Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕЙ УПЛОТНЯЩЕЙ НАГРУЗКИ НА СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕЙ УПЛОТНЯЩЕЙ НАГРУЗКИ НА СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ"

1-49 №

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМШИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВВКЖЕТ им. М.В. ЛОМОНОСОВА

ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи

ГОНЧАРОВ ВЛАДИМИР ШХАЙЛОВИЧ

УДК 631.43

ВЛИЯНИЕ швшва галотаящш НАГРУЗКИ НА ШРУШРНО-вУНКЩГОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ

Специальность 06,01.03 - почвоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва, 1968

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

Научный руководитель - кандидат биологических наук, старший

научнчй сотрудник П.Н.БЕРЕЗИН

Официальные оппоненты - доктор биологических наук.

Ведущее учреждение - Украинский научно-исследовательский

институт почвоведения и агрохимии і им.А.Н.Соколовского

в ауд. ¡4-2 на заседании специализированного совета К 053.05.16 в МГУ М.В.Ломоносова: 11ВУ99, Москва, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ

профессор

М.С.КУЗНЕЦОВ

- кандидат биологических наук

И.В.КУЗНЕЦОВА

Защита состоите.«

Автореферат разослан

Учений сечрчтірь ,тгг?ц:т тизированного совета

Г,В.Мотузова

Актуальность темы. Развитие сельскохозяйственного производства сопровождается резким увеличением парка сельскохозяйственных мавдн, повышением ихэнергонасыценности. Возрастает 'влияние ходовых систем машинно-тракторных агрегатов (МТА), оказываемое ш почву. Возникла опасность чрезмерного уплотнения почвы, особенно в верхней части профиля, разрушения ее структуры, измене- ' ния всего комплекса физических свойств. Отрицательные последствия переуплотнения отмечены практически во всех регионах, но в наибольшей степени они проявляются на увлажненных почвах, в зоне орошаемого земледелия.

Внедрение интенсивных технологий возделывания культур предполагает маршрутизации движения сельскохозяйственных машин, что 'позволяет снизить общую площадь поверхности почв, подвергающихся уплотняющему воздействию. Однако многократные проезды МТА по строго ограниченной полосе приводят к аккумуляции-уплотнения в зонах колеи и формированию в профиле почвы участков с сильно измененными физическими свойствами. Исследование этих зон, а также^ их влияние на окружающее почвенное пространство являются актуальными при решении общей проблемы снижения переуплотнения почв. Вместе с тем необходимо изучение механизмов изменения структурно-функциональных и гидрофизических свойств почв в условиях влияния конкретных действующих давлений.

Цели и задачи исследований. Цель» работы явилось изучение комплекса физических свойств и процессов в черноземах обыкновенных и южных в зоне влияния технологической колеи. В соответствии с этим были поставлены следующие задачи:

а) изучение комплекса-физических свойств почв и пространственного распределения их значений в трансекте колеи и выделение

- I -

.....Л-

уплотненных зон; ■ . ,

б) исследование.структуры порового пространства почв и

* '

его изменения в уплотненных зонах технологической колеи;

в) изучение изменений пористости и влажности почв под влиянием капиллярно-сорбционного и внешнего механического давлений« а также взаимосвязи действующих .давлений в условиях равновесия;

г) выявление влияния уплотненных зон на передвижение и распределение влаги в почвенном профиле. '

Научная новизна "работы. Разработана методика исследования и получены зависимости объема порового пространства и влажности почв, от действующих давлений (капиллярно-сорбционного и внешней нагрузки) при их совместном воздействии и с учетом усадки почвы.

С помощью термодинамического метода'выявлены специфические явления водообмена уплотненных зон колеи и окружающей почвы,, обоснован их механизм.

Практическая ценность состоит в разработке методик исспе-дования структурно-функциональных и гидрофизических свойств почвы на участках технологической колеи и'виделенда уплотненных зон по всему комплексу изученных параметров. Предложено устройство, позволяющее контролировать изменения пористости и влажности почв при одновременном воздействии.внешнего й капиллярно-сорбционного давлений.

