Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ НАГРУЗКИ НА КАПИЛЛЯРНО-СОРБЦИОННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ВОДЫ В НАБУХАЮЩИХ ПОЧВАХ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ НАГРУЗКИ НА КАПИЛЛЯРНО-СОРБЦИОННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ВОДЫ В НАБУХАЮЩИХ ПОЧВАХ"

Факультет Почвоведения

На правах рукописи

АБДЕЯЬ ЦОНВЙМ МОХ ДМ Щ Ш1 АЫКР

ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ НАГРУЗКИ НА КАШЛЛЯРНО--СОРБЦИОННЬШ ПОТЕНЦИАЛ ВОДЫ В НАБУХАЩИХ

ПОЧВАХ

Специальность Об.01.03 - почвоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА»1982

'Jfe ? é

•V

Работа выполнена не кафедре физики и мелиорации почв факультета Дочвозвденяя ^ооновского Государственного Университета имени М.В.Лоноаосова.

Научный, руководитель: доктор биологических наук, доцект

¿.Д. боровик

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

Занята состоится " ІУ " тэ&г г. в І6 час.

на заседайли спе циалиэироваиного Ученого Совета по почвоведению в ЦІЇ ми М.В. Ломоносова в ауд. ¡1-2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета Почвоведения

Приглашаем Бас принять участие в обсуждении диссертации на заседании специализированного Ученого Совета по почвоведе ии в в lio скоб окон университете, а отзывы на автореферат в 2-х экземплярах просим направлять по адресу: ІІ7234, Носила, £-234, Ленинские горы, ЖУ, факультет Почвоведения, Ученый Совет.

старше научные сотрудник Т.А. Соколова,

кандидат биологических наук, старший научныб сотрудник

г.Д.Снадабан

Ведущее учреждение: Почвенный институт имени В.В. Докучаева.

Автореферат разослан "J> У " ¿І^уЗ&^гЛ. j$8Z г

Ученый секретарь Совета

доцент 4 И.П.Бабьава.

Актуальность темы. В настоящее время широкое распростраае-ниУ в физике почв получал термодинамический метод исследования поведения воды в почвв к оценки основных структурно-®нкцио- : нальных гидрофизических свойств почв j ВЫit Frtesel, i960*, Не раин, Чудновский, 1967,19? 5 *, Судницан,1966,:1Э?Э',ГЕОбус, 19ёЭ; Мичурин,19?5; Воронин ,1966,1980/. •

Одно из основных мост в этом.методе исследования занимает зависимость капаллярко-сорбцаовного сотенаиала вода от влах -ностядочвы, поскольку ош не только определяет скорость и 1 направление перемещения вода в почвах, вой тесно связава со стдектурой :твердой фазы почвы и основными ctpjktjphq-$j национальным» физическими свойствами почв / Воронин,i960/. е\ ^ ..Однако в ваСухаизих почвах эта зависимость осложняется воздействием на напидляряо-сорСдиониый потенциал воды механического давления, оказываемого ваданный объем почвы вывела- .' жащимн сдоями иди возникаете го в результате противодействия -вабуханв» окру жа щей образец стенки контейнера*-в котором помещен образец. Это должно приводить к искажению величин -капшшярно-сорбционного потенциала воды.

- Характер и степень влияния давленад нагрузки на капилляр-но-сорбциокный потенциал води остается до 'настоящего времени неисследованными» '

Шдь исследования состояла в том, чтобы научить закономерности влияния давления нагрузки на касидлярно-сорбционшй . потенциал воды в почве и на их основе уточнить методику расчета основных агрофизических и почвенно-мелиоратиквых характеристик почвы по кривым водоудерживаемости, характеризующим зависимость капиддярно-сорбционного потенциала от влажности

почвы . " " ' "

Основные задачи исследования состояли в том, чтобы изучить влияние давления нагрузки на кашллярно-сорбцио шшй потенциал вода в.почве: ■'„*.. -■■'.■'

; I - в зависимости от величины приложенного давления,, которое не превышало величины давления полутораметровой водонасыщенной толща почвы, то есть приблизительно соответствовало давлениям, встречатаимся'в естественных условиях; -г >. - 2 - в.зависимости от влажности почвы;

:/-/39=Г

Цеутр. KiïHbSi Ся'гглга

шд

г

3 - в зависимости от состава u структуры твердой фаэы^ - -;'.. почвы /прежде всего в зависимо et и ох грану номе трического 'ими-.-.-паралогического составов, удельной поверхности, состава вогло-цанных катионов, то есть от тех факторов, которые определяю / ■ набухание и усадку почв/. ч ^

Научная иовизва^аботы. Впервые установлено, чю капилляр-; но-сорбцвонныВ потенциал вода в почве прямолинейно .возрастает v с увеличение« давления вагруака на почв;» С уменьшением влажности почвы влияние давления нагрузки на кашшщрно-сорбциов-ный вотеяцяаа води понижается я ври вла«костяк близких к волевой златоемкоетя оно становится практически неааметвы*., Пока- ; j Ç эано, что коэффициент сжимаемости на зависит от величишпри-, лоханного давления я обусловлен только структурой, составом я . свойствами исследованных почв. Предложены формулы определения . < коэффициента сжимаемости на основании дегноопределявмых почвенных параметров /влажность насыдевия почвы, волевая влаго-емкость/. ■.*.'.

