионных зависимостей теплофизических ' свойств от плотности, гумуса и физической глины", имеющихся на данной территории.

На рис. 3. представлена удельная теплоемкость пахотного,слоя почв Западного Тянь-Шаня при абсолютно сухом'- состоянии почвы. На данной карте выделяются' три региона. Наибольшей.удельной теплоемкостью обладают сероземы типичные, .расположенные в зоне древнего орошения, высо-коокультуренные и наиболее плодородные в данном регионе. Но. -учитывая "высокую теплоемкость .'(более 1200 Дж/кг К), относительно "холодные".

Промежуточное положение занимает темные сероземы предгорий и низких гор. "Наименьшую теплоемкость имеют коричневые почвы, преимущественно грубоскелетные и эродированные,- сформированные на склонах различной крутизны средневысоких гор от 1500 до 2500 м над ур. моря. Сюда же относятся (теплоемкость менее 1000 Дж/кг К) и бурые лесные почвы, также грубоскелетные и эродированные, расположенные на склонах различной, крутизны и высокой расчлененности на высоте более-2500 м.

■ На карте температуропроводности данных почв в абсолютно сухом состоянии выделяются преимущественно два района. Зона бурых горно-лесных почв характеризуется высокой скоростью теплоперйноса, в результате хорошо ' и быстро должна прогреваться, но из-за низкой теплоемкости ее теплопроводность достигает лишь значений 0.35-0,40 Вт/м К (рис. 4). Температуропроводность же остальной части региона достаточно однородна и лежит в пределах.0,25 - 0,30х10"6м2/с.

Более контрастную картину представляет распределение теплопроводности почв (рисунок 5). Здесь выделяются четыре области: низкой теплопередачи (0,35-0,40 Вт/м К) - бурне горно-лесные почвы; удовлетворительной (0.45-0,50 Вт/м К) - коричневые почвы, а также луговые и бо-лотно луговые аллювиальные почвы пояса типичных сероземов; средней (0,50-0.55 Вт/м К) - темные сероземы; высокой (более 0.55 Вт/м К) -типичные сероземы. Такое распределение теплопроводности обусловлено

Рис; 3

Карта-схема удельной теплоемкости почв при абс.. сухом состоянии ' /Римски® цифрами обозначена основные районы выделенные ■" при почвенно-географичёском районировании'Ташкент-. СКОЙ обл./

другими термическими показателями (теплоемкостью и температуропроводностью) . которые характеризуют как количество накапливаемого тепла ' так и скорость его распределения. При этом наиболее сильное влияние оказала степень теплоаккумуляции. поскольку-именно по этому показателю почвы Западного Тянь-Шаня.оказались резко дифференцированы, в то время как температуропроводность, их более снивелирована.

Определенный интерес вызывают карты коэффициентов теплопереноса при наименьшей , влагоемкости. Это тем более важно, что исследованные почвы преимущественно орошаемые, ;в-которых поддерживается 8 течение большей части вегетационного периода степень увлажнения, близкая к НВ.

На рис. 6. .показано большое разнообразие почв, характеризующихся тем или иным значением температуропроводности в отличие от абсолютно сухого состояния. Наибольшую скорость термопереносз имеют также менее

Рис. 5 • Карта-схема теплопроводности почв при сухом состоянии /Римскими цифрами обозначены, основные районы выделенные при почвенно-географическом. районировании.Ташкентской области/.

0,35-0.« Вт/и £ 0;*5-0,50 8»/» К 0,50-0.55 Вт/* К 0.65-0,60 Вг/и К

почвы, 'затем, „о'мере

гумусированные. Температдапроваднос^ь^ .Т™*^ 6дасп™ и

карбонатные коричневые почвы Большее пазнообпяч 10 м2/с обладают

абс. сухом состоянии с характер ™ РЗЗИ8 Шче при нв- чем в ности. вызвано тем обет? ЛпГ™ темпеР™провод-, кивает наиболее-динамичные изЕ«ш ПОЧВенное Увлажнение обуслов-есть температуропроводности ИМеНН° СК°Р0СТИ ^рмообмена. то