Апробация. Основные положения диссертации-были доложены, на П-ом съезде почвоведов я агрохимиков Украинской ССР (Харьков, 1935), на Всесоюзной научной конференции "Агропочвоведение и плодородие почв" {Ленинград, 1936), на 1-ом Всесоюзном совещании "Гидрофизические функции и влагометрия почв" (Ленинград,

1997). Диссертация рассмотрена.vrрекомендована к защите на за- х седании кафедры физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано'4 работы, одна статья - находится в печати. \ „ ' -Огруятура и объем работы. Диссертация состоит из-введения, <6 глав и выводов, списка литературы иэ 138 наименований» содержит страницы машинописного текста, -S страниц приложений, & , таблицы и. рисунков.

, ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Проблема переуплотнения почв под влиянием ходовых систем сельскохозяйственной техники чрезвычайно актуальна* На отрицательные последствия уплотнения почвы тяжельйни мадинно-трактор- ь ными агрегатами (UTA) для сельскохозяйственных растений указывали H.A.Качинский, И.С,Рабочее, И.Б.Ревут и др. Исследования в этом направлении широко проводятся в различных почвенно-кличати-ческик зонах (Бондарев, Медведев, Кузнецова, Кононов и др.). Потери урожая возделываемых культур в результате переуплотнения* почвы достигают 50% к Солее. Отрицательные последствия воздействия, ходовых систем МТА на почву сохраняются в течение нескольких лет (Медведев, Пупонии, Ляско, 0хитин). Маршрутизация.движения техники по ограниченной колее приводит к усилению влияния на почву по линиям прохода движителя, формируются уплотненные зоны, отличающиеся по физическому состоянию от окружающего почвенного пространства (Ксеневич, Су вейка), Выделение этих зон на основании комплексного изучения физических свойств почвы позволяет оценить изменения, происходящие в почве под влиякием

уплотнения, ипроследить основные закономерности распространения процесса уплотнения в почвенном профиле. Вместе с тем, вопросы, изменения структур" перового пространства почв при уплотнении остаются мало изученными. Наиболее перспективной в этом направлении является энергетический подход к количественной оценке структуры порового пространства (Береэин, Воронин, Шеин), который позволяет дать количественную оценку изменений и осуществлять прогноз основных параметров: удельных объемов порового пространства почвы, агрегатов и пор, занятых влагой, под влиянием ' действующих на почву сил - кагщллярно-сорбционного давления влаги и давления внешней нагрузки.

Одновременно действущие на почву давления, изменяя перовое пространство, оказывают взаимное влияние. Исследованиями Крони, Талсма, А.Д.Воронина, А.МонеЙма и др. показано, что увеличение давления внешней нагрузки приводит к повышению давления влаги в условиях постоянной влажности почвы. Изменение гидрофизических свойств почвы при'уплотнении оказывает влияние на характер водообмена уплотненных зон в естественных условиях. »

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В качестве объектов исследования были выбраны черноземы обыкновенные тяжелосуглинистые мицеллярно-карбокатные (Дубоссар-ский район МССР) и черноземы южные тяжелосуглинистые карбонатные (Красногвардейский район Крымской области). Исследованные почвы используются под промышленные яблоневые сады с полностью механизированной технологией ухода. Сады заложены по сплошному плантажу глубиной 50-60 см. Ширина междурядий в саду на черноземе обыкновенном составляет 4 м, на черноземе южном - 5 м. Общая агрофи-

зичеекая характеристика объектов;исследований дана в таблице I.„ Гранулометрический - состав, физические и физико-химические свойства почв определялись по общепринятым методикам, описанным в руководствах (Вадюнина, Корчагина, 1973; Аринушкина, 1962). Оценивая объекты исследований'необходимо отметить, что чернозем гжннй отличается от чернозема обыкновенного более тяжелым гранулометрическим составом, повышенной плотностью,.низкой водопроницаемостью, малым содержанием гучуса, пониженной микроагре гиро ван-ностью, высокой емкостью-катионного обмена и содержанием диспергирующих катионов в составе поглощающего комплекса {калий и магний).

Для пространственного отыскания границ уплотненных зон в профиле почвы междурядья.применялся метод трансект, которые располагались перпендикулярно маршруту движения ИГА.

Измерение основных показателей физического состояния почв и отбор образцов проводился в вертикальной плоскости траншеи, охватывающей рядок деревьев и междурядье с технологической колеей. Точки опробования располагались в узлах координатной сет-( ки, нулевая отметка находилась на поверхности- почвы в рядке деревьев. Интервал расстояния между точками в горизонтальном направлении составлял £0. см, в вертикальном - 10 см.

При изучении влияния действующих на почву давлений - капил-лярно-сорбционного и внешней нагрузки - на пористость к влажность почв было использовано устройство, позволяющее одновременно изменять величины действующих давлений и контролировать объем порового пространства и содержание влаги в почве. Устройство представляет собой комбинированный механический пресс-капилляри-метр (рис.1). Объем почвенного образца составляет 50 см3. Пористость почвы контролируется по изменению высоты образца, влаж-

-5 -

Таблица -1

Агрофизическая характеристика объектов исследования

Горизонт, Плотность, г/см3 Водо- Содержание (%)Фр.

г^бина, ^о,почвы агрегаг.тв,фазы щдевд. 1р_5 ^

Чернозем обыкновенный

Ак 0-16 4,0 1,14 1,67 2,54 10,6 82,8

АГ 16-49 4,6 1,35 1,69 2,57 31,1 94,6

^ 49-100 3,2 . 1.30 1,73 2,64 1,5 ^ 84,0

В1 100-120 1,7 1,34 - ■ 2,69 2,7 -

В2 120-155 1,4 1,31 2,68 1,4 -

30 155-210 - 1,31 - 2,70 2,1 _

^0-7 2,2 1,29 Чернозем южный 1,79 2,69 2,2 71,7

Ад- 7-28 2,0 1,36 1,79 2,70 1,2 82,3

АВ 28-70 2,2 1,35 1,72 2,70 12,4 81,1

Вх 70-133 0,4 1,45 2,71 4,5 ■ ■ -

В2133-179 0,4 1,42 - 2,71 2,2 - ■

В3179-200 0,2 1,43 - 2,70 1 2,8 -

51.4 30.5

2,6 2,1

55.2 34,9

9,9 1,7

51,4 34.1

12,1 1,6

51.6 33.5

10,4 2,2

49,1 30.6

12,3 2,0

47.7 28.5

10,6 - 1,1

58.6 36.1

25,3 г,5

59.3 36,2

13,5 2,5

60.1 37.5

20,9 4,0

43.4 30,0

27,7 6,6

43.7 26,0

22,3 2,6

21.5 12.3

10,6 6,5

Примечание. Содержание фракций 10-0,25 мм получено при сухом рассеве; сО,01 и <0,001 мм - при гранулометрическом (верхи.)

и микроагрегатном (нижн.) анализах. .

■

Рис.І, Схема комбинированного механического ггресса-капилля-риметра: I - рычажный Гфесе, 2 - штамп, 3 - почва, 4 - пористая керамическая мембрана, 5 - металлическая пластина с отверстиями, б - мессура, 7 - тарированный стеклянный капилляр,^ 9 - манометр.

ность - по объему вытекшей из него влаги.

Наблюдение за динамикой давления влаги в уплотненной и неуплотненной почве проводилось с помощью тензиометров с ртутным манометром.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ В ЗОНЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КОЛЕИ

При выделении В профиле технологической колеи ЗОН с И940- ■ неннымн физическими свойствами задача оценки пространственного' распространения уплотненных участков сводится к изучению параметров в Управлении, перпендикулярном движении техники. Оценка распространения уплотненных зон и отыскания их "границ возможны лишь в случае детального обследования почвенного профиля в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Значения изученных параметров" (плотность почвы, сопротивление пенетрации конуса,- водопроницаемость почвы), полученные-на черноземе обыкновенном и представленные на рис.2 а,б,в в вид'е изоквант-линий с равными значениями параметра, показывают границы распространения зон с различной степенью изменения признака, то есть зоны с различной степенью уплотнения.

