Библиографическое описание:

Мангатаев А. Ц., Очиров Б. Б. Воздействие комплексного приема мелиорации на изменение основных физических свойств почв Бурятии // Молодой ученый. — 2009. — №11. — С. 69-72.

Введение

В засушливой зоне Бурятии ресурсы поверхностных вод часто ограничены, по­этому для орошения могут быть привлечены подземные воды. Однако их широкое приме­нение нередко тормозится невысокими ирригационными качествами. Последнее харак­терно и для вод Гусиноозерского артезианского бассейна, залегающих в угленосном ком­плексе засоленных пород юрско-мелового времени. Эти воды, как правило, выходят в карьеры открытой разработки бурого угля и создают проблемы по их утилизации. Кроме того, с угледобывающей деятельностью связано накопление в виде промышленных хво­стов окисленных бурых углей, характеризующихся низкими топливными показателями, тем самым, не имеющих практического применения. Твердые отходы производства ис­пользуются в основном для засыпки выработанного пространства разрезов и шахтных провалов. Размещаемые на поверхности в породных отвалах окисленные угли не только занимают большие территории, но и служат интенсивным источником загрязнения вод­ных объектов, атмосферного воздуха и почв. В связи с этим возникла необходимость экологически безопасной утилизации побочных продуктов карьерной разработки угля, используя карьерные воды для орошения, а окисленные бурые угли как физический ме­лиорант легких каштановых почв.

Для изучения мелиоративных качеств применялись окисленные бурые угли (ОБУ) в виде двух фракций: 1) доведенные после механической активации путем тщательного измельчения до илистой фракции (<0,001 мм), т.е. ОБУ мелкого измельчения (ОБУм) и 2) доведенные после помола и отбора просеиванием фракций размером 1-3 мм, т.е. ОБУ грубого измельчения (ОБУг). Опыты проводили с применением орошения минерализо­ванной карьерной водой (МКВ). Вегетационные поливы проводили 7-8 раз нормой 400 м3/га, при этом оросительная норма составила 3000 м3/га.

 

Результаты и обсуждения

Под плотностью или плотностью сложения почвы понимают массу твердой фазы определенного объема ненарушенного сложения со всеми присущими этому объему тре­щинами, порами, пустотами, измеряемой величиной объемной массы. Этот параметр имеет немаловажное значение в регулировании водного, воздушного, теплового, пита­тельного режимов, направленности и интенсивности микробиологических процессов.

Плотность твердой фазы почвы, измеряемая удельной массой, – есть среднее зна­чение плотностей всех компонентов, слагающих твердую фазу почвы. Ее величина опре­деляется минералогическим составом почвы и содержанием в ней органического веще­ства. От упаковки почвенных частиц величина плотности твердой фазы не зависит. Кварц, полевые шпаты, большая часть глинистых минералов имеют плотность 2,6-2,7, желези­стые минералы (лимонит и др.) – 3-4; органическое вещество почвы - 1,2-1,4 г/см3.  По­этому малогумусные горизонты почв, как правило, имеют удельную массу в пределах 2,6-2,7, а гумусированные  - 2,4-2,6  г/см3.

Многочисленными исследованиями выявлены параметры оптимальной плотности почвы, для основных сельскохозяйственных культур. Для большинства культур она нахо­дится в пределах 1,1-1,3 г/см3. И.Б.Ревут [9] рекомендует не допускать переуплотнения почв выше 1,25-1,35 г/см3. Оптимальные параметры плотности для мерзлