Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние содержания органического вещества на энергетическое состояние влаги в почве

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Влияние содержания органического вещества на энергетическое состояние влаги в почве"

На правах рукописи

Назарова Татьяна Владимировна

ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВЛАГИ В ПОЧВЕ

Специальность 06.01.03 - АГРОПОЧВОВЕДЕНИЕ, АГРОФИЗИКА

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание научной степени кандидата биологических наук

Москва - 2009

1

003468999

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

Научный руководитель:

доктор биологических наук, проф. Андрей Валентинович Смагин

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, проф. Михаил Арнольдович Мазиров

кандидат биологических наук, доцент Лев Георгиевич Богатырев

Ведущая организация: Владимирский научно-исследовательский институт

сельского хозяйства РАСХН

Защита состоится 26 мая 2009 года в 1530 в аудитории М-2 на заседании диссертационного совета Д 501.002.13 при МГУ имени М. В. Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ, д.1, стр.12, факультет почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ имени М. В. Ломоносова

Автореферат разослан 22 апреля 2009 г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании диссертационного совета или присылать отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, по адресу 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ, д.1, стр.12, факультет почвоведения, Ученый совет, по факсу (495) 939-29-47, (495) 93936-84, или на e-mail nazarovatv@yandex.ru

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор биологических наук, профессор

Г. М. Зенова

Актуальность темы. В настоящее время все возрастающая антропогенная нагрузка приводит к потерям органического вещества в почвах, особенно в пахотных, и проблема ухудшения физического состояния почв, вызванная деструкцией природных биополимеров, становится все более актуальной. Задача специалистов уметь оперативно оценивать такие потери на количественном уровне, прогнозировать возможные изменения и рассчитывать сколько органического вещества необходимо, чтобы вернуть почвы в первоначальное состояние или оптимизировать имеющееся состояние до требуемого (нормативного) уровня. Для этого, очевидно, необходимо связать интенсивный показатель содержания органического вещества (ОВ) в почве с базовой характеристикой ее физического состояния. В качестве последней удобно использовать основную гидрофизическую характеристику (ОГХ), которая является своеобразным «физическим паспортом почвы» [Воронин, 84]. Значимое влияние ОВ на ОГХ выявляется на большом статистическом материале при анализе баз данных и расчете педотрансферных функций [Шеин и др., 99]. Однако, работ по непосредственно экспериментальной оценке влияния ОВ на ОГХ не так уж и много, что во многом объясняется трудоемкостью подобных исследований с использованием традиционных для гидрофизики методов определения ОГХ. В результате, несмотря на всеобщее признание значимости, проблема влияние ОВ на водоудерживаюшую способность и физическое состояние почв на количественном уровне остается недостаточно исследованной. Комплексность проблемы и отсутствие необходимых методических разработок в данной области определяют стадийный характер ее решения. На первом этапе допустимо ограничиться количественными аспектами воздействия ОВ на ОГХ без учета качественного разнообразия природных биополимеров и их биохимического состава.

В связи с этим была поставлена следующая цель работы: Оценка влияния содержания органического вещества на энергетическое состояние влаги в почве.

Для достижения данной цели определены следующие задачи:

1. С помощью метода равновесного центрифугирования получить ОГХ почв различного генезиса, дисперсности и структурной организации;

2. Провести сравнительный анализ ОГХ генетических горизонтов почв;

3. Провести сравнительный анализ ОГХ образцов до и после удаления ОВ в условиях лабораторного эксперимента;

4. Исследовать изменения ОГХ почв в процессе их длительного сельскохозяйственного использования при различных культурах земледелия;

5. Выявить связь интегральной энергии водоудерживания с содержанием ОВ в почве.

Научная новизна. Впервые на основе инструментального метода равновесного центрифугирования проведен количественный анализ влияния содержания ОВ на ОГХ почв различного генезиса и дисперсности в широком диапазоне варьирования матричного потенциала влаги от 0 до 600 Дж/кг. В качестве единого показателя

з

водоудерживающей способности почв предложено использовать интегральную энергию водоудерживания, определяемую численным интегрированием ОГХ. Оценено влияние различных способов сельскохозяйственного использования и обработки почв на их водоудерживающую способность. Выявлено закономерное статистически достоверное смещение ОГХ в область меньших влажностей при удалении ОВ как в лабораторных условиях так и в процессе длительных полевых опытов. Впервые показано, что для аккумулятивных горизонтов большинства почв вклад ОВ в интегральную энергию водоудерживания составляет от 30 до 60% в минеральных и от 70 до 90% в органогенных почвах.

Практическая значимость. Полученные данные можно использовать для прогноза и реконструкции направленной динамики физического состояния почв, связанной с необратимыми изменениями твердофазных компонентов, для оценки необходимых мер его оптимизации или возврата в первоначальное состояние, характерное для нативных почв, для получения ОГХ расчетными методами.

Апробация работы. Результаты настоящей работы были представлены на Всероссийской молодежной конференции «Растение и почва». (Санкт-Петербург, 1999), Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2001» (Москва, 2001), Пущинской конференции молодых ученых «Биология - наука 21-го века» (Пущино, 2001), Международной конференции «Гуминовые вещества в биосфере» (Москва, 2003), на заседании кафедры физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ (октябрь 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 7 печатных работ.

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы. Общий объем работы страниц, в работе

приведено рисунков, таблиц. Список литературы включает

наименований, из них на иностранных языках.

Благодарности: Автор искренне благодарит своего научного руководителя, проф. А.В. Смагина за всестороннюю поддержку в проведении исследований и подготовке диссертации, сотрудников кафедры физики и мелиорации почв ф-та почвоведения МГУ Л. Ф.Смирнову, Д. Д. Хайдапову, Е. Ю. Милановского за предоставленные образцы почв и сопровождающую информацию по ним, а также весь коллектив кафедры и ее руководство в лице проф. Е. В. Шеина за доброжелательное отношение, организационную помощь и ценные советы, проявленные при получении и обсуждении материалов диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ:

Глава 1. ВЛИЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА НА ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ПРОЦЕССЫ В ПОЧВАХ.

Органическое вещество почв обладает рядом уникальных качеств, которые определяют значительный эффект его воздействия на минеральные части почвы при относительно малых концентрациях и обуславливают превращение исходного субстрата в почву, обладающую плодородием. Это высокая дисперсность и связанная с нею поверхностная энергия [Карпачевский, 85, Зубкова, Карпачевский, 2001, Смагин, 2003, Орлов, 85], высокая емкость катионного обмена и способность адсорбировать и удерживать в доступном для потребления организмами обменном состоянии жизненно-необходимые минеральные соединения [Минеев, 90, Керженцев, Зеленская, 86, Кирюшин, Ганжара и др., 93]. Формирование структуры почвы происходит при непосредственном участии ОВ, содержание гумуса определяет количество водопрочных агрономически ценных агрегатов [Бондарев, 94,96, Кузнецова, 94]. Двойственность природы органического вещества почвы, его амфифильность (гидрофильно-гидрофобные свойства) определяет устойчивость органогенной цементации и вместе с тем большую водоудерживающую способность, возможность длительной консервации влаги в агрегатах [Федорова, Зуев, 88, Зуев 89, Милановский, 2000, Шеин, Милановский, 2003 ].

В работах [Ахтырцев, Ефанова, 98, Бондарев, 94, Глобус, Туленинова, 2000, Королев, 89, Кузнецова, 94, 98, Кузнецова, Бондарев, Данилова, 2000, Оншценко, 96, Сапожников, 90, 94, Степанов, 89, Сапожников и др., 92, Смагин, 93, Смагин и др., 99, 2003, 2004, Шеин, 2005, Baver, 68, Chaney, Swift, 86, Oades ,84, Tisdall, Oades, 82, Shirazi et al., 88] выявлены зависимости между содержанием ОВ и различными показателями физического состояния почвы - дисперсностью (удельной поверхностью, содержанием физической глины), набуханием, плотностью, межагрегатной порозностью, потенциалом почвенной влаги. Связь этих величин с показателями энерго-массопереноса (ОГХ, влаго- и теплопроводности [Пачепский и др., 82, Сапожников, 94, Полевые и лабораторные..,2001, Campbell,85], диффузивности газов [Campbell ,85, Moldrup et al.,96, Смагин, 2005]) позволяет перейти к оценке влияния ОВ на транспорт веществ и энергии в почвах, в том числе в масштабах ландшафтов, посредством имитационного моделирования с использованием педотрансферных функций [Шеин и др., 99]. Разработка и внедрение подобных количественных подходов должны быть в основе современных систем земледелия, направленных на получение высоких урожаев сельскохозяйственной продукции при сохранении устойчивости и плодородия агроландшафтов.

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Объекты исследования.

Для сравнительного анализа ОГХ были выбраны образцы почв различного генезиса и дисперсности, представленные в таблице 1.

Табл. 1. Список исследованных почв.

Название почв Гранулометрический состав Район исследований и отбора образцов

Дерново-степные, дерново-боровые, дерново-глееватые, аллювиальные, лугово-болотные, каштановые почвы, кварцевые пески (коллекция проф. А. Г. Гаеля, ф-т почвоведения МГУ) Песчаный и супесчаный Волгоградская обл. (Арчединский лесхоз, Обливская ОПХ, Калач на Дону), Ростовская обл. (ст. Вешенская, Сев. Донец), Читинская обл. (р.Онон), Оренбургская обл. (Бузулукский бор), Якутия (р. Тюньга, о. Миэхебия), Бурятия (Онохойская оп.ст., Кяхта), Украина (Харьковская обл. (Изюмский лесхоз), Нижний Днепр, (Олешковское л-во)), Латвия (Мангальское л-во), Эстония (о. Хийумаа), Венгрия (Ирсент-Миклош, Нирши), Румыния (Ивешти).

Дерново-подзолистые Легкие суглинки Длительные полевой опыт ТСХА

Черноземы Легкие, тяжелые суглинки Пензенская обл., Курская обл..

Торфа верхового типа Томская обл. (ст. Плотниково)

Образцы почв легкого гранулометрического состава были взяты из коллекции лаборатории песков кафедры физики и мелиорации почв. Она включала образцы горизонтов А, А1, В1, ВС, С дерново-степных, дерново-боровых, дерново-подзолистых, дерново-глееватых, лугово-болотных, аллювиальных песчаных и супесчаных почв, образовавшихся на мономинеральных кварцевых песках, полиминеральных и полиминеральных карбонатных песках и супесях с различным содержанием органического вещества.

Тонкодисперсные почвы были представлены двумя типами - дерново-подзолистыми и черноземами. Образцы дерново-подзолистых легкосуглинистых почв были взяты из пахотных горизонтов различных участков длительного полевого опыта ТСХА им. К. А. Тимирязева. Опыт был заложен в 1912 г. В структуре опытного поля выделялись участки с бессменными культурами и с культурами в ротации севооборота. Некоторые опытные делянки оставались без удобрений, в качестве контроля. На остальную площадь вносились различные удобрения в определенных сочетаниях (таблица 2). С осени 1949 года раз в 6 лет на удобряемых участках производилось известкование. Нами были исследованы образцы с различным содержанием гумуса, отобранные с тринадцати вариантов опытного поля (таблица 3).

Табл. 2. Дозы внесения удобрений в длительном полевом опыте ТСХА.

Периоды опыта кг/га т/га

N Р20, К20 навоз

1912-1938 7,5 15 22,5 18

1939-1954 60 90 20 20

1955-1972 25 60 10 10

1973-2002 100 150 120 20

Табл. 3. Варианты длительного опыта ТСХА и содержание органического вещества в образцах дерново-подзолистой почвы.

Вариант опыта Соот, %

целина 1,90

чистый пар без удобрений 0,95

чистый пар + ЫРК + навоз + известь 1,16

чистый пар + известь 0,99

пар бессменно без удобрений 0,59

пар бессменно + навоз 0,81

пар бессменно + известь 1,16

картофель бессменно без удобрений 0,65

картофель бессменно + навоз 0,86

картофель бессменно + известь 0,68

рожь без удобрений 0,96

рожь + навоз 1,09

рожь + известь 2,22

Черноземные почвы различались по содержанию органического вещества и гранулометрическому составу и включали следующие образцы: чернозем слабодифференцированный легкосуглинистый супесчаный на иллювии (два варианта использования: целина и пашня, горизонты - Аь АВ, ВС, Апах, Аь АВ); чернозем выщелоченный среднемощный тучный тяжелосуглинистый на глинистых отложениях (два варианта использования: целина и пашня, горизонты - А, АВ, В, Апах, А1, В), чернозем типичный мощный тяжелосуглинистый на лессовидных суглинках (три варианта использования: целина, пашня, вечный пар, горизонты - А, Апах, АВЬ Вь ВС). Образцы почв были отобраны в Пензенской области и на территории Центрально-Черноземного государственного биосферного заповедника им. В. В. Алехина, Курская область.

Помимо минеральных почв были исследованы образцы болотно-торфяной почвы, отобранные в ходе экспедиционных работ на базе западносибирского стационара института Агрохимии и Почвоведения СОРАН (пос. Плотниково, Бакчарский район Томской области). Образцы отбирались послойно из торфяной залежи частично осушенного верхового болота под травяно-моховым покровом осоко-пушице-сфагнового состава. Строение торфяной толщи: до 11 см очес, далее до 40-45 см - полуразложенная толща торфа, с 45 см - светло-коричневый перегной, с 65 см - темно-коричневый перегной. Наиболее разложенная масса торфа залегает на

глубине 175 - 230 см. Отдельные глеевые пятна появляются на глубине 227 см, сплошной глеевый горизонт - с 230 см.

Таким образом, для исследования влияния содержания органического вещества почвы на энергетическое состояние влаги была подобрана представительная выборка из 103 образцов почв различного генезиса и дисперсности, включающая 32 образца легкого гранулометрического состава, 52 тонкодисперсные почвы и 19 органогенных образцов. Выборка отражала типичные для нашей страны почвы зонального ряда (дерново-подзолистые, черноземы, каштановые) интенсивно используемые в сельском хозяйстве, а также широко распространенные интразональные объекты (песчаные аллювиальные, болотные почвы).

2.2. Методы исследования.

Обратимся к характеристике критериев и методов исследования.Получение ОГХ базировалось на оригинальных разработках инструментального метода равновесного центрифугирования [Смагин и др. 98] . Присущие методу высокая точность, воспроизводимость результатов, экспрессность, нетрудоемкость, малый размер образцов, делают его оптимальным средством для сравнительного массового анализа ОГХ. В работе использовался вариант микро-метода, реализованный на базе лабораторной центрифуги ЦЛС-3. Анализ образцов проводился в двойной-тройной повторности, после чего данные усреднялись. Всего было исследовано более 200 ОГХ в широком диапазоне эквивалентных давлений почвенной влаги 0-600 Дж/кг, что оказалось возможным именно благодаря выбранному методу равновесного цетрифугирования.

Удаление органического вещества проводилось двумя методами:

1) Прокаливание образцов почв в муфеле при температуре 450-500 ° С [ГедроГш, 55];

2) Удаление органического вещества Н202 [Mathieu, Pieltain, 98]

Содержание органического углерода определялось способом сухого сжигания на экспресс-газоанализаторе АН-7529.

Для определения плотности почвы, плотности твердой фазы, порозности, полной влагоемкости использовались традиционные методы физики почв [Вадюнина, Корчагина, 86].

Для каждого образца почвы в качестве единого числового показателя энергетического состояния влаги в почве рассчитывали интегральную энергию водоудерживания (Е), определяемую численным интегрированием экспериментально полученных ОГХ с помощью специальной программы, реализованной в виде макроса в EXCEL (автор М. В. Глаголев). На графике ОГХ эта величина соответствует площади под кривой ОГХ, и ее физический смысл можно интерпретировать как работу по удалению почвенной влаги [Смагин, Садовникова, Назарова и др., 2004].

Глава 3. ВОЗДЕЙСТВИЕ СОДЕРЖАНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА НА ОГХ ГРУБОДИСПЕРСНЫХ И ОРГАНОГЕННЫХ ПОЧВ.

Рассмотрим закономерности воздействия ОВ на энергетическое состояние влаги, начиная с наиболее простых «идеальных» с физической точки зрения объектов - почв легкого гранулометрического состава. Сравнивая ОГХ органогенных, гумусово-аккумулятивных горизонтов и нижележащих слоев (материнской породы, лишенной органического вещества), можно заключить, что водоудерживающая способность первых существенно выше (рис. 1). ОГХ материнской породы смещены в сторону меньших влажностей во всем диапазоне потенциала почвенной влаги в среднем на 1015% весовой влажности в области высоких влажностей и на 1-5% в области низких влажностей, что для грубодисперсных почв, характеризующихся низкой водоудерживающей способностью, очень существенно. Из рисунка видно, что ОГХ нижних горизонтов практически совпадает с ОГХ дегумифицированных образцов.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

1 - дерново-степная связнопесчаная почва: а - горизонт А 0-10 см , Сорг= 2,11 %,

Ь - горизонт С 100-110 см, с-дегумифицированый образец;

2 - дерново-глееватая супесчаная почва: а - горизонт А 5-10 см, Ссрг=1,13%,

Ь - горизонт Сд 90-95 см, с - дегумифицированный образец.

На рис. 2 показана интегральная энергия водоудерживания для различных горизонтов грубодисперсных почв в естественном состоянии и после удаления органического вещества. Значения Е для горизонтов С и дегумифицированных образцов практически одинаковы и в 1,5-3 раза ниже, чем для гумусово-аккумулятивных. Их этого можно сделать вывод, что именно накопление органического вещества формирует водоудерживающую способность, что крайне необходимо для грубодисперсных субстратов, поскольку они имеют высокую

3.1. Почвы легкого гранулометрического состава.

Рис. 1. ОГХ различных горизонтов песчаных почв.

водопроницаемость, влага атмосферных осадков быстро уходит из корнеобитаемого слоя, и растения испытывают постоянный дефицит влаги. Утрата органического вещества приводит к деградации водно-физических свойств до уровня породы.

Рис. 2. Интегральная энергия водоудерживания различных горизонтов песчаных почв.

1-дерново-степная связнопесчаная (А-2,11% Сорг)

2- аллювиальная песчаная (А -1,30% Сорг)

3-дерново-глееватая супесчаная (А -1,13% Сорг)

4- дерново-степная песчаная (А - 0,84% Сорг)

5- дерново-степная связнопесчаная (А - 0,50% Сорг)

6- дерново-степная песчаная (А - 0,09% Сорг)

7- дерново-степная песчаная (А - 0,04% Сорг)

8- каштановая супесчаная почва (А - 0,04% Сорг)

На рис. 3 представлена серия ОГХ для верхних горизонтов песчаных почв с разным содержанием органического вещества. Кривые по форме примерно повторяют друг друга, однако ОГХ образцов с меньшим содержанием гумуса смещены в стороны меньших влажностей во всем диапазоне потенциала, и чем меньше в почве ОВ, тем больше смещение. Отсюда следует, что у почв с большим содержанием биополимеров водоудерживающая способность выше. Разница в весовых влажностях для большинства кривых ОГХ составляет в нижней части кривых (область высоких влажностей) от 5 до 35 % и от 1-2 до 10 % в верхней части (области низких влажностей). Разница между крайними вариантами составляет около 60% в нижней части кривых и около 25% в верхней части. При этом экстремально высокие величины водовместимости (до 80% и более), полученные для почв с максимально высоким содержанием ОВ объясняются набуханием образцов в отсутствие какого-либо ограничения. В природных условиях нагрузка вышележащих слоев не дает реализоваться этому процессу и реальные величины влажностей будут меньшими.

Для интегральной энергия водоудерживания для серии грубодисперсных почв с разным содержанием органического вещества прослеживается следующая закономерность: для почв с меньшим содержанием органического вещества полученные величины Е меньше. Причем разнице в содержании органического углерода около 1% соответствует разница в величинах Е около 30-35 Дж/кг. Для

большинства исследованных почв величина интегральной энергии водоудерживания колеблется в пределах от 10 до 60 Дж/кг.

Рис. 3. ОГХ гумусовых горизонтов различных песчаных почв.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

1 - лугово-болотная песчаная А 0-10 см (12,26 % Сорг)

2 - ферралитная почва А 0-25 см (7,14 % Сорг)

3 - лугово-болотная песчаная А1 10-15 см (5,75 % Сорг)

4 - дерново-степная связнопесчаная А 0-10 см (2,11 % Сорг)

5 - аллювиальная песчаная с прослоями растительных остатков А 0-10 см (1,80 % Сорг)

6 - дерново-степная связнопесчаная А 5-10 см (1,65 % Сорг)

7 - аллювиальная песчаная А 0-10 см (1,30 % Сорг)

8 - песчаная погребенная С поверхности (0,51 % Сорг)

9 - дерново-степная песчаная А 0-10 см (0,13 % Сорг)

10 - дерново-степная песчаная А 10-15 см (0,09 % Сорг)

11 - аллювиальная песчаная АВ 45-60 см ( 0,04 % Сорг)

3.2. Органогенные почвы.

На рис.4 представлена серия кривых ОГХ торфяно-болотной почвы для различных глубин. Наибольшей водоудерживающей способностью обладает подповерхностный слой глубиной 20-30 см. ОГХ этого слоя расположена выше всех остальных кривых. Для верхнего слоя водоудерживание несколько ниже, смещение ОГХ в сторону меньших влажностей составляет 200-500% весовой влажности в нижней части кривой (область высоких влажностей) и 10-15% в верхней части (области низких влажностей). В средней и нижней частях профиля водоудерживаюшая способность примерно одинаковая. ОГХ этих горизонтов смещены в область меньших влажностей на 1400-1800% весовой влажности в нижней части кривой (область высоких влажностей) и 40-50% в верхней части (области низких влажностей) по сравнению со слоем 20-30 см. Глеевый горизонт характеризуется наименьшими величинами равновесных влажностей при тех же значениях матричного потенциала. Для него наблюдается снижение весовой влажности в 10-25 раз по сравнению с торфяной толщей. Заметим, что даже при

пересчете на объемную влажность ОГХ органогенных горизонтов располагаются закономерно выше, чем у глеевого. Способность последнего задерживать влагу определяется не высокой влагоемкостью, а низкой проницаемостью для влаги в связи с чем этот горизонт служит водоупором. В целом кривые ОГХ различных слоев торфяной толщи различаются особенно сильно в области низких потенциалов и высоких влажностей. В верхней части кривых это различие выражено слабее, а при пересчете на объемную влажность вообще нивелируется. Обращают на себя внимание значительно более высокие величины влагоемкости торфа (до 2000-2500%) и, соответственно, интегральной энергии водоудерживания (до 1200-1500 Дж/кг) на порядок превышающие аналогичные характеристики в минеральных почвах.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400

При расчете интегральной энергии водоудерживания нами были получены следующие данные. Максимальное значение величин Е приходится на слой 15-25 см и составляет 1400-1600 Дж/кг. Меньшее значение наблюдается для поверхностного слоя, Е - 1200-1300 Дж/кг. Вниз по профилю интегральная энергия водоудерживания и соотвественно водоудерживающая способность торфа уменьшаются и составляют в средней и нижней частях профиля 700-1000 Дж/кг. Такое распределение Е по-видимому связано с различной степенью разложения торфа и глубиной гумификации в разных частях толщи. Наименьшая величина Е приходится на нижний, глеевый горизонт и составляет около 200 Дж/кг, что в 4-8 раз ниже Е торфяных горизонтов и характерно для минеральных горизонтов почв. Отсюда следует, что в торфяно-болотной почве формирование водоудерживающей способности практически полностью связано с накоплением органического вещества, что сближает этот класс объектов с анализируемыми ранее грубодисперсными минеральными почвами

1000 п

Рис. 4. ОГХ торфяно-болотной почвы для различных глубин.

—•—0-10 см -■-□•- 10-20 см

Глава 4. ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕЩСТВА НА ОГХ АГРЕГИРОВАННЫХ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ ПОЧВ.

4.1. Черноземные почвы.

Среди минеральных тонкодисперсных почв черноземы аккумулируют максимальное количество ОВ во всем профиле, с чем связаны их высокое плодородие и оптимальные агрофизические свойства, включая водоудерживающую способность. Для таких почв также резонно ожидать существенный вклад ОВ в энергию водоудерживания, а также значительный отклик водоудерживающей способности на изменение содержания ОВ в процессе сельскохозяйственного использования.

На рис. 5 показаны ОГХ различных горизонтов чернозема типичного мощного тяжелосуглинистого на лессовидных суглинках для разных вариантов сельскохозяйственного использования (целина, пашня и вечный пар). Из рисунка видно, что в целинном черноземе максимальная водоудерживающая способность характерна для верхнего горизонта. Вниз по профилю почвы кривые ОГХ равномерно смещаются в сторону меньших влажностей, не пересекаясь друг с другом; водоудерживающая способность постепенно уменьшается. Наибольшая разница между ОГХ наблюдается между верхними горизонтами 0-5 и 20-25 см (5-10% весовой влажности во всем диапазоне). Здесь же наблюдается наибольший спад содержания ОВ с 6,3 до 3,8% Сорг. В нижних горизонтах разница между кривыми менее выражена и в максимально проявляется в нижней части (области высоких влажностей); разница в весовых влажностях здесь составляет 1-5%, В верхней же части кривых она не превышает 0,5-2%.