Рис.2. Язокванты значеная физических характеристик чернозеїга обыкновенного в трансекте междурядья яблоневого сада : а) плотность почвы, г/сіР; б) сопротивление пенетрашія, кгс/cj^j в) водопроницаемость, мм/мин. ' '

-а-

Нетрудно заметить, что изменение отдельных показателей физического состояния чернозема обыкновенного под влиянием уп-., лотнекия различно, следовательно поведение каждого из них при уплотнении носит индивидуальные особенности,

В целом можно отметить, что максимальное уплотнение наблюдает сяв верхней части профиля, непосредственно под колеей. Плотность чернозема обыкновенного превышает-здесь 1,40 г/см3, вниз по профилю ее значения постепенно уменьшаются и на глубине 4050 см составляют 1,10-1,£0 г/см3, что близко к значениям в неуплотненной зоне, [Иирина зон с плотностью 1,30 г/смэ равна 60-70 см,

Сопротивление пенетрации конуса возрастает при продвижении из рядковой зоны в зону колеи от 2 кгс/см^ до 5-6 кгс /см2. Непосредственно в рядковой гряде, сформированной из насыпного почвенного материала, сопротивление пенетрации составляет лишь О,5-1,0 кгс/сМ^. Границы распространения изменений этого признака в зоне колеи и их конфигурация имеют индивидуальные черты.

Это справедливо и для значений водопроницаемости почвы. Глубина распространения влияния уплотнения, выделенная по этому параметру, больше, чем для других свойств. Значения водопроницаемости почвы вблизи от рядка превышают 10 мм/мин, а в колее снижаются до I мм/мин. Ширина уплотненных зон достигает 90-100 см. Для полной оценки изменений физического состояния почвы в зоне колеи необходим комплексный анализ параметров или выделение наиболее информативного из них по отношению к уплотнению. С этой целью был применен метод дискриминантного анализа массива данных, заключающийся в отыскании значимых различий между точками опробования по всему комплексу изученных свойств (пакет стандартных программ БЦЕЕР, программа 7М), после чего совокупность точек опробования была разделена на £ группы: уплотненная и неуплотненная.-* ^ _ 9 - '

колеи в черноземе обыкновенном, выделенные с помощью дискрими-нантного анализа (показаны штриховкой). '

Границы между ними, представленные на рис.3, выделяют зоны, различающиеся по всему комплексу параметров. Их глубина достигает 70 см, а ширина - €0-70 см. Аналогичные исследования, проведенные на черноземе южном, позволяют увидеть различия в формировании уплотненных зон на данных объектах. Уплотненные зоны в профиле чернозема южного имеют меньшую глубину распространения (3035 см) и■значительно шире. Причинами этого являются;

а) большая ширина междурядьяв саду на черноземе южном и» следовательно, менее жесткая маршрутизация движения МТА, допускающая отклонения от центральной линии, что приводит к увеличе-. нию ширины колеи;

б) более высокая плотность чернозема южного в целом по ~ профилю; i

в) строение почвенного профиля - однородное по плотности в черноземе обыкновенном и с увеличивающимся по плотности с глуби-

.10 -

ной.в черноземе гасном. Уплотненный горизонт в черноземе южном способствует горизонтальному распространению поверхностных зон -уплотнения и препятствует их распределению в глубину. Границы уплотненных зон технологической колеи, выделенные на объектах

Л

исследования, свидетельствуют о том,что процесс уплотнения почв г локализован непосредственно в районе колеи и.зависит от исходных ' свойств почв и специфики строения почвенного профиля,

ИЗМЕНЕНИЕ ПОРОВОГО ПРОСТРАНСТВА ПОЧВ ПРИ УПЛОТНЕНИИ

Изучению порового пространства почв и его изменению при уплотнении был посвящен ряд работ (Кузнецова,'1981,1984; Утнаева и др., 1986; гегеИсаи, 1984; ЮошьаЪ , 1984; ШЛ , 1985

и др.), однако теоретическая разработка вопросов взаимосвязи

1

характеристик порового 'пространства и давлений, действующих на ( почву (внешнего и халиллярно-сорбционного) остается недостаточной. Наиболее перспективной в этом направлении является струк--турно-знергетическая концепция (Зоронин, 1980; Березкн, Воронин, Шеин, 1983,1985), которая позволяет осуществлять прогноз изменений структуры порового пространства почвы под влиянием различных факторов на основе анализа ряда энергетических параметров твердой фазы почвы (поверхностная энергия твердой фазы - Е, удельные объемы прочноевязанной влаги - Уа и агрегатного порового пространства - Дд^, а также влажность предела текучести' - У/г ). Структура порового пространства почвы рассматривается в широком диапа-^ зоне давления влаги и изображается в виде диаграмм, отдельные ветви которой показывают изменения удельных объемов порового пространства почвы ($), агрегатов (Д) и поровой влаги (V/ ),