Практическая, данность работа состоит в том, что paspado-тана методика определения коэффициента сжимаемости почвы, возводящего уточнять зависимость капиллярно-сорбционного потенциала вода ох влажности в набухааддх почвах я рассчитать ао ' кривым, характеризующим ату зависимость, основные структурно-функциональные гидрофизические л механические свойства почв, ямещие важное значение ддяях агрофиаяческоЯ и сочвенво-ме-лнорагивкой характеристика. ч

Аддобаяая работы. Результаты исследования докладывались : аа васеда няяг кафедры физики .и мелиорация почв. Работа pao-смотрена в рекомендована к эадяте на заседании кафедры физики /у . а мелиорация аочв. ■■'.''...'-

Шбдякааяи. По теме диссертации опубликована I статья я -1стагья находится в печати. . - ;

Объем диссур^ция. Диссертация СОСТОЯТ ИЗ введевяя, пяти у глав я выводов. Содержит iCé страниц машинописного текста, Uff***? ; У/ рисунков. У/ таблиц. Список литература включает ра-' • ,бот, s тон числе 56 иностранных языках. " ' у"

СОДЕРЖАНИЕ РАБ0ХЬ1> ; . '

- ' ' * I

Гаага I. '

Обзор ■ литера^? ры * ' '

Рассмотрено современное состояние проблемы поведекия воды г набухающих почвах. Обсуадены природа и механизм набухания и , усадки почв» факторы, влияющие на ахи процессы. Иэлокевы термодинамические основы изучения поведения воды в почвах и рас' смотрены различала подходы к выбор; независимых переменных,

ОПрвДвЛЯЩИХ 8В9рГ8ТИЧвСКОв СОСТОЯНИЙ ВОДЫ в п0чв9х» й К выдв-двнию различных составяявдях полного потенциала воды в почвах. Показано* что зависимость потенциала механического давления ох величины нагрузки и влажности почвы еяе недостаточно изучена.

• Глава 2.

Объекты исследования.

_В качества объектов исследования бы» взяты почвы Колхидское низменности /подзолаото-гдэе вая тяжвлоглинястая и дерново-луговая оглеевнаа сре двегл а шаст а я/, поскольку было известно, что они сильно набухают.

Светло-кантавовая почва Волгоградской области бшга взята в качеотве примера не очень набухающей почвы. Однако оказалось, что и среди почв Колхидсхов низменности хорово набухает только подзолисто-глеевая, а дерново-луговая огдееаяан близка во ьа-бухаяив я усадке к светдо-кашта нов ой почве. Веско тряна то, что дерново-луговая почва имеет тяжелый гранулометрический состав /габд.1/, ее удельная по£ерхвоссь /табд.г/ даже ни«в чем у свехло-каатавовоВ почвы. Это, вероятно, связаво с тем, что в иле дераово-луговой почвы преобладает на не рады хворит-гидро-_ сдвдистого состава. Б хо время как в-подзолисто-гдеевоЛ почва преобладает хлорит-сыектитовыв смешанно слой ные неупорядоченные обрааовавия /Вуколов, Градусов* 1960/.

; '■""■■■ ■.■,.; 7 ' , v Таблида.I, ' •"• .-•

Механический состав почв в % к secs сухой почвы .""у.' Г ^"'гЛ^ < /метод Н.А.Качияского/. - 'г

Горизонт, глубина* 9 CU . ■ Потеря ох обработка НС , Paxuep частиц, ш "

1.0-0,25 0,25-0,05 0,05- O.Ol— -0,005 0,005-0,001 мельче 0,001 1<0,0І

. Подзолисто-глаевая тяїелоглинистая почва, разрез A I. '

A(j*y 0-26 -2,0 2,5 'М -9,6 Г7,3 33,8 . 30,4 . 81,5. .

Ai J 26-66 2,7 ■1.5 7,7 7,5 27,5 53,0 ' 88,0 ■ ,

B»J 66-IÛO 4,6 .' - 5,0 12,1 27,4 51,0 ' 90,6.

в^е 130-150 4,6 0,5 6,S ■4,4; 6,2 20,6 . S6,8 83,6 ."■'

Дерново-луговая оглеенная средне глиниста я почва раэреэ Jt 3." /г

А, $ 25-52 0,3 3,8 4,5 11,5 Ю,І 31,5 39,0 '80,6 .

І, 52-90 9,9 0,3 14,8 23,8" 15,5 14,8 40,7 ■ 73,9

В,з 90-130 5,1 0,5 2,6 9,5 13,1 29,9 39,7 79,8

. Светло-каптаноэая тяжело су гл'и ей ота я почва, разрез Ä Ю* * А» . 0-12 1,8 0,6 12,В 47,0 5,9 • • 15,5 18,2: 39,6 ' 3( 18,26 - 2,9 0,2 13,6 35,8 4,1 II38,0 54,0 С, 60-80 Г7,1 0,2 15,9 34,2 7,4 . 11,0 33,4 5t,8 • . : С3 150-170 16,7 0,3 25,3 24,6 5,5 9,0 33,3 47,8

■ ■' ' - Таблица 2.: - -vi'.";

Удельная поверхность почв .' ' ;

Горизонт, • глубина в cu Вффекїивяая.удельная поверх- носи, м1 /г • УПВКЄВН.