. Карга-схема температуропроводности почв

при; наименьшей влагоемкости /Римскими цифрами обозначены основные районы выделенные

при почвенно-географическом. . районировании Ташкентской области/

(0.25-0.30).Ю^/о (О.ЗМ.ЗбЫО^/с (0.35-0.40) ДО*6«2/«! (а. 4541.501. Ю^/с

' В то же время увлажнение до "наименьшей -влагоемкости привело к выравниванию .коэффициента теплопроводности, а также•удельной теплоемкости. Все почвы'исследованного региона по этим показателям распределяются на .две. зоны." Причиной таких изменений является, как известно, сочетание. - всего .' комплекса теплофизических'коэффициентов и. прежде всего, теплоемкости 'и - температуропроводности; .(консервативной и динамичной .составляющих теплопотока)'. .В легких "почвах преобладает вторая составляющая, в тяжелых - первая: Преобладание той или иной" и формирут такой обобщенный показатель-теплообмена... как теплопроводность.

. v.".. -,22 -- , '

СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ - : ; -. -КОРИЧНЕВЫХ ПОЧВ/ - - . , / - л . •

Горная,коричневая. карбонатная! почва (риз. 7.).характеризовалась снижением всех теплофизических коэффициентов вплоть до июля, когда влажность в верхнем 10-сантиметровом .слое достигла всего 4.5 %. Уменьшалось содержание влаги и в более глубоких горизонтах.-что ловлекло за, собой падение теплоемкости и теплопроводности, хотя характер изменения , температуропроводности оказался1 сложнее. .'Д гумусовом горизонте в. мае было отмечено.возрастание температуропроводности! В более плотном Иллювиальном горизонте (глубина 40-60 см) этот рост продолжается до июня. а на глубине 90-110 см вплоть до июля. т.е. с глубиной наблюдался "эффект запаздывания" по отношению к коэффивденту температуропровод- ' ности,. что обусловлено наличием его экстремума .на кривых, зависимости: .

, Следует отметить, ,что теплоемкость;и,теплопроводность.гёнетичес^,'- -ких. горизонтов" данных подтипов коричневых почв .в июле оказывается'значительно ниже, чем в мае, в то"время как температуропроводность прак- . тически не изменяется. В этом проявляется характер-зависимости тепло-: физических свойств от влажности: .-линейный для объёмной, теплоемкости. - близкий к,ней для теплопроводности, и совершенно иной 'для -температу- -ропроводности,, когда она имеет максимум'при степени почвенного увлажнения равной 15-17 -JE.', - . " -'_"-■';•.•■,: •' - ■'-. ,

• БОНИТИРОВОЧНАЯ ОЦЕНКА ПОЧВ ЗАПАДНОГО ТЯНЬ-ШАНЯ .' .

ПО ИХ. ТЕПЛОФЙЗИЧЕСКОМУ СОСТОЯНШ) .'' Для классификации почв используем так называемый "Диапазон активной температуропроводности" (ДАТ) (Чичулин, .1988; Макарычев. 1993), то. есть разность температуропроводности при НВ и. ВЗ. По нашему мнению.для' почв Западного Тянь-Шаня целесообразно использование четырех -уровней шкалы отзывчивости температуропроводности на гидромелиорацию." •;":"-. Класс ' Отзывчивость. . «ДАТ . '-"■•':■

I Сверхактивная "' >0,20 х Ю~6м2/с ,' ; .,'

II Активная . 0.20-0,15 , :"'•--,

III - Посредственная , 0.15-0,10 . - ' .

IV Пассивная <0,10 х 10"екг/с ! , , .

К первому классу с максимальной реакцией на увлажнение относятся ' горные коричневые и бурые горно-лесные почвы. Особенно отзывчив верхний (30' см) слой горной коричневой почвы, расположенной на северном . склоне, где ДАТ достигает 0.281хЮ"вм2/с. К груше почв с активной от- ' зывчивостыо принадлежат почвы, содержащие большее количество органики,. ' Сильная отзывчивость термических параметров на увлажнение в', Гор-'

Рис.7. Изменение теплофизических свойств {Су,а,А) и влажности горных коричневых карбонатных почв за вегетационный период

ных бурых 'я коричневых почвах.' не -деградированныхпод воздействием длительного орошения, „позволяет активно управлять термическим режимом в их профиле путем применения малых оросительных.норм с целью ускорения процессов теплопереноса и подготовки таких почв ■. к вегетационному периоду. . .