Кривые ОГХ пашни расположены по-другому: ОГХ самых верхних (пахотных) горизонтов сместились в сторону меньших влажностей и приблизились к кривым ОГХ средних горизонтов. Диапазон варьирования влажностей между кривыми ОГХ разных горизонтов уменьшился и составляет 0,5-2% весовой влажности. Отсюда следует, что сельскохозяйственное использование ведет к уменьшению водоудерживающей способности верхнего пахотного слоя, относительно его целинного аналога, его деградации, связанной прежде всего с утратой органического вещества, и приближает его физическое состояние к состоянию нижележащих горизонтов.

Для кривых ОГХ образцов почв вечного пара эта ситуация усиливается. Максимальная водоудерживающая способность наблюдается для средней части профиля. ОГХ верхних слоев сильнее смещаются в сторону меньших влажностей и приближаются к кривым, соответствующим нижней части профиля. Сравнивая кривые ОГХ образцов почв при разном сельскохозяйственном использовании можно отметить, что на одной глубине кривые ОГХ почв пашни и вечного пара смещены в область меньших влажностей по сравнению с ОГХ целинного чернозема, особенно сильно эти различия выражены для верхних слоев почвенного профиля.

Рис. 5. ОГХ чернозема типичного мощного тяжелосуглинистого на лессовидных суглинках на различных глубинах для различных вариантов сельскохозяйственного использования.

1000 1

целина 0-5 см (6,25 % Сорг) целина 20-25 см (3,82 % Сорг) целина 40-45 см (2,88 % Сорг) целина 140-145 см (2,05 % Сорг) пашня 0-5 см (3,08 % Сорг) пашня 20-25 см (2,94 % Сорг) пашня 40-45 см (2,48 % Сорг) пашня 140-145 (2,05 % Сорг) пар 20-25 см (2,69 % Сорг%) пар 40-45 см (2,84 % Сорг) пар 140-145 см (0,83 % Сорг)

W,%

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

На рис. 6 показано распределение интегральной энергии водоудерживания по горизонтам для чернозема типичного мощного тяжелосуглинистого на лессовидных суглинках при тех же способах сельскохозяйственного использования. На рисунке видно, что Е целинных образцов уменьшается с глубиной, более резко в верхней части профиля ( с 275 Дж/кг до 200-220Дж/кг) и более плавно в нижней (с 200 Дж/кг до 160 Дж/кг). Распределение Е по глубине имеет ярко выраженный максимум для верхнего слоя (0-5 см).

Для пашни максимальная Е приходится на слой глубиной 20-25 см и составляет 185 Дж/кг. В поверхностных горизонтах (0-20 см) величина Е приближается к значениям средних горизонтов и составляет 175-180 Дж/кг. Для нижних горизонтов (55-145 см) Е составляет 155-165 Дж/кг. По сравнению с целиной распределение Е по горизонтам пашни более плавное; максимум выражен слабо и приходится на подпахотный слой 20-25 см. Для почв вечного пара максимальная Е наблюдается в еще более удаленном от поверхности слое глубиной 40-55 см и составляет 185-187 Дж/кг. Величины Е верхнего горизонта глубиной 0-35 см близки к величинам Е нижней части профиля и составляют 160-170 Дж/кг. Во всех случаях распределение Е по профилю близко к распределению органического вещества. Ухудшение водоудерживающей способности при длительном сельскохозяйственном использовании связано в первую очередь с уменьшением содержания органического вещества в верхних горизонтах профиля.

Рис. 6. Интегральная энергия водоудерживания для чернозема типичного мощного тяжелосуглинистого на лессовидных суглинках на разных глубинах для различных вариантов сельскохозяйственного использования.

О 50 100 150 200 250 300 350

На рис. 7 показаны ОГХ различных горизонтов чернозема слабодифференцированного легкосуглинистого супесчаного на иллювии и чернозема выщелоченного среднемощного тучного тяжелосуглинистого на глинистых отложениях для разных вариантов сельскохозяйственного использование.

Наблюдается смещение кривых ОГХ для образцов почв, вовлеченных в сельскохозяйственное использование, в сторону меньших влажностей для обоих вариантов дисперсности и на обеих глубинах. Различия в кривых ОГХ целины и пашни особенно заметны для верхнего горизонта (10-20 см) как в случае легкосуглинистого (разница в весовых влажностях между целиной и пашней составляет 2,5-3% во всем диапазоне влажностей), так и в случае тяжелосуглинистого чернозема (разница в весовых влажностях между целиной и пашней составляет 5-10% в средней и нижней частях и около 3,5-4% в верхней). Для более глубокого слоя (3040 см) кривые ОГХ практически совпадают за исключением небольшого отрезка в верхней части ОГХ в случае легкосуглинистого чернозема (область низких влажностей), и нижней части (области высоких влажностей) для тяжелосуглинистого чернозема.

Рис. 7. ОГХ разных горизонтов черноземов при различных вариантах сельскохозяйственного использования.

1 - чернозем выщелоченный среднемощный тучный тяжелосуглинистый на

глинистых отложениях : а - целина, горизонт А 10-20 см , Сорг= 5,62 %, Ь - целина, горизонт АВ 30-40 СМ, Сорг=4,35%, ар - пашня, горизонт А 10-20 см, Сорг= 4,40%, Ьр - пашня, горизонт АВ 30-40 см, Сорг= 4,30%;

2 - чернозем слабодифференцированный легкосуглинистый супесчаный на

иллювии: а - целина, горизонт А 10-20 см , Сорг= 5,00 %,

Ь - целина, горизонт АВ 30-40 см, Сорг=1,10%, ар - пашня, горизонтА 10-20 см, Сорг= 2,37%, Ьр пашня, горизонт АВ 30-40 см, Сорг= 0,44%.

На рис. 8 представлены величины Е для описанных выше вариантов почв. Для тяжелосуглинистого чернозема разница в величинах Е для целины и пашни выражена в верхнем слое и составляет около 20 Дж/кг, тогда как в слое 30-40 см величины Е практически одинаковые. Для легкосуглинистого чернозема снижение водоудерживающей способности проявляется примерно одинаково в слоях 10-20 см и 30-40 см, разница в величинах Е для целины и пашни составляет около 7-12 Дж/кг. Полученные данные свидетельствуют, что в ходе сельскохозяйственного использования при уменьшении содержания органического вещества происходит снижение водоудерживающей способности почвы. Для чернозема выщелоченного среднемощного тучного тяжелосуглинистого на глинистых отложениях этот процесс затронул только верхний слой (10-20 см), а в случае чернозема слабодифференцированного легкосуглинистого супесчаного на иллювии распространился глубже, различия между целиной и пашней в содержании органического вещества и водоудерживающей способности прослеживаются как в поверхностном слое так и на глубине 30-40 см.