оошая по £91 і внешняя івц І по Фаиоеиу feo разности У Явну тр. - j

Подзолисто-глеевзя почва. t

А/»д* ■5-12 ' 140 ; Ю7 . 33 - ■■■' 3,24

BtJ 66-100 -", 159- 95 ' 64 ' -.*.■ 1,48 v'.;

Віз ЮО-ІЗО 134 71 ■ 63 .■ ' і»'із : ..

Вай - 130-150 115 ' ' ; 94 • 39'. : V 4,94 - '-г

a со ' 150 86 68 IS 3,77 ""/^'r

Дерново-луговая огяеенвая аочва m

; 25-52 54 ЗІ 23 \ 1,34 V'^

52-90 43 ■ ' 21 22 -0,95 , -

S ІЗ 90-130 36 22 14 . 1,57

! ■ Еяава 3»

Метода исследования. -

Для изучена* зависимости капиклярно-сорбциониого потенциала воды oí влажности почвы и изучения влияния на эту зависимость давления нагрузки применяли в диапазоне высоких влажнос-тай тензиометрическую лабораторную установку, а в диапазоне ' низких влажаостей - метод сорбцмонного равновесия с парами воды /ши гигроскопический метод/* Зависимость в интервале средних, влахностеЯ рассчитывали со предложенном? А .Д. Ворониным /1980/ ра счэтно-ВЕcaeрвменталънону методу.

Среди сравнительно большого количества методов определения усадки почвы следует выделить предложенный в соследнее время метод изучения зависимости между уменьшением объема почвы и содержадейся в ней воды с использованием препарата "Sarán' для Фиксирования капиллярно-наевданаш: агрегатов и фрагментов почвы с ненарушенным сложением (Нве^в, ИаИ^З^Ь). Покрытие образца препаратом 'Samn' позволяв! парам воды свободно проходить через пленку при суше образца и вместе с тем-препятствует проникновении жидкой води в образец, что дает возможность опредлять изменение объема образца по мере его иссушения путем погружения его в воду . ч

Гранулометрический состав, физические м физико-химические свойства почв определялись общепринятыми в почвоведении методами, описанными в руководствах А.Ф.Вадюшшой и З.А.ЙорчагиноЯ, 1973, и Е.В.Арину шейной, 1962.

^ Глава 4.

Характеристика Усадки исследованных почв.

Влияние давление нагрузки на калиллярно-сорбционный ио-, твнциал воды в почве тесно связано с особенностями набухания м особенно обратного ему процесса усадки почв. Последний, характеризуя аависимость между уменьшением объема и понижением влажности почвы, более четко показывает структурные особенности почвы, поскольку ближе соответствует господствувцему в природе процессу иссушения.

Согласно Стирку / ¿i i г к , I95V выделяются четыре зтапа усадки в' зависимости от степени изменения объема при изменении влажности л W , то есть . I - структурная

".усадка, когда потери вод« значитвдьно больше го сравнению о>: ■ уменьшением объема, я поэтому соотвоавниа изменения объема;в изменению влажности «вныве 0,9. Это обусловлено ми,что •

часть годы теряется на крупких межаграгатньо: пар, не ирг водя • к-заметным измена аиям объема почбьг, 2 - нормальная усадка,при которой соотношение . равно от 0,9 до і. Дауритцен /іац-гЛл&п ,1948/ 'отмечал, что на этом этапе воздух ав входят в -почву, з то гремя как Нееи? і Hall /1978/, наоборот, пода-, 1 гади* что воздух входит, нов меньшей степени. 3остаточная . усадка; опять характерно преобладание потерь вода вад соот- ' ваютвущям объемом я, следовательно, соотношение меньше 0,9. В эхом случае непропорциональное изменение объема почш ■. ввязано с тем*'что часть элементарных почвенных часхид ухе. 7 пришла э соприкосновенна друг с другом и эхо препятствует - '' 'дальнейшему сокращению объема, в то же время из образовавшихся пустот продолжает удаляться вода. 4 - этап, на котором . усадка отсутствует и который определяется пра £ 0,05. Отсутствие усадки означает, что все элементарны« частнцы уяа пришли в соприкосновение а вода теряется из так называемого, "мертвого пространства".

Усадку можно характеризовать как через величину общей , или полной усадки, так и через диапазон влажности, в пределах которого она проявляется. Обе эти характеристики зависят в почвах от содержания глины /гранулометрического состава/,ми- . паралогического состава, состава поглощённых катионов и плотности почва.

Из представленных в таблица 3 и на рисунке X данных видно, что самая большая усадка преобладает в горизонтах ^пох 5-TZ см и £¡3 66-ЮО см в подзол исто -гд<зе во 3 почва, где общее уменьшение объема почвы ¿v достигает z4f> ш zi% соответственно, а в -остальных горизонтах av уменьшается от 16% до Щ> с поверхности я вниз по профилю почвы. Можно сказать, что в этом разрезе наблюдается значительная усадка я, следовательно, набухание о ■ поверхности почвы и вниз до глубины юо см и в меньшей степени в низших горизонтах /особенно глубже 150 см/. Это соответствует

гонтахТсоответртввЕно. Следует отметить, что в горизонтах ночви со значательвоЙ усадкой наблюдаются все четыре стадии усадки

Таблица 3.

Показатели усадки почв.

ГОрИЗОКТ, глзбияа х см йодная ясадиа /Л/. — Нам А пра 0е

¿V ! Л \л/ V/ % 11«з V

Подзолисто-глаевая почва« разрез А I*

А ЯД* 5-12 24 48 1,0 42 2,74 145

В| 5 66-100 23 50 0,9 39 2,90 В,1

З43 Ю0-130 16 37 0,7 30 2,84 7,1

вга 130-150 14 33 0,68 27 2,87 6,6

(V со 150 <1 34 0,3 25 2,90 3,3

Дерново-луговая оглванная почва, разрез № 3.

A,} 25-52 8,+ 41 0,4 36 2,65 52-30 9,6 ' 43 0,45 35 2,72 4,8

B,у 90-130 8,0 44 0,5 30 2,91 5,5

Свегло-каштановая почва, разрез л Ю.

к 0-ю и 36 0,50 18 - 2,5

В, / ' ЛР-20 13 32 0,85 25 - ■ 3,9

.в» , 30-40 12 33 0,75 22 - 4,0

в« 50-60 II 32 0,68 27 - 2,45

вквГ 80-90 14 51 0,85 22 - 2,1

вг 130-140 Ю 29 22 2,2

9Н - содержание влаги пра окончании нормальной 3 садки иди максимального значения ;

ве - ¡влажность, при которой исчезает влияние

давления нагрузки на капиллярно-сорб-

ционаый потенциал воды ■

почвы {гор. Апах. 5-I¿ см).

:В то время как в остальных почвах нормальная усадка лябо выделяется с трудом, либо вообвд отсутствует, что хорошо видно на" црим е ре:дерна во-лу го во И оглеанвой почвы. В этойпочве низ-SIO величины усадкк оказались во всех горизонта!» где геличи-•ш iV' достигаю 6-10$ при уменьшении влажности доЛх-ДМ^. Это возможно потому, что в атой почве преобладает минералы гюшда хлорвд-гидрослцды, а также в результате большой тот-ностя. Вa это же указывают низкие величины сдельной поверхнос-тв, как это было отмечено раньше. В светло-кавтановой почве, также как.в дервово-луговой оглеенкой, наСлвдаптся 'во всех горизонтах низкие величины усадки я изменение объема колеблется ог ДО до при уменьшена* влажности до 29-3656.

Рассматривая соотношения между усадкой и' энергетическим ? состоянием воды V почве, можно отметить, что влажность, при 'которая кончается усадка, совпадает s большой степени / с -разность» pf± 4- О,В) / с влажность» адсорбционного слоя/ ,V/»i + 2Vi«e/. Однако эха совпадения обнаруживается лишь только в горизонтах,juiarawx нормальную усадку, то есть в горизонте Д>*у 5-х2 см в S,f 66-jpO см/подзолисто-глеевая почва/. Эти же горизонты имеют саму» высокую усадку но сравне нлю о другими горизонтами,"в которых не обнаружено этих совоа дений, особенно в горизонте глубже 150 см.

В дерново-луговой почве этих совпадений не обнаружено и влажность, при которой кончается усадка, резко отличается от влажности адсорбционное слоя /рио.2/.

, - На полученных данных видно, что pf ара окончании нормальной усадки ила при наибольшем значении ^^ колеблется от 2,7 до 2,9 /49,14 - 77,88 кПа/. в подзолисто-гдеевоВ и дерново-луговой оглвеннои почвах. Определение предельной полевой вдагоемкости / бппв / по кривой водоуде ржи ва еыо с т и /Воронин ¿.Д., 1980/ показывает, что в подзодксго-глвевоЛ к дерновочлуговой почвах Ьрпв Колеблется от pF. 2,5 до 2,6 /31-39 кЦа/. Отсюда видно, что величины рг ори ^^ и'

f>? при 6„пв' отличается друг от друга в пределах 0,2-0,3 /18-38 кПаД . ■ - ' .

Рис. Km¿/e водоудержнелештк:

а) под whctû-гяее&он. гнты ; флернш-лутоИ omrnoü лот/.

Гаага 5. :

Дтяяниа завлекая нагрузки на капяядтоно-дорбдяониый ротандаал водя а зависимости от вдажвосуидочвы и . величины дри до о иной наггазки ■ ■

Для того, чтобы количественно оценивать степень ВЛИЯНИЯ давления вышележащей нагрузка, на капидлярао-сорбционвмЯ или тензяометрический потенциал вода в почве, Крона я Колеманом /Сгопеу и Сойти» 1953/ был введен коэффициент сжимаемости. о(. . Талсла / Та1ша ,1977/ дока'зад, что для каждой конкретной почвы коэффициент с< можно определить, используя следующую зависимость: ££ = + е< Р , где - тен-

змометрическяй потенциал в объеме почвы, находящейся сод нагрузкой; - тенааометрический потенциал ненагруженного ' образца; Р - давление нагрузки. Следовательно, звая тензиомет-рическне потенциалы нагруженного и ненагру кенного образцов, а также давление нагрузки, можно определить коэффициент сжимаемости, который равен: л/*» ¡¿я* .