Равнинные целинные сероземы характеризуются достаточно = высокой, отзывчивостью на увлажнение. Так суглинистые гумусовые.горизонты.темно го и типичного сероземов относятся ко второму классу отзывчивости. . имея ДАТ в пределах (О, 15-0.20)хЮ~6мг/с. В то же время.профиль серозёмов в целом слабее отзывается на орошение и относится к III классу отзывчивости по ДАТ. ' , .

Наиболее слабо на термопараметры влияет влага в'светлом сероземе, как в верхнем горизонте, так,и.в нижележащих.'..При этом ДАТ составляет соответственно 0.074 и'0.065х10~6мг/с, что относит эти почвы к четвертому классу. ...

Богарные сероземы находящиеся, под антропогенным воздействием имеют ДАТ меньший, чем целинные. При этом темные сероземы оказываются несколько активнее типичных. .'•,'.

Орошаемые длительное время почвы имеют минимальный ДАТ и все относятся к четвертому классу отзывчивости, особенно глинистые разновидности лугова-аллювиальные и болотно-луговые. в которых ДАТ снижается до 0.028хЮ'6м2 /с. Слитые и уплотненные почвы и горизонты относят к четвертому классу: коэффициенты теплопередачи их горизонтов изменяются слабо. Это не дает возможности для активного управления теплофизичес-, ким состоянием их профилей. В результате частично деградированные орошаемые почвы, как правило, "холодные", слабо прогреваемые. На.них период вегетации удлинен и созревание хлопка задерживается. . . ..

Основываясь на знании теплофизических коэффициентов почв Западного Тянь-Шаня, и прежде всего, максимальной температуропроводности, проведем бонитировочную оценку их по способности передавать тепло, поступающее на поверхность нижележащим горизонтам, т.е. по способности их к прогреванию после зимнего периода, что определяет сроки , сева. В табл. 4. представлена средняя для почвенного профиля максимальная тем-, пературопроводность, приходящая на диапазон увлажнения НВ-ВРК. т.е. на. наиболее оптимальный режим влажности. .

Принимая за бонитировочный стандарт профиль среднесуглинистой бурой горно-лесной почвы, как наиболее благоприятный для тепломассообмена и характеризующийся наибольшей средней температуропроводностью и взяв его за 100, определим баллы почв Западного Тянь-Шаня.

Из табл. 4. видно, что наилучшим образом отвечают на возможную' гидромелиорацию и обеспечивают высокую степень теплообмена в почвенном

..-'"'' - , ' - 25 -

профиле бурые горно-лесные почвы. Несколько ниже по своим термическим , качествам горные коричневые почвы, в которых средняя температуропроводность составляет о, 587х10~вмг/с, а балд бонитета равен 90.

'Равнинные сероземные почвы имеют меньшую температуропроводность и . балл бонитета (теплофизического). который лежит в пределах 80-81 для целинных темных и "типичных,сероземов.

Таблица 4.

максимальная температуропроводность, х30"6мг/с и балл '....- теплофизического бонитета почв Западного Тянь-Шаня ... Название почвы •:'-•".•" Максимальная • Балл

; . ' - ---; ; ;Температуропроводность бонитета ■ Бурые горно-лесные , 0,654 , , - , 100

Горное- коричневые ... ■ 0.587 ... 90

Сероземы темные, целинные 0,522 - ' . 80

•-' Сероземы'типичные,-'целинные ."-•..' 0,531 81

. Сероземы светлые,'.'целинные У 0,499 76

Сероземы темные, богара 0.513 78

':';■•".. Сероземы типичные, богара 0,518 . 79

.■.Серозёмы типичные, орошаемые и луговые ..орошаемые ; ■•■■ 0,502 , 76-77

, •. Переуплотнение почвы вследствие переполивов снижает как абсолютные значения температуропроводности (скорости распространения тепла), так и.тепйофизический бонитет, который в богарных сероземах составляет ■ 78-79 как .в темных, так и в типичных, -что ниже, чем в целинных.

." Длительные гидромелиорации значительнее сказываются на коэффициентах, переноса, снижая .температуропроводность-до 0,5х10~6м2/с. а бонитет До .76 в орошаемых сероземах и сероземно-луговых почвах.

; ..Таким образом f антропогенное воздействие, как правило, изменяет теплофизическое. состояние почв. Естественно такие изменения требуют йрименёния различных", агротехнических' приемов, иЗ&'еняющих физические свойства почв,. использованием оптимальных, оросительных норм, направленных не только на'поддержание.--.йо й улучшение термического бонитета . и максимальное усвоение, лучистой энергии, направленной на сокращение вегетационного периода теплолюбивых сельскохозяйственных культур. . .. " ' На базе этих схем' и разработанных нами многофункциональных мате' матическйх моделей коэффициентов тепло- й температуропроводности можно •прогнозировать. ' ' теплофизические характеристики при соответствующих ; влажностях. плотностях и гранулометрическом составе.

Проведенные исследования позволили, внести коррективы в рекомендации практического характера." Высокая теплоемкость (более 1200 Дж/кг К) и'средняя .теплопроводность (45-50 Вт/и К) обуславливают средним

(0.30х10"6м2/с) температуропроводность- и, не обеспечивают достаточного количества тепла для вызревания хлопчатника, имеющего большой вегетационный период.. Однако этого тепла 'достаточно для вызревания плодоовощных культур. это дает основания для рекомендаций сокращения посевов хлопчатника в районе Чирчик-Ангренского бассейна .и расширение за счет 'его площадей плодоовощных культур.

При их возделывании необходимо учитывать особенности температурного режима, связанного с экспозицией склонов и тепловымисвойствами почв одновременно. Почвы развитые на северных склонах помимо дефицита тепла из-за пониженного прихода радиации характеризуются высокой объемной теплоемкостью и низкой температуропроводностью, что ухудшает условия теплообеспеченности сельскохозяйственных культур в такой мере, что возделывание косточковых плодовых культур становится здесь рискованным. Их следует размещать на южных склонах, в отличие от. семечковых, для которых предпочтительны северные"склоны.

ВЫВОДЫ ..'•...

1. Среди зональных почв Западного Тянь-Шаня наиболее распространены в'горах бурые горно-лесные и коричневые, на равнине сероземы темные, типичные, светлые целинные, богарные и орошаемые. "

В бурых горно-лесных почвах уменьшается температуропроводность, растет теплоемкость и теплопроводность от поверхностных горизонтов к горизонту С. Достаточно быстро минуя верхний (50 см).. горизонт. Тепло аккумулируется в гор. В и С. ••

Теплофизические параметры коричневых почв имеют экстремумы в профиле: на глубине 40-60 см резкий рост теплоемкости и уменьшение температуропроводности в 1,6 и 2,2 раза по сравнению с поверхностными слоями вследствие увеличения плотности почвы от 1,23-1,25 до 1,54 г/смз;,

В сероземах теплоаккумуляция изменяется с глубиной, .'что связан« с плотностью сложения в генетических горизонтах. Теплофизическш: свойства в профиле светлого серозема заметно дифференцированы; исследованные профили целинных сероземов довольно однородны.- и теплофизик ческие свойства изменяются в пределах 10-20%. В темных сероземах объемная теплоемкость имеет ярко выраженный максимум на глубинах 1.00-155 см в силу повышенной плотности. ... '",".""-'.

2. Снижение, плотности.сложения пахотного слоя обусловило невысокие значения объемной теплоемкости исследованных разрезов, темных и типичных богарных сероземов и орошаемых почв." В абсолютно сухом состоянии плотность верхнего 20-см слоя составляет.1,17-1,20 гУсм3 и теплоемкость не превышает 1.486x106 Дж/м3К (Р-123), а в ряде других профиле!

: варьирует от ,0.833 до 1,405хЮ6Дж/м3К. На обрабатываемых глубинах' н;

- • 27 -

температуропроводность влияет падение плотности сложения, увеличение порозности. но. не утяжеление гранулометрического состава, подверженного менее значительным изменениям. ' .

3. Максимум температуропроводности всех подтипов коричневых почв и сероземов легкосуглинистых отмечается при влажности, близкой к НВ. При этой влажности в почвенном профиле коричневых почв создаются, наилучшие условия для совместного проявления контактного и пародиффузион-ного механизмов теплопередачи в почве, так как при НВ в них обводнено 40-45% порового пространства, , а крупные поры и- большая часть средних заняты воздухом.' Эти поры обеспечивают вполне благоприятные условия для термодиффузии молекул пара и переноса.ими тепла. Увлажнение глинистых сероземов до НВ приводит к'обводнению практически всей. ■ системы мелких и средних пор, а малое количество.свободных от воды крупных пор оказывается разобщенным и не участвует в "термодиффузии пара: Это уменьшает температуропроводность серозёмов и замедляет рост ее уже при увлажнении до ВЗ. ..Механизм теплопередачи'здейь-представлен в основном ■кондуктивным переносом энергии. Относительное изменение коэффициента температуропроводности'в сероземах/невелико и лежит в.Пределах, 40-50Ж.

4. Во всех генетических горизонтах коричневых почв объемная теплоемкость при увлажнении увеличивается,, причем,, чем выше плотность, тем быстрее: Наиболее существенно.изменяются теплофизические характеристики верхних высокопористых горизонтов, 'В"данных коричневых почвах' по теплофизическим характеристикам выделяется.: иллювиальный наиболее, плотный горизонт. .. .'.'. ''.''-. ■'.';"'■"" '■' ,:'.■

.5, Максимальные значения температуропроводности и точки резкого перегиба кривой теплопроводности от влажности в тяжелосуглинистых,- го-, ризонтах исследованных почв отмечены при влажности завядания,. в то время как в среднесуглинйстых горизонтах отмечаются при ВРК,'.' .

■ в. Высокодостоверные уравнения связи- теплофизиче'ских характеристик с основными свойствами изученных .почв (плотности-, содержания физи-. ческой глины и гумуса) при различной влажности получены на большом (120 образцов) фактическом материале.- Эти регрессионные уравнения могут. использоваться для: прогноза теплофиз'ических'.характеристик и уточнения карто^схем теплофизических свойств почв Западного Тянь-Шаня.

7. зависимости теплопроводности от влажности почв аппроксимируется экспотенциальной кривой., в которой коэффициенты определяются генетическими свойствами почв... Уточнено уравнение Чудновского зависимости теплопроводности и температуропроводности от влажности.

'8. Разработанные многофункциональные математические модели коэффициентов тепло- и температуропроводности предлагается использовать в практической деятельности для осуществления экологического мониторинга

за теплофизическим состоянием деятельного слоя. Применение в агрономических целях полученных нами зависимостей дает возможность прогнозиро- . вать результаты воздействия на почву различных агроприемов, и, тем са-. мым. спорсобствовать рациональному природопользованию. •

9. Активное, хотя и неодинаковое в зависимости от культуры, воздействие на тепловые свойства пахотного слоя почвы оказывает корневая система сельскохозяйственных культур. Так корневая, система пшеницы и . люцерны повышает теплоемкость и теплопроводность почвы. .но уменьшает ее температуропроводность. Корни кукурузы, вследствие разрыхляющего действия на почву, наоборот, увеличивают ее температуропроводность и уменьшают теплоемкость и теплопроводность.

10. Теплоемкость и теплопроводность генетических горизонтов • ко- • ричневых почв в июле оказывается значительно ниже, чем в мае, вследствие уменьшения влажности, почвы, в то. время как температуропроводность практически не изменяется.

11. Почвенно-теплофизические карто-схемы.. основанные на теплофи-зических характеристиках при различной влажности, рекомендуется использовать для рационального и научно-обоснованного водопользования, ■ что крайне важно в засушливых регионах. -Выработка оптимальных норм с учетом водно-тепловых иелиораций будет способствовать сохранению водных ресурсов, повышению почвенного плодородия и урожайности сельскохо- ; зяйственных культур.