Рис. 8. Интегральная энергия водоудерживания разных горизонтов черноземов при различных вариантах сельскохозяйственного использования.

Чернозем выщелоченный среднемощный тучный тяжелосуглинистый на глинистых отложениях

О 50 100 150 £ дж/кг 200

I I -— I —- I ' -—I

|15 ;

5 ] ' \ ; ю г-:—:—.....................-................................................-.................—,„„,,..,.............1.....о Целина

£ 35 У///////////^^^ и Паик,

Чернозем слабодифференцированный легкосуглинистый супесчаный на иллювии

о 50 юо Е, дж/кг 150

г \..................................................т„..............!...............................................~.................................|

"-15 ^//////////////////////ут?///////^ \

х

(I Г—--—..........................:.........-......-...........-..........-.............-.............И Целина

£35 ипашя

4.2. Дерново-подзолистые почвы.

Сходные закономерности были выявлены при исследовании дерново-подзолистых легкосуглинистых почв, типичных для нечерноземной зоны.

На рис. 9 показаны кривые ОГХ верхнего горизонта дерново-подзолистой почвы для различных возделываемых культурах и разных способах обработки (вековой опыт ТСХА). Из рисунка видно, что во всех случаях водоудерживающая способность почвы существенно деградирует. Даже при применении удобрений (в том числе навоза) ни в одном из вариантов не удалось сохранить присущие целине свойства. Для всех культур и вариантов удобрений кривые ОГХ в большей или меньшей степени смещены в область низких влажностей.

Наиболее близкие к целине кривые ОГХ имеют варианты с бессменным выращивание ржи при применении удобрений. Видимо, это связано с особенностями хорошо развитой корневой системы ржи, которая наряду с удобрениями обеспечивает регулярное поступление органического вещества в почву и ее оструктуривание. Промежуточное положение занимают варианты чистого пара с применением удобрений. Наибольшей деградации почва подвергается при бессменном выращивании картофеля. В целом наибольшие различия между ОГХ целины и различных вариантов выращиваемых культур особенно сильно проявляются в нижних частях кривых (область высоких влажностей). Разница составляет для ржи 12,5% весовой влажности в верхней части кривых и 5,5-9,5% в средней и нижней

частях, для чистого пара и пара - 2-3% весовой влажности в верхней части кривых и 10-16% в средней и нижней частях, и для картофеля 3-5% весовой влажности в верхней части кривых и 13-20% в средней и нижней частях.

Рис. 9. ОГХ верхнего горизонта дерново-подзолистой почвы при различных возделываемых культурах и применяемых удобрениях (вековой опыт ТСХА).

1 - целина (Сорг= 1,90 %),

2 - чистый пар бессменно

3 - пар бессменно:

4 - картофель бессменно:

5 - рожь бессменно:

На рис.10 показаны величины интегральной энергии водоудерживания дерново-подзолистой почвы при выращивании различных культур и применении различный удобрений. Максимальное значение Е характерно для целины и составляет 72 Дж/кг. Средние значения Е наблюдаются для вариантов ржи, пара и чистого пара с удобрениями (ЫРК, навоз, известь) - 55-63 Дж/кг. Наименьшей водоудерживающей способностью дерново-подзолистая почва обладает в случаях чистого пара, пара и бессменного выращивания картофеля без применения удобрений, Е - 44-52 Дж/кг.

Данные о содержании органического углерода показывают, что при сельскохозяйственном использовании происходит некомпенсированная потеря органического вещества почвы, что сказывается на её водоудерживающей способности. При высоком содержании органического вещества (Сорг - 1,9-2,2%) в вариантах с целиной и рожью интегральная энергия водоудерживания наибольшая.

: а - N РК + на воз + известь (Сорг = 1,16%), с - без удобрений (Сорг=0,95%), а - навоз (Сорг=0,81%), с - без удобрений (Сорг=0,59%), а - навоз (Сорг=0,86%), Ь - известь (Сорг=0,68%), Ь - известь (Сорг=2,22%), с - без удобрений (Сорг= 0,96%)

Для вариантов картофель, пар с низким содержанием Сорг (0,50-0,80%) интегральная энергия водоудерживания так же имеет низкие значения.

Рис. 10. Интегральная энергия водоудерживания верхнего горизонта дерново-подзолистой почвы при различных возделываемых культурах и применяемых удобрениях (вековой опыт ТСХА).

1 - целина (С0рГ=1,9%),

2 - рожь бессменно (известь, Сорг=2,22%),

3-чистый пар бессменно (ЫРК + навоз + известь, Сорг=1,16%),

4 - пар бессменно (известь, Сорг=1,16%),

5 - рожь бессменно (без удобрений, Сорг=0,96%),

6 - рожь бессменно (навоз, Сорг=1,09%),

7 - чистый пар бессменно (без удобрений, Сорг=0,95%),

8 - чистый пар бессменно (известь, Сорг=0,99%),

9 - картофель бессменно (без удобрений, Сорт=0,65%),

10 - картофель бессменно (навоз, Сорг=0,86%),

11 - пар бессменно (навоз, Сорг=0,81%),

12 - картофель бессменно (известь, Сорг=0,68%),

13 - пар бессменно (без удобрений, Сорг=0,59%).

Глава 5. ВКЛАД ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ФОРМИРОВАНИЕ ВОДОУДЕРЖИВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПОЧВ И ЕГО ВОЗМОЖНЫЕ

МЕХАНИЗМЫ.

Представленные данные показывают, что органическое вещество играет важную роль в формировании водоудерживающей способности. Однако механизмы воздействия ОВ на ОГХ в различных почвах зависят от исходной дисперсности субстрата. В грубодисперсных и органогенных макропористых средах (песчаные почвы, торфа) по-видимому доминирует непосредственное объемное поглощение (абсорбция) влаги при набухании ОВ, в тонкодисперсных - косвенное влияние, преимущественно через поверхностное взаимодействие ОВ и ЭПЧ, заключающееся в образовании агрегатной структуры и модификации поверхности ЭПЧ (формировании ПАВ-барьера). Оба эти механизма выявляют первостепенное значение коллоидных свойств ОВ в формировании водоудерживающей способности почв.