. тр ~~ >РлА ^

Для того, чтобы определить хензиометричесхяе потенциалы нагруженного и ненагру же иного. образцов при одной и той же влажности, применяли тензиометричесную установку "нулевого типа". Принципиальная особенность этой установки состоит в том, что путем непрерывно возрастающего отрицательного давления, прилагаемого.со стороны.свободной водной поверхности, прекра- ■ "щаётся доступ воды в почвенный образец и такш- образом влажность образца остается без изменения, то есть такой, какой она была задана. Установивиееся при достижении равновесия между потенциалами воды в почвенном образце и в воде под пористой пластиной отрицательное давление используют дня расчета тензиомет-ричеоного потенциала воды в почве. О равновесии судят по стабилизации положения мениска воды в измерительном капилляре на определенном ранее установленном уровне*

На пористую керамическую пластинку с диаметром пор /меньше I мкм/ помещали кольцо высотой 15 мм и диаметром 40 мм с образцом почвы ненарушенной структуры. Образец покрывали перфорированной металлической пластинкой такого же диаметра, на которую помещали нагрузку. Последнюю выбирали о таким рассчетом, чтобы

? она^ соответствовала нагрузке вши лежаиах' сяовя почвы мощностью • от 0,3 до 1,5 м. Таким образок.определяли тевзиометрическив'-. потенциал вода в исследуемых почвах как дра давлениях нагрузки 4,5 и 8,1 кПа, так и без нагрузки. "■■ "О

Исследование проводили на всех образцах почв. Для удобства ■. обеуаденвя полученных данных ганзио-иетрический потенциал-воды ' . выражен через эквивалентное давление -в кПа. Как видно из таб-V"; ;,.лицы 4 я рисунка 3, о увеличением давления "нагрузка величина ' '; Тензкометричвского потенциала практически прямодявейно возрас- • ;- 'тает. Об этом ха свидетельствует довольно, близкие величины ко- : »ффициента сжимаемости U при нагрузках ъ 4,3 и 8,1 кПа. Это подтверждается кривыми зависимости потенциала от влажности я „■■ ' прямыми зависимости потенциала'оь давления нагрузка при разных : влажкостах. На рисунке 3 видно, что эта закономерность сохраняется при всех влажноетях несмотря иа то, что с ее понижением

- влияние давления нагрузки На тенаюмвтрическиЯ потенциал воды

- уменьшается, о чем говорит снижение ковффициента' .: от 0,19: / ■■' /При влажности 0,56 кг /кг /56?£/ до 0,008 при влажности 0,42 кг/кD

- V. ..-..■'.■ , ■.

При тевзиометрическах потенциалах ниже -50 кПа давлеяна- .; нагйэви практически не сказывается на величинах этяг датенциа-V лов. Последний вывод относится и к дерново-луговой огдеешюЯ .;-. почве» А в светло-каштановой почве влияние давления нагрузка

- на тензиометричесниа потенциал воды становится незначительным -V-;^ при потенциалах ниже -20 кПа /рио.4/. , "„ V

Следовательно, с понижением влажности почвы влияние давлв-1 . яия нагрузки на кашнглярно-сорбционшй потенциал води понижает- , , ся и при определенных характерных для каждое почвы величинах : . ^ потенциала воды ивлааностей почвы его влияние становится арак-'.7 ^ тически незаметным. Необходимо отметить, что эти величины ка-. С пяллярно-сорбцяонных потенциалов вода входят в интервал их оп- ' ределения теязнеметрическим методом я поэтому отсюда следует очень важный методический вывод о возможности применения рас—;-^-четно-экспериментальаого определения среднего участка кривой

- в о доу де рхи ваемости в для набухающих почв. " '..-

Следует обратить внимание яа то, что ва кривых усадки то-^ же достаточно четко,выделяется область, в которой влияние дав-.-.7 ; ления нагру?шь»яа капиллярно-сорбционный потенциал воды ста но- :;.ч

V : ' ■■ -\~--v.-';>*.': .Таблица Л V ;

Влиявие давления аагрэ эки, на капаллярно-сорбцаонныВ . потенциал воды.в подэолясто-глеевой'почве.,

Гора зо ет, ; гадбияа -■ в си Вдах- ноств образца в кг/кг •• У в кПа ог оС равное угла наклона, пряной V.

' без нагрузка при давлении ' нагвчзяа в При , кйа 8РИ кЙа ■

4,3 кПа | 8,Х.кПа-

Адах '. ' . 0,561 -3,265 -2,450 -1,80 0,189 0;180 0,190 :

5-12 0,530 -13,060 -12,470 -11,860 0,137 0,148 0,145 .