На рис.4а представлены диаграммы структуры порового пространства верхнего 20-сантиметрового слоя чернозема обыкновенного

- - II т '

в зоне колеи и межколейной зоне. Они показывают, что в уплотненной, зоне наблюдается снижение удельных объемов порового пространства как почвы, так и'агрегатов. Уменьшается объем пор, занятых влагой,

сма/г

0,40 -

0,30

0,20 -

0,10

Рис.4. Диаграммы структурного состояния почвы: — — в

межколейной зоне, —Л- - в зоне колен. Ф и Ф' - уд.объем

пор почвы, Д и Д' - уд,объем агрегатных пор, ' и V - * уд,объем поровой влаги.

а - чернозем обыкновенный.

Количественная оценка этих изменений, проведенная для двух ,значений давления влаги, позволяет сделать вывод, что при.иссушении почвы различия между уплотненной и неуплотненной зонами уменьшаются, и наоборот, в области высоких значений давления

- 12 -

влаги они значительно вше. Так, при рР=5 удельный объем агрегатных пор в нвуплотненной почве равен 0,21 сма/г, а в уплотненной - 0,17 см3/г. При рР=2,5 эти величины составляют, соответственно, 0,37 я 0,28 см3/г. То есть, усадка почвы и агрегатов при иссушении приводит к уменьшению различий между показателями структуры порового пространства уплотненной и неуплотненной зон. Следовательно, оценка этих параметров, проведенная при одной влажности (для агрегатов это, как правило, воэдушно-сухое состояние) не отражает объективно всех изменений, происходящих в почве при уплотнении.

ф, Д, V/ см3/г 0,40

0,30

0,20 .

0,10

—Г"

2

■л—

3

—г-

4

5. рР

Рис.46 - чернозем южный.

В.черноземе юкном (рис.46) уплотнение не приводит к изменению удельного объема агрегатных пор, к также объема пор, занятых влагой. Это связано с высокой исходной плотностью агрегатов (1,79 г/см3) и жесткостью их структуры, проявляемой при низкой влажности почвы, которая сохранялась в течение исследуемого периода. 1фоме того, процесс формирования уплотненных зон имеет здесь, как отмечалось в главе 3, преимущественно горизонтальное направление и распространяется на межколейное пространство. Поэтому зона колеи и межколейный участок не различаются:по значениям удельных объемов агрегатных пор, а уменьшение удельного объема перового пространства почвы происходат за счет сокращения крупных межагрегатных пор и трещин.

ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРНО-ФУНКЦДОНАЛЬШХ СВОЙСТВ ПОЧВ ПОД ВЛИЯНИЕМ ВНИШЕЙ НАГРУЗКИ

Действие внешней нагрузки на почву приводит к уменьшению объема перового пространства, а следовательно, изменяет весь комплекс структурных и'гидрофизических свойств. Под влиянием давления внешней нагрузки в условиях неизменной влажности почвы происходит повышение калиллярно-сорбционного давления влаги СТалсма, Монейм, Глобус). Вместе с тем, изменение калиллярно-сорбционного давления также оказывает влияние на структуру поро' вого пространства, как отмечалось в главе 4. Таким образом, -структурно-функциональные свойства почвы определяются влиянием одновременно действующих на нее сил - калиллярно-сорбционного' давления и давления внешней нагрузки. В работе изучено изменение удельных объемов порового пространства почвы (Д) и поровой влаги ( № ) при различных значениях одновременно действующих давлений (Ркс и Рвн).

Зависимость удельного объема пррового пространства чернозема обыкновенного от величины внешней нагрузки при различных уровнях капиллярно-сорбционного давления (рис.5) имеет вид типичных компрессионных, кривых. Они показывают, что максимальное снижение Д.наблюдается в диапазоне нагрузок от 0 до.50 кПа..-Уп—■ лотнение происходит и при дальнейшем увеличении механического давления, но в значительно меньшей степени. Понижение уровня капил-лярно-сорбционного давления приводит к уменьшению изменений Д под нагрузкой. При Ркс» О кПа действие нагрузки 80 кПа приводит к . уменьшению'удельного объема порового пространства от 0,55 до 0,36 см3/г, то есть на 0,19 см3/г, а при Ркс= -60 кПа - от 0,43 до 0,32 см3/г, то есть лишь на 0,11 см3/г.