300 ■ 250 -200 ■ 150 ■ 100 -

L»

l 50 " et

Ш

r 0

Рис. 11. Интегральная энергия водоудерживания и вклад в нее органического вещества в различных почвах.

И Вклад OB

П Н

вМпД

5 6а

6с 7а 7Ь 8 9а 9b 10а 10Ь

1600 1400 1200 -1000 -800 -600 -400 . 200 ш 0

et

11а 11Ь 11с

100 -80 ■ 60 ■ 40 ■ 20 -

Ш

о

6а 6Ь 6с 7а 7Ь 8

9а 9b 10а 10b 11а 11Ь 11с Ш Вклад OB

1 - дерново-боровая песчаная, А 0-10 см (Сорг=0,02%),

2 - каштановая супесчаная, А 5-20 см (Сорг=0,04%),

3 -дерново-глееватая супесчаная, А 5-10 см (Сорг=1,13%),

4 - дерново-степная песчаная , А 0-10 см (Сорг=0,84%),

5 - аллювиальная песчаная, А 0-10 см (Сорг=1,80%),

6 - легкосуглинистая дерново-подзолистая,

а - картофель бессменно (без удобрений, Сорг=0,65%), b - чистый пар бессменно (NPK + навоз + известь, Сорг=1,16%), с - целина (Сорг=1,9%),

7 - чернозем слабодифференцированный легкосуглинистый супесчаный на иллювии,

а - пашня 30-40 см (Сорг=0,44%) b - целина 10-20 см (Сорг=5,00%)

8 - лугово-болотная песчаная, А1 10-15 см (Сорг=5,75%),

9 - чернозем выщелоченный сред немощный тучный тяжелосуглинистый,

а - пашня 30-40 см (Сорг=4,30%), b - целина 10-20 см (Сорг=5,62%)

10 - чернозем типичный мощный тяжелосуглинистый на лессовидных суглинках,

а - пашня 0-5 см (Сорг=3,08%), b - целина 0-5 см (Сорг=6,25%)

11 - торфяно-болотная,

а - 70-80 см (Сорг=48,70%), b - 0-10 см (Сорг=41,22%), с - 20-30 см (Сорг=42,87%)

На рис. 11 показан вклад органического вещества в интегральную энергию водоудерживания для аккумулятивных горизонтов почв различного генезиса и различного гранулометрического состава. Величины интегральной энергии водоудерживания для грубодисперсных почв составляют десятки Дж/кг, на долю ОВ в песчаных и супесчаных почвах приходится 5-70% Е, в среднем 40%. Для почв легкосуглинистого гранулометрического состава Е составляет 50-70 Дж/кг в дерново-подзолистых почвах и 80-110 Дж'кг в черноземах. На долю ОВ приходится в среднем около 20% интегральной энергии водоудерживания для дерново-подзолистых почв и 45-55% для чернозема. Для тяжелосуглинистых почв, представленных черноземами, величины интегральной энергии водоудерживания составляют 150-300 Дж/кг, вклад ОВ колеблется от 20 до 50%. В торфах величины Е достигают сотен и даже тысячи Дж/кг и 75-90% из этих величин приходится на долю органического вещества.

На рис. 12 показана зависимость между содержанием органического вещества и его вкладом в интегральную энергию водоудерживания. В целом на всем массиве исследованных образцов от песков до торфов прослеживается прямолинейная зависимость: Е(Дж/кг)=17,633Сорг%, К2=0,8845

Для минеральных почв зависимость приобретает вид: Е(Дж/кг)=19,075Сорг%, 112=0,8845.

Рис. 12. Зависимость между содержанием органического вещества и его вкладом в интегральную энергию водоудерживания.

180 -,

Однако в рамках отдельных классов дисперсности или гумусности,

варьирование данных остается высоким, что указывает на сложный характер

зависимости Е(СорГ) и необходимость учета не только содержания ОВ, но и его

качества.

ВЫВОДЫ.

1. На основе метода равновесного центрифугтрования исследовано влияние органического вещества на ОГХ насыпных образцов почв различного генезиса и дисперсности. Выявлен значительный вклад ОВ в интегральную работу по удержанию влаги в почвах варьирующий от 30 до 60 % в минеральных горизонтах и до 75-90 % в органогенных горизонтах почв.

2. Выявлено закономерное уменьшение равновесной влажности на ОГХ и энергии водоудерживания при искусственной дегумификации (прокаливание, обработка П202) и в длительных полевых опытах с различными вариантами обработок пахотных почв, включая вечный пар.

3. Интенсивное сельскохозяйственное использование почв приводит к снижению энергии водоудерживания на 30-35 % при соответствующем уменьшении содержания органического углерода с 6 до 3 % (в черноземах), и с 2 до 0,5% (в дерново-подзолистых почвах)

4. Необратимое снижение водоудерживающей способности дерново-подзолистых почв происходит даже на фоне применения удобрений при дозах не превышающих: N - 100 кг/га, Р2О5.- 150 кг/га, К20 - 120 кг/га, навоз - 20 т/га. По данным векового опыта наибольшей физической деградации дерново-подзолистые почвы подвергаются при возделывании картофеля, наименьшей -при возделывании ржи.

5. Наибольший вклад органического вещества в водоудерживающую способность проявляется для почв легкого гранулометрического состава и торфов. Удаление в них органического вещества приводит к закономерному смещению ОГХ на уровень свойственный материнским породам.

6. В грубодисперсных макропористых средах (песчаные почвы, торфа), по-видимому, доминирует непосредственное объемное поглощение (абсорбция) влаги при набухании ОВ, в тонкодисперсных - косвенное влияние, преимущественно через поверхностное взаимодействие ОВ и ЭПЧ, заключающееся в образовании агрегатной структуры и модификации поверхности ЭПЧ (формировании ПАВ-барьера).

7. Получена тесная регрессионная зависимость интегральной энергии водоудерживания от содержания органического углерода. В среднем на 1% органического углерода приходится 15-20 Дж суммарной энергии водоудерживания. Однако в рамках отдельных классов дисперсности ми гумусности, варьирование данных остается высоким, что указывает на сложный

характер зависимости Е(С орг) и необходимость учета не только содержания ОВ, но и его качества.