0,488 -27,650 -27,40 " -27,26 0,058 0,048 0 ,051 "

0,446 -43,250 -43,21 ' -43,12 0,0Ю 0,016 0,022 N

0,425 -53,245 -53,21 -53,18 0,008 . 0,008 0,008 -

0,575 -2,730 ; -2,130 -1,670 0,135 0,131 : 0,132

5бб-юо 0,545 -п,060 -10,330 -9,800 0,170 0,155 - 0,160

0,504 -25,30 -25,060 -25,00 .0,060 0,040 0,050 'Я

0,464 -41,85 " -41,85 -41,85

_.'.:„•• • 0,443 .-51,54 : -51*54 ; -51,54 • V

Вг$ 0,435 -3,730 -3,200 ' -2,930 .0,123 о,юо 0,1Ю .

.109-150 - 0,409 -14,930- -14,520 -14,260 0,095 0,083 0,09

0,374 -30,390 . -29,990 -29,650 0,093 . 0,091 0,092

0,339 —44,900 ;-44,900 -44,900 ■ - — - "■ ■. *

0,321 -53,580 -53,580 -53,580 ~ -

- Вг<8 0,405 -3,400 -3,00 • " -2,550 0,093 0,Ю7 о,©о

130-150 0,380 -13,00 -12,660 -12,260 0,079 0,091 0,085"

лГ.4'!"- / _ :' / 0,347 -26,920 -26,666 -26,666 0,059 0,032 0,035 .

,'. - ¡Г - • 0,313 -42,520 -42,520 -42,520 -'

''.Гл.'- • " о;297 -52,000. -52,000 , -52,000

-2,690 -2,230 ■ -1,870 0,107 о,Ю1 0,Ю5 .

"глзб*е ■■ 0,383 -12,000 -11,590 г11,«0 . 0,095 0,067 0,080

150" . 0,345 -23,260 -23,200 -23,160 0;014 0,020 0,016

- - . 0,308 -57,39 -37,39 -37,32 0,009 0,008;

*;7-~ -'• 0,289 . -45,580 -45,580 -45;580

кПа. 55.

53"-44

0,425 -о—

0.446

0,488

■ а ■

0,530

0,561

Давление нагрузки

--я— 8,1 кПа .

—о— 4,3 кПа без натр.

Давление нагрузки в кПа Влажность кг/кг°'55

Рис. 3. Зависимость между давлением нагрузки; потенциалом воды и влажностью в подзолието-глеевой почве ( горизонт Апах. 5-12 см). ' -

М,АВЛЄННЄ HAffiyycu в kflh

0¿0

ДйШШ НАГруіХН

—8,1 hUA —,__¡ІЬкОА

— Sei нлф.

л 0,І5 ojo

ВЛАЖНОСТЬ (W) & кг/кг

Рис. к. . Зависимость нежду дамєннєп потенциалом аохы h

шшстьнз 0 сшлО'Ка ш тлноаой почье (гор. Я Q-iO Є/і).

■витсн незначительным при понижении влажности почвы. Тав в _ подзолисто-глеевой почве ' оно становится практически незамет- ■■ : \ выи при уменьшении объема почвы от Itfí до;3% от сухой массы почвы с поверхности И вниз bç профилю. £ дерново-глеевой поч- -ве это проявляется при уменьшении объема почвы на 4J6, ав ---о-*^ светло-каштановой на 2,5-4,5?» в верхних горизонтах и на 2-2,536

в нижних/табм. V* .

Если прямую, характеризующую зависимость кашшярво-сорб- ? ционного потенциала вода от величины давления наадзкв/рас.З-m 4/, провести до пересечения о ось» нагрузок, то получжмве-; личину давления нагрузки, при которой халилхярно-сорбциониый потенциал ■ равен нулю* Это давление мохно назвать максимальным ■ давлением нагрузка в том смысле, что оно показывает величину -' : нагрузки, которую необходимо проложить'к почва для того, чтобы довести капжллярао-сорбционныВ потенциал воды до стандарт- ; ного, принятого sa нуль состояния или до состояния свободноеV . воды. Последнее обстоятельство имеет Содьвое акачевіе, так как. с этим связаны такие вахниПше фианко-мехавичесхие. свойства почвы как текучесть, пластичность, дикость « другие.

Величина этой максимальной нагрузки тоже зависит от влажности почвы и от ее состава.и свойств. С понижением влажности она возрастает. . ; '

. Результаты исследования показывают, что при уменьшении V влажности почвы на 1,5-2от насыщения / B¡ / макса-: мальиое давление нагрузки л подзолнсто-глвевой почве колеблет-, ся в пределах 17-21 кДа в верхних горизонтах и 26-34 кОа в нижних. JS той случае, когда влажность почвы уменьшалась на 4-5%,''" максимальное давление нагрузки возрасти до 69-90 кПа в ввршжх горизонтах я 150-166 кДа в'нижних* Ком хе влажность понижалась на 7,5-9*4^, то максимальное да&двняе нагрузка возрастало до 330-542 кОа в верхних горизонтах /до глубины ЮО см/ и 766-1454 кОа в нижхих /глубже ЮО см/.