Рис,5, Зависимость удельного объема пор чернозема обыкновенного СД,смэ/г) от давления нагрузки (Р^.кПа) при различном капиллярно-сорбциоином давлении (Рнс,кПа). Цифры у кривых показывают уровень Р .

Увеличение внешней нагрузки на почву приводит к выравниванию абсолютных значений удельного объема пор; полученных при различных уровнях давления влаги« то есть влияние капиллярно- _ сорбциоютого давления на поровое пространство почвы уменьшается по мере возрастания внешнего давления.

Рис.6, Зависимость удельного объема пор (Д,см3/г) черное зема обыкновенного от калиллярно-сорбци окно го давления влаги (Ркс, кПа) при различной внешней нагрузке. Цифры у кривых -давление нагрузки (Рвн, кПа).

Это хорошо иллюстрируем график зависимости удельного объема парового пространства от капиллярно-сорбционного давления, то есть усадка почвы, при различных уровнях внешней нагрузки (рис.6) Как видно из рис.б, основная усадка почвы происходит при уменьшении давления влаги в интервале от О до -20 - (-30) rila, на который приходится до ТОЙ от всего объема усадки. Следовательно, снижение Д обусловлено, в первую очередь, уменьшением объема крупных лор, дренируемых при данном'давлении.

Возрастание внешнего давления также ведет к уменьшению, прежде всего, удельного объема крупных пор. Поэтому относитель-

нал усадка почва по мере повышения.уровня внешней нагрузки уменьшается.' Ос этом свидетельствует график зависимости Д от Ркс при внешней нагрузке на почву 1€0 кПа, который имеет поло, гий:вид, приближаясь к горизонтальноК прямой. Усадка этой почвы незначительна, она ведет себя подобно жесткой системе.

Изменение структуры порового пространства почвы, уменыве- . кие удельного объема крупных пор под влиянием внешнего давления отражается на водоудерживаицей способности почвы. Кривые основной гидрофизической характеристики (ОГХ) (Глобус), полученные при различных уровнях внешней нагрузки (рис,7), свидетельствуют

' . Рис.7, Зависимость'капиллярно-сорбциоиного давления влаги;

(Ркс,кПа) от влажности чернозема обыкновенного (\л/ ,%) при - различном давлении нагрузки (Рвн,кПа), Цифры у кривых -давление нагрузки. ■ *

об уменьшении водоудерживаодей способности почвы при увеличении механического давления. Максимальные изменения наблюдаются в

-40

-20

60

30 40 50 60

содержании подвижной и легко доступной влаги, удерживаемой давлением не ниже -30 - (-40) кПа, что является следствием,умень-"шения объема крупных пор. По мере увеличения внешнего давления количество- влаги, находящейся при Ркс= О - (-40) кПа уменьшается (при Рвн= 0 - 15%, при Рвк=» 40 кПа - 6%). Кривая ОГХ почвы, находящейся под погрузкой 160 кПа, приближается к вертикали, что свидетельствует о незначительном содержании влаги, удерживаемой в почве при давлении не ниже -40 кПа (1,5%). Однако влияние даже минимальной нед*рузки £0 кПа сохраняется во всем изученном диапазоне давления влаги Сот О до -60 кПа), Причем наибольшие изменения происходят именно в первые этапы действия механического давления, при Рвн 20 и 40 кПа. Так, содержание влаги, удерживаемой при капиллярно-сорбционном давлении -30 кПа, в неуплотненной почве равно 42%, при нагрузке 20 кПа оно снижается , до 37%, а при 40 кПа - до 34%. Дальнейшее увеличение механического давления на 20 кПа (до 60 кПа) приводит к уменьшению влажности до 33%. Таким образом, при возрастании нагрузки на каждые 20 кПа наблюдается уменьшение водоудерживащей способности: на первом этапе - на 556, на втором - на на третьем - лишь 1% и т.д.

Уменьшение удельного объема порового пространства под -действием нагрузки смещает равновесие действующих давлений, и в случае неизменного содержания поровой влаги происходит установление равновесного капиллярно-сорбционного давления на более высоком уровне. На рис.8 представлены графики зависимости капил-лярно-сорбционного давления влаги от внешней нагрузки для различных значений влажности почвы. В целом,'следует отметить,' что вид графиком отличен от прямолинейного. На первых этапах воздействия механического давления наблюдается резкое увеличение

- 18 -

Рис.8. Зависимость капиллярно-сорбционного давления влаги (Рке, кПа) от давления внешней нагрузки (Рвн, кПа") при различной влажности чернозема обыкновенного. Цифры показывают влажность почвы (% ).