12.Орошение, увладняя почву, меняет ее теплофизические свойства в соответствии с предложенными выше уравнениями. При изменении структуры почв и при вносе ирригационных наносов формируется новый поверхностный, слой с новыми теплофизическими свойствами..

13. Многолетнее орошение приводит к изменению физико-механических. водно-физических, воздушных и теплофизических параметров. Чем длительнее воздействие гйдромелиораций, тем значительнее его изменение. в почвах, характеризующихся высокими значениями теплоемкости,орошение вызывает задержку в прогревании их профиля. В результате этого эти почвы становятся "холодными".

Быстрое прогревание таких длительно орошаемых "холодных" почв может быть обеспечено уменьшением поливных норм с одновременным увеличением количества поливов. ■■"•.■'

14. Разработана банитировочная оценка почв Западного Тянь-Шаня по их способности к весеннему прогреванию, что является определяющим для проведения сева. Наиболее высокая степень теплообмена отмечена в поч- ■ венном профиле бурых лесных почв, более низкий бонитет имеют коричне-

■ вые почвы. Равнинные сероземные почвы ймеют меньшие температуропроводность и балл теплофизического бонитета, который лежит в пределах

80-81% для целинных темных и типичных сероземов, а в светлых сероземах балл минимален (до 76%).

Сельскохозяйственное использование снижает теплофизический бонитет, нивелирует различия в исследованных типах почв, составляя 78-79% как в темных, так и в типичных богарных сероземах и 76-77% - в орошаемых исследованных почвах.

15. Предложенные методы исследования дают непрерывную и комплексную оценку состояния почвенного климата. Они могут быть использованы для получения банка данных при создании оперативных и прогнозных ми делей.

16. Экспериментальные исследования теплофизического состояния почв в естественных условиях стали возможны с помощью разработанных нами приборов для измерения теплофизических коэффициентов почвы и почвенного электротермометра, внедренных в ИПА АН РУз и ряде хозяйств Республики Узбекистан.

Зонды полевого прибора практически не нарушают естественного сложения генетических горизонтов, позволяют одновременно измерять тепло-физические коэффициенты во многих точках почвенного профиля с высокой степенью точности. Почвенный электрогермометр может измерять-температуру как верхнего 20-та см слоя почвы, так и нижележащих горизонтов до глубины три и более метра с точностью 0,1°С. При его возможном массовом изготовлении он может быть широко использован в метеорологии и сельскохозяйственном производстве.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Мазиров М.А. Влагообеспеченность поля под кукурузой на луговых сазовых почвах// Тезисы докладов республиканской школы молодых ученых. Ташкент. 1984. С. 10-13.

2. Мазиров М.А., Абдуллаев А.Х. Использование тензиометров в хлопковом комллексе//Тезисы докладов, юбилейной научной конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 60-летию ЖСМ УзССР, часть 3, Ташкент, 1985. С. 20-21.

3. Мазиров М.А. Набиханова Д. К вопросу о почвенных условиях горных садов Западного Тянь-Шаня// В кн.:"Изучение, охрана и рациональное использоване природных ресурсов". Уфа, 1985. С. 73.

4. Мазиров М.А. Почвенные условия горных коричневых лочв под садами и виноградниками// В кн.: "Проблемы интенсификации земледелия в Казахстане". Алма-Ата. 1985. С. 73-74.

5. Атаханов Н.. Султанов А.. Турапов И.,' Мазиров М.А.. и др. Водный. режим некоторых.почв Узбекистана// Тезисы докладов VII делегатского съезда ВОП. ч. 1. Ташкент. 1985. С. 55.

6. Мазиров М.А.. Злобина Л.И. Магнитная восприимчивость горных коричневых почв Западного Тянь-Шаня// В кн.: "Эрозия почв и научные основы борьбы с ней". Сб. трудов ЙПА АН УзССР. вып. 29, Ташкент, 1986. С. 73-78.

7. Мазиров H.A.. Набиханова Д.. Вахитов А. Экологические особенности почвенно-климатических условий горного садоводства Ташкентской области// Тезисы докладов Межвузовской научно-практической конференции производительные силы Ташкентского экономического района". Ташкент-Ангрен, 1987. С. 186-188.