Аналогичная картина наблюдается а в дарново-луговой ог-леенной почва а в светло-каштановой почве, но абсолютное величины максимального давления в этих почвах выше. Например, в свегло-ваатаяоэой почве при уменьшении влажности да ниже влажности насыщения максимальное давление нагрузки достигает- 5690 кДа в горизонте 8\ • Это обусловлено зависимостью

величав максимального давления нагрузки от состава и свойств почв. Чем скдьнев набухание и усадка в почве* тем пенька величина давления нагрузки ори одной и той же влажности. Характер зависимости максимального давления нагрузки от влажности почвы таков, что будучи изображенной в координатах логарифмической шкалы на оси максимальных давлений натруэни и равномерной шкалы на оси влажное гей, выраженных как разность между влажность!) насыщения и данной влажностью / /, она име-

ет прямолинейный вид и пересекает ось давлений нагрузки в области ДО-15 кЯа в зависимости от генетических горизонтов почвы /ряо.5/-

Иатервсно отметить, что эта величина близка,в найденной А.Д.Ворониным /1980/ величине капнллярно-сорбционного потенциала , ара максимально возможной толщине водной плевки на плоской поверхности.

Отсюда можно сделать вывод о том, что ори влажностях,близких к насыщении, максимальное давление нагрузки численно равно расклинивающему давлению водной пленки на плоской поверхности /рис.2/.

С этим, вероятно, связано и то обстоятельство, что давле-. ния нагрузки меньше 15 кПа /то есть в пределах естественных . давлений вы ае лежащих слоев почвы/ не оказывают разрушающего " действия на структуру почвы M передамся только через водные пленки. Отсюда вытекает, что при изучении влияния давлении естественных нагрузок на кашшшрно-сорбционвый потенциал вода в почве следует применять нагрузки'яа выяе J5 «Па, для того .чтобы не нарушить естественную структуру почв.

Следует также отметить, что.найденная зависимость между максимальным давлением нагрузки я влажностью почвы позволяет определить коэффициент сжимаемости при низких злажностях по формуле: typ

ос я-3е-

!Н '

Коэффициент сжимаемости ОС играет больную рель, лссколвку он позволяет внести поправки ва нагрузку в величины капиллярео-сорбционного потенциала воды, определенные в условиях ненагру-.жеиного образца, а, следовательно, уточнить зависимость кадил-лярно-сорбционном потенциала/приблизив ее к естественным условиям» Это, в первую очередь, дажет возможность уточнения од- .

А

/у

г

Горишты í'Bmmt z-шнне

Ж -г

fmwu t-нюша

6,85 {¡а

4ff * . Jfit "i

ОМ 0 (Ш "НАС Si

(¡одтит'Глшя пот Аетищяш omewAt тм Стлв-штшш ssm

Рис. S. Зависимость млнсшшшюго дшш шгрщн or именешя -ттт лты-

U/S

. ределяемнх по крив« в одоудэржи завдай способности структурно-

функциональных свойств почв в естественных условиях,. Вава бы- ' \ло: рассмотрено экс да рим е нтальное определение коэффициента сжи-; маемоеги с* путел измерения потенциала воды в нагруженном я ненагруженном образцах. ■

В настоящей работе сакле была предпринята попытка поясков . : - более простых методов'расчета коэффициента ос '. Один из них основан на экспериментально выведенной формуле; ; . - -; V _ ~. зО-

где . - влажность при насыщении; - влажность, при которой исчезает влияние давления,нагрузки на аадялляряо-сорбционный потенциал . Из таблицы 5 видно, что величины ; с< определяемые при помощи тензиометрического метода

'/уравнение і3 р - 7 я по предлагаемой'формула, находятся

э-хорошем согласии. В то *в время предложенная формула позволяет определить на кривых усадки один из пределов у сажи. Исследования, проведенные на образцах подзоласто-гдеавой почвы,/горизонт ' Йцлх 5-12 см которой обладает нормальной усадкой в дяа-. -яазоне влажности с 52,0% до 42,0% /, показывает, что /=42,/ соответствует окончанию предела нормальной усадки /рис.1/. . ' ' ■ , ' \

Веля,эти соответствия обнаружатся во всех почвах, имехцих нормальную усадку, то можно сказать, что &е равно содержанию влаги при окончании нормальной усадки ви > где в то же время начинается остаточная усадка. Так что в указанной выше формуле можно заменить ва 0Н в предлагаемой формул?, и, »следствие этого, по кривей усадки можно определить коэффициент ОС . Выразив в* через изменение объема почвы ¿»V получим:

. _ вн»с- (¿V-Л+в)

• V АСІ - <?М»0

где -і - плотность твердой фазы; в - объем воздуха, входящего в почву при / в % /.,

'' ■ Сопоставляя с различными уровнями увлажнения почвы /данные .табл.5/, обнаруживаем что величина бе близка к величине предельной полевой влагоемкости 9РГ1а , а точнее, меньше в пределах от 0% до Ъ% в зависимости от гранулометрического состава и набухания почв. Далее, поместив Опп» вместо $е в

Таблица 5.

Величины коэффициента , рассчитанные по разным формулам

Горизонт, глубина в см

кг/кг

кг/кг

О

&/М6

кг/кг

Цодзолисто-глеевая почва, разрез Л I.