Список работ, опубликованных по теме диссертационной работы:

1. Девин Б. А., Богданова Т. А., Назарова Т. В. Сухова Е. В., Калмыкова О. А., Шикина И. В. Особенности переноса воды и ионов в поровом пространстве светло-серой лесной легкосуглннистой почвы.// Тез. докл. Всероссийской молодежной конференции «Растение и почва», НИИ химии СПбГУ, 1999, С 5960.

2. Девин Б. А., Богданова Т. А., Назарова Т. В. Сухова Е. В., Калмыкова О. А., Шикина И. В. Пространственное варьирование некоторых физических свойств светло-серой лесной легкосуглинистой почвы.// Тез. докл. Всероссийской молодежной конференции «Растение и почва», НИИ химии СПбГУ, 1999, С 158159.

3. Назарова Т. В. Динамика органического вещества и энергетическое состояние влаги в почвах.// Тез. докл. VIII международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2001», секция «Почвоведение», М., 2001, С 84.

4. Назарова Т. В. Влияние органического вещества на ОГХ почв легкого гранулометрического состава.// Сборник тезисов 5-ой Пущинской конференции молодых ученых «Биология - наука 21-го века» (16-20 апреля 2001 года). Пущино, 2001, С 265-266.

5. Назарова Т. В. Влияние органического вещества на ОГХ почв различного гранулометрического состава.// Тезисы докладов II международной конференции «Гуминовые вещества в биосфере», СПбГУ, 2003, С 19-20.

6. Поздняков А. И., Паников Н. С., Шеин Е. В., Девин Б. А., Назарова Т. В. Локализация парниковых газов в торфяной толще болот Западной Сибири.// Почвоведение, № 6, 2003. С 697-700.

7. Смагин А. В., Садовникова Н. Б., Кирюшова А. Б., Назарова Т. В., Машика А. В. Еремина А. М. Влияние органического вещества на водоудерживаю-щую способность почв.//Почвоведение, № 6, 2004, С 312-321.

Подписано в печать 10 февраля 2009 г.

Формат 60x90/16

Объём 1,5 п.л.

Тираж 110 экз.

Заказ № 210409206

Оттиражировано на ризографе в ООО «УниверПринт» ИНН/КПП 7728572912\772801001

Адрес: 117292, г. Москва, ул. Дмитрия Ульянова, д. 8, кор. 2.

Тел. 740-76-47, 125-22-73.

http.7Avvvw.univerprint.ru

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Назарова, Татьяна Владимировна

Введение

Глава 1 .Влияние органического вещества на физические свойства и процессы в почвах

Глава 2. Объекты и методы исследования

2.1рбъекты исследования

2.2. Методы исследования

Глава 3. Воздействие содержания органического вещества на ОГХ грубодисперсных почв.

3.1. Почвы легкого гранулометрического состава

3.2.Торфяно-болотные почвы

Глава 4. Воздействие содержания органического вещества на ОГХ агрегированных тонкодисперсных почв.

4.1 .Черноземные почвы

4.2. Дерново-подзолистые почвы

Глава 5. Вклад органического вещества в формирование водоудерживающей способности почв и его возможные механизмы.

5.1. Зависимость между содержанием ОВ и его вкладом

В интегральную энергию водоудерживания 104 5.2. Механизмы влияния органического вещества на формирование водоудерживающей способности

Выводы

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Влияние содержания органического вещества на энергетическое состояние влаги в почве"

Одной из приоритетных задач современного биогеофизического направления . в, почвоведении следует считать изучение воздействия организмов и продуктов их жизнедеятельности на физическое состояние ч 4 ' почв [Смагин, 96]. Аккумуляция биополимеров как материальных носителей такого воздействия приводит к коренным изменениям- физических свойств материнской породы (субстрата) в процессе почвообразования и окультуривания почв, заключающимся в оптимизации их структуры, проницаемости, поглотительной и водоудерживающей способности [Кузнецова, 94, Кузнецова, Бондарев и др. 2000, Смагин, 93, Смагин, Савельев.и др., 92, Смагин, Садовникова, 94, Смагин, Губер и др. 99, Смагин, Садовникова и др., 99, Смагин, Садовникова и др., 2001, Хан, 69, Gupta, Larson, 79; Shirazi, Boersma и др., 98]. Вместе с тем при обратном процессе -деструкции органического вещества (ОВ) почвы происходит неизбежная деградация их физического состояния, фиксируемая по* ряду таких показателей, как уплотнение и слитизация, дезагрегация; потеря водопрочности структуры, ухудшение водоудерживания и способности почвы проводить влагу и газообразные вещества [Бондарев, 94, Кузнецова, 94, Смагин, Садовникова и др., 99, Хан, 69]. В настоящее время все возрастающая антропогенная нагрузка приводит к потерям органического вещества в почвах, особенно в пахотных, и проблема ухудшения физического состояния почв, вызванная деструкцией биополимеров, становится все более и более актуальной. Задача специалистов уметь оперативно оценить такие потери на количественном уровне, прогнозировать возможные изменения, знать сколько органического вещества необходимо, чтобы вернуть почвы в первоначальное состояние или его оптимизировать. Для этого необходимо связать интенсивный показатель содержания ОВ в почве (концентрацию, запасы) с базовой характеристикой ее физического состояния. В качестве последней удобно использовать ОГХ, которая является так называемым «физическим паспортом почвы» [Воронин, 90 , Смагин,

2003, Смагин, Садовникова и др., 99]. Заметим, что значимое влияние ОВ на

ОГХ выявляется на большом статистическом материале при анализе баз данных и расчете педотрансферных функций [Шеин, Архангельская и др.,

2001 , Gupta, Larson, 79, Shirazi, Boersma и др., 98]. Однако, работ по непосредственно экспериментальной оценке этого влияния не так уж и много

Глобус, Туленинова, 2000, Мироненко, Салимгареева и др.2000, Смагин, 93,

Смагин, Садовникова, 94, Смагин, Губер и др. 99, Смагин, Садовникова и др., 99], что во многом объясняется трудоемкостью подобных исследований с использованием традиционных для гидрофизики методов определения ОГХ.

Механизмы воздействия ОВ на водоудерживающую способность и физическое состояние почв до сих пор окончательно не ясны. В результате, несмотря на всеобщее признание значимости, проблема влияние ОВ на1 водоудерживающую способность и физическое состояние почв на количественном уровне остается недостаточно исследованной.

Комплексность проблемы и отсутствие необходимых методических разработок в данной области определяют стадийный характер ее решения. На первом этапе допустимо ограничиться количественными аспектами воздействия ОВ на ОГХ без учета качественного разнообразия природных \ л биополимеров и их биохимического состава.