давления влаги, а затем, по мере возрастания нагрузки, ее влияние уменьшается. При уменьшении влажности почвы влияние нагрузки на капиллярно-сорбционное давление снижается. Результаты исследований взаимосвязи действующих давлений показывают, что лишь в небольших интервалах значений внешней нагрузки, на отдельных участках кривой ее можно апроксимировать прямолинейным законом. >

В результате аналогичных исследований чернозема южного были отмечены некоторые характерные особенности: более продолжительная усадка при всех уровнях нагрузки, проявляющаяся до величин капиллярно-сорбционного давления -40 кПа; большая водоудер-жяващая способность этих почв и более резкое повышение давления влаги на начальных этапах действия внешней нагрузки. Отмеченные различия свидетельствуют о сильной подверженности гидро- 19 -

физических характеристик чернозема южного изменениям в процессе уплотняющего воздействия, проявляемой-в диапазоне высоких значений влажности почвы. Это связано с более тяжелым гранулометрическим составом данной почвы, меньшей гумусированностыо,- " менее благоприятным составом поглощающего комплекса,

ГИДРОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ УПЛОТНЕННЫХ ЗОН ПОЧВЫ ^

Изменение всего комплекса структурно-функциональных к гидрофизических свойств почв, происходящее при уплотнении,.отражается на условиях передвижения почвенной влаги.

Для исследования особенностей давления влаги в зоне технологической колеи были получены данные о динамике капиллярно-сорбционного давления и влажности почв на уплотненном и неуплотненном участках, а также в условиях модельного опыта.

Методика модельного опыта состояла вследующем: монолит, взятый из уплотненной зоны, был совмещен в едином блоке с двумя аналогичными монолитами из неуплотненных зон. Весь сборный блок после капиллярного подпитывания иссушался. При атом проводился контроль тензиометрическиго давления влаги в различных частях блока (рис.9). По мере иссушения почвы давление влаги в уплотненной зоне падало значительно быстрее, чем в рыхлых. Через 35 часов после начала иссушения его значение в плотной части составляло -23 кПа, в рыхлой - -II хПа, через 40 часов - -41 и -15 кПа, соответственно, а через бО часов —70 и -40 кПа,' Такое распределение давлений в условиях интенсивного иссушения, указывает на возможность передвижения воды из неуплотненных зон в уплотненную. Эта тенденция, как показывают результаты опыта, возрастает по мере иссушения почвы, а также при увеличении скорости испарения влаги.

Рис.9. Изменение кяпиддярно-сорбцяонного давления влаги (Ркс,кПа) в различных точках монолита при иссушении. Точки 1,2,5 и 6 относятся к неуплотнеяной части, 3 и 4 - к зоне колеи.

Подобные наблюдения проведены в производственных условиях на участках колеи, мевколейного пространства и в неуплотненной зоне рядка (рис.10). Если в начальные этапы наблюдений значения давления влаги и влажности почвы были одинаковы для уплотненной и неуплотненной зон, то на б сутки давление влаги в колее составило -50 кПа, а в неуплотненной зоне -27 кГГа, При этом значения влажности почвы на этих участках не различались. В течение всего периода наблюдений эта тенденция сохранялась. Отмеченные закономерности являются следствием более сильного испарения влаги из уплотненной почвы и возникновения условий для передвижения ее из неуплотненной зоны в зону колеи.

^ Таким образом,-происходит перераспределение влаги в почве, а уплотненный участок колеи является своеобразным "фитилем". Это явление наблюдается в неравновесных условиях, при наличии сильного испарения влаги. Существование этих условий приводит

- £1 -

к возрастанию непродуктивных потерь почвенной влаги за счет подтока и - испарения ее с пове(рхности уплотненных зон технологической колеи.