8. Мазиров 'М.А. Почеенно-климатический режим и его влияние на формирование различных горых биогеоценозов// В кн.:"Влияние гидрологического режима на структуру и функционирование биогеоценозов"'. Сыктывкар. 1987. С. 165-166.

9. Мазиров М.А. Динамика теплофизических свойств горных коричневых почв// В кн.: "Изучение, охрана и рациональное использование природных ресурсов". Уфа. 1987. С. 77.

10. Мазиров М.А. Изменение теплофизических характеристик горных коричневых почв в зависимости от влажности// В кн.: "Агрофизические свойства и пути оптимизации в условиях орошаемого земледелия". Сб. трудов ИПА АН УзССР, вып. 32. Ташкент, 1987. С. 106-111.

11. Вадюнина А.Ф.,' Абдуллаев АЛ.. Мазиров М.А. Влияние температуры на давление почвенной влаги// В кн.: "Агрофизические свойства и пути оптимизации в условиях орошаемого земледелия". Сборник трудов ИПА АН УзССР, вып. 32. Ташкент. 1987. С. 34-39.

12. Мазиров М.А. Теплофизические свойства и водный режим горных коричневых почв под плодовыми насаждениями// Автореф. дисс. на соиск. уч. степени канд. с.-х. наук. Ташкент, 1988. 26 С.

13. Мазиров М.А. Влагообеспеченнооть горных коричневых почв под плодовыми насаждениями// Тезисы докладов 8 делегатского съезда Всесоюзного общества почвоведов , кн: 1, Новосибирск. 1989. С. 51.

14. Мадраимов Н.. Турапов И., Абдуллаев А., Мазиров М.А. Основные параметры модели климата орошаемых почв// Тезисы докладов 8 делегатского съезда ВОП, кн,1, Новосибирск. 1989. С. 106.

15. Мазиров М.А.,' Турапов И. и др. Комплексная оценка влагообес-печеннооти хлопкового поля// В кн: "Биологические, экономические i экологические основы нормирования водопользования в орошаемом земледелии". Днепропетровск, 1989. С. 53-54.

16. Мазиров М.А.. Турапов И. Распределение теплофизических свойств в профиле горных коричневых почв//' В кн.: "Опустынивание, засоление, эрозия почв и пути их предотвращения". Сборик трудов ИПА АН УзССР вып. 35, Ташкент, 1989, с. 111-115.

17. Абдуллаев А.Х.. Мазиров М.А. и др. Теплофизические свойства некоторых орошаемых почв Ташкентской области// Сб. тез. докл. 1-го съезда почвоведов Узбекистана. Ташкент, 1990, С. 62-63.

18. Наркулов М., Абдуллаев А., Мазиров М.А. и др. Агрофизические свойства основных почв Ташкентского оазиса// В кн.:"Проблемы повышения плодородия почв в условиях интенсивного земледелия". Сб. докладов Всесоюзной конф. молодых ученых и специалистов. Ташкент, 1990. С. 25.

19. Шеин Е. В., Турапов И., Абдуллаев А.. Мазиров М.А. Основные направления оптимизации физических свойств и режимов почв Узбекской ССР// Сб. тезисов докладов 1 делегатского съезда почвоведов Узбекистана, .Ташкент, 1990, С. 71-72.

20. Макарычев С. В.. Мазиров М. А. и др. О совершенствовании импульсного метода определения теплофизических характеристик почв// Сб. докладов 1 делегатского съезда почвоведев Узбекистана, Ташкент, 1990, С, 54. : .

21. Турсунов Л.. Турапов И., Абдуллаев А., Мазиров М.А. Современное состояние изученности физических свойств почв Узбекисана и перспективы их развития// Доклады 1 делегатского съезда почвоведов Узбекистана, Ташкент, 1990, С. 10-27.

22. Мазиров М.А. 7 Распределение теплофизических свойств в профиле горных коричневых карбонатных почв// В кн.: "Проблемы повышения плодородия почв в условиях интенсивного земледелия". Сб. докладов Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 70-летаю ИПА АН УзССР, Ташкент. 1990.- С. 23.

23. Мазиров М.А. Антропогенное воздействие на плодородие горных коричневых почв Западного Тянь-Шаня// Тезисы докладов XII1 молодежной научно-практической конференции. Уфа, 1991. С. 75.

24. Мазиров М.А., Турапов И. и др. Статистический анализ некоторых почвенных эколого-климатических факторов// В кн.: "Экологические проблемы использования почвенных ресурсов и повышения их производительной способности". Минск, 1991, С. 71-73.

25. Мазиров М.А. Экологические особенности почвенно-климатических условий.плодовых насаждений Западного Тянь-Шаня// В кн.:"Физика почв и проблемы экологии". Доклады конференции стран содружества, Пущино. 1992. С. 69-70.

26. Мазиров М.А.. Турапов И. Теплофизические свойства светлых сероземов Зеравшанской долины// В кн.:,"Физика почв и проблемы экологии". Доклады.конференции стран содружество, Пущино. 1992.' С. 70-71.

,27. Макарычев С.В,, Сазонов И. Е.. Мазиров М!А. Использование ЭВМ в. теплофизических исследованиях почв Юго-Западной Сибири// В кн.: "Применение математических методов и ЭВМ в почвоведении. ' агрохимии и зем-

леделии". Барнаул. 1992, С. 75.

28. Мазиров М.А. Оптимизация тепло- и воднофизических свойств орошаемых почв// В кн.:"Современные проблемы экологии и почвоведения". Тезисы докладов школы семинара молодых ученых ф-та почвоведения МГУ. Москва. 1993. С. 51.

29. Мазиров М.А., Очилов К.. Турапов И. К вопросу о температурном режиме сероземно-оазисных почв при мульчировании// В кн.: "Современные проблемы экологии и почвоведения", Москва. 1993. С.52-53.

30. Мазиров М.А. Плодородие почв южного склона хребта Каржан-Тау под антропогенным воздейстйием// В кн.: "Современные проблемы почвоведения и экологии". Тезисы докладов конференции молодых ученых, Москва. 1994. С. 19-20.

31. Мазиров М.А.. Макарычев C.B. Математические'модели для определения коэффициентов теплопередачи в почвах// В кн.: "Современные проблемы почвоведения и экологии". Москва. 1994. С. 74.

. 32. Мазиров М.А., Макарычев C.B. Теплофизические коэффициенты почв и факторы, их определяющие// В кн.: "Физика твердого тела". Барнаул. 1994. С. 36-37. ■

33. Камилов Б., Турапов И., Мазиров М.А. Теплофизические свойства и их влияние на плодородие орошаемых почв// В кн. : "Современные проблемы почвоведения и экологии, Москва, 1994, С. 121-122.

34. Турапов И., Макарычев C.B., Мазиров М.А. и др. "Почвенный электротермометр" M IH DP 9300183.1 (2412) приоритет 03.06.93. Предварительные патенты РУз. Патент .

35. Турапов И., Макарычев C.B.. Мазиров М.А. "Устройства для измерения тепло и температуропроводности почв", N IH DP 93000191.1 (2416) приоритет 03.06.93 предварительные патенты АН РУз. Патент.

36. Мазиров М.А.. Макарычев C.B. Влияние агрофизических факторов на теплофизические характеристики почвы// В кн.: "Вопросы агрофизики при воспроизводстве плодородия почв". Тезисы докладов Всероссийской конференции, Санкт-Петербург. 1994. С. 18-19.

37. Мазиров М.А.. Макарычев C.B. Метод определения кондуктивной и пародиффузионной составляющих теплопереноса во влажных почвах. "Вестник Московского Университета", Почвоведение. 1995.

38. Мазиров М.А. 0птим1зация теплофизичних особливостей 1 вояого-забезпечення зрошувальник земель// В кн.: "Шляхи раЩонального вико-ристання земельних ресурс1в", Тези допов1дей М1жнародн1 науково-прак-тично1 конференцИ молодих вчених 1 спец1ал!ст1в, Чабани, 1995. С. 73.

39. Мазиров М.А. Комплексная оценка орошаемых почв// Доклады Меж-дунароной конференции по фунаментальным наукам "Ленинские горы-95". Москва. 1995. С. 95.