АЛА« 5-12 0,5822 0,425 0,188 0,19 0,155+<0,03 0,453

Б,} 66-ЮО 0,5954 0,464 0,162 0,16 0,162+ 40,03 0,464

В» 5 100-150 0,4528 0,338 0,105 0,11 0,085+40,03 0,360

В»й 130-150 0,4216 0,312 0,095 о,ю 0,074+ ¿0,03 0,336

0 со 150 0,4296 0,308 0,Ю7 0.Ю5 0,096+^0,03 0,320

Дерново-луговая оглеенная почва, разрез £ 3'

25-52 0,4729 0,36 0,107 0,105 0,098+ ¿0,03 0,370

52-90 0,4657 0,351 0,130 о.ю 0,096+^0,03 0,387

в., 90-130 0,4918 0,37 0,120 0,135 0,098+ ¿0,03 0,392

Светло-каитановая почва, разрез к ХО.

А о-ю 0,3894 0,308 0,067 0,090, - . -

В. 10-20 0,3843 0,309 0,061 0,060 -

в» 30-40 0,3653 0,292 0,058 0,065 ' - -

в* 50-60 0,3690 0,330 0,031 0,045 -

В„ВГ 80-90 0,3527 0,313 0,031 0,048 ■ _ -

Вг 130-140 0,3221 0,274 0,035 0,034 - -

- влежность при насыщении; с м

Ве - влажность, при которой исчезает влияние на ^ ;

0 - предельная полевая ¿»лагоэмкость по кривым водоудержи-ваемости.

■предлагаемой формуле, можно'легко-опредэлить с< по формуле;! >;

"•".v' Последнее-уравнение удобно, потому что в наго входят лег; ко определяемые компонвнты б^с и fy/jg '

' ' ВЫВОДЫ. ^

• . I. Показано, что в пределах примененных в исследовании Удавлений.нагрузки коэффициент сжимаемости не зависит от вели- ;!-•.■ чины' давления нагрузки* В то же /время он зависит от влажности ■;'■ почвы и ее состава а свойств.' ° ■".'^

:2.'С;увеличением давления нагрузки на образец почвы ка-пилляряо-сорбционшй потенциал воды в ней прямолинейно возрас---"тает." " \ V;'-'1'" '. :'. ■. '.' * '■

3. Влияние давления.нагрузки на кашшгярно-сорбционный потенциал воды зависит от влажности почвы. С уменьшением влажности почвы зто влияние понижается я nía определенных влажнос-Íthx» близких к полевой вдагоемкости, оно становится практически > незаметным*:.''.'.."'. . ■>-' , ■ "

г'-.'^- 'Л* Величавы кашшгярно^сорбцибнного'штенциала воды, при :'-которых влияние давления нагрузки на них - становятся практичес-■■^ ки:незаметным; входят в'интервал определение потенциала воды ■ тензиомётричасквм методом, что позволяет распространить рао-четно-эксперим витальный. 1иетод определения кривой водоудержи-; . 'ваащей способности.и на набухащие почвы. ' :

'5. Доказано, что коэффициент сжимаемости почвы позволяет ..рассчитать нашшгярно-сорбционнне.потенциалы воды нагруженных " обра'зцов и, следовательно, определить кроше ьодоудержававдей / способности почв с учетом давленая выше лежащих слоев, ночвы кла ...механических'давлений на почву почвообрабатывающих орудий. ' '

-С-;; v 6. Предложены формулы определения коэффициента сжимаемое-' , \ ти .на основании легкоопределяемых почвенных параметров /влажность насыщения, полевая влагоемкость/. — ■' v ' V

7« Предложено давление нагрузки', при котором капиллярно-.'-сорбционный потенциал воды достигает стандартного состояния, 'принятого'за нуль', называть максимальным давлением- нагрузки.

8. Зависимость максимального давления от влажности почвы в полулогарифмических координатах имеет прямолинейный вид. Прямые линии, харэктеризуищаз эту зависимость, не ра сена иг ось давлений нагрузки в области Ю-15 дПа.

. 9. При влахаостях, близких к насыщения, максимальные давления нагрузки численно равны расклинивающему давлению водной плевки на плоской поверхности*

Ю. Давления нагрузки меньше 15 кПа, /то есть находящиеes в пределах естественных давление вышележащих- сдоев почвы/, вероятно, на оказывают разрушающего действия на структуру почвы.

П* В почвах, характеризующихся сильной усадкой, проявляются все этапы усадки. В почвах с меньшей усадкой выпадает ахал с нормальной усадкой и структурная усадка cpasy переходит в остаточну».

12. предел усадки совпадает с влажностью адсорбционного слоя только лишь в набухапаих почвах. 1 . '

Материалы диссертация, опубликованы в работах;

1. Абдель Конейм U.a.a., Влияние давленая нагцузки на теязиометрический потенциал почвенной влаги. Вести, Поев .ун-та сер.17, почвоведение, 1982, А I, стр. <

2. Абдель Лонейм U.A.A., S определению коэффициента сжимаемости в набухающих почвах. Веста. Коек, ун-та, сер.Г?, почвоведение, 1982, * 4 /в печати/. . '

Подп. к печати • - ф- б&^&Р'/'б

■ h ■ - п- ¿CS Уч.-язд. л.

3>кы/£&Г Тираж /&£>

Им-ю Московского унядерснтега. Москва, К-9. ул. Герцен», S/7. , . Тявоср*фяя Иад-»а МГУ. Моек»», Лен горы