Рис,10, Динамика капиллярно-сорбционного давления влаги . (Ркс,кПа) чернозема обыкновенного на глубине 30 см В различных зонах технологической колеи,

I

ВЫВОДИ '

. I, Внешнее давление, оказываемое на почву сельскохозяйственной техникой при маршрутизации проездов, приводит к формированию уплотненных зон, выделяющихся по всему комплексу физических свойств.Характер и степень их распространения зависит от ио

ходкого структурного состояния я свойств почв. В черноземе

> ■

обыкновенном, исходно более рыхлом и с равномерным распределен *

кием свойств по профилю, уплотнение прослеживается до глубины 60 см и имеет ширину 80 см; в черноземе южном, более плотном,

с наличием уплотненного горизонта с глубины 35-45 см, - до 40 с

- -

шириной 160 см. „ '""■ '

в 2. Форма и размеры уплотненной-зоны, выделенной по отделу ныи параметрам, различны. Диагностика уплотнения почвы требует изучения всего комплекса структурно-функциональных и гидрофизических свойств. Показана эффективность применения дискриминант-ного анализа для обобщенной оценки уплотнения по комплексу фи- -зических свойств. Доминирующим признаком, в наибольшей степени отражающим-действие уплотняющих нагрузок, в.черноземе обыкновенном выделена водопроницаемость» в черноземе южном - плотность _почвы.

3. Уменьшение общего объема порового пространства при уплотнении чернозема обыкновенного происходит как за счет межагрегатных, так и вцутриагрегатных пор. Изменение порового пространства в черноземе южном происходит за счет уменьшения межагрегатных пор, уплотнение агрегатов при этом не выражено вследствие

-их высокой исходной плотности,

4. Зависимость капиллярно-сорбционного давления влаги от величины внешней нагрузки при постоянной влажности почвы в диапазоне давлений от 0 до -80 кПа носит обратнопропорциональный характер вид ее определяется величиной влажности и свойствами почв,.

5. Изменения параметров порового пространства почвы, капиллярно-сорбционного и внешнего давлений взаимосвязаны:

- понижение уровня капиллярно-сорбционного давления влага

■ ■ . .

приводит к уменьшению изменений объема порового пространства под действием давления внешней нагрузки;

- с увеличением внешнего давления на почву происходит умень пение объема усадки при иссушении, а при внешнем давлении 160 кП.

- - 23 - -

изученные черноземы проявляют свойства жесткой неу сади бающейся , С системы; ■ , *

- увеличение внешнего давления приводит к смещению кривой основной гидрофизической характеристики в сторону более низких влажностей во всем изученном диапазоне давления влаги (от 0 до -вО кПа).

6. В условиях естественного иссушения почвы уплотненные зоны отличаются пониженным капиллярно-сорбционным давлением, что

' I

приводит к возникновению потоков влаги направленных из1 неуплотненной в уплотненную зону почвы, .

Список опубликованных работ по теме диссертации;

1. Электропроводность насыщенных и ненасыщенных влагой почв и поровых растворов. "Вестн.МГУ. Сер.Почвовед.", 1904, №2, с,42-48 (в соавт.).

2. Структура почвы - физическая основа почвенного плодородия,//. Тез.докл.II съезда почвоведов и агрохимиков Укр,ССР, Харьков, 21-24 окт.1986, с,54 (в соавт.).

3. Уплотнение чернозема обыкновенного в промышленных садах.// Тез.докл.Всесоюзн.научн.конференции "Агропочвоведение и плодородие почв". Л., 16-18 дек.1986, с.18 (в соавт.).

4. Особенности полевых определений давления влаги и ненасыщен- . ной гидравлической проводимости.// Тез,докл. I Всесоюзн.совещания "Гидрофизические функции и влагометрия почв", Д., 2123 опт. 1987, с,24 (в соавт.).*

5. Влияние маршрутных проездов техники в ¡условиях промышленного

*

яблоневого сада на изменение физических свойств, черноземов обыкновенных. "Вестн.МГУ Сер .Почвовед(в печати).

Подписано к печати ЗІ05М.

ормат еОхЭО/16,

У Си г, ':»:ч. J5 Уч.-иэд. п. 10

Тирь-r ЮОяыи Закаэ M /J/У

Нотетв'^лателист**» Московского ^нив^^счі^ТА. іГілмО" . Москіт. УН* Геривна, 5/7. Iwm - i-nüvHÄ 'Знак Мочага* издательства ^ГУ*

і : ■ * ' : ^+і *. ^ .-^іііч.і, До ни не к н^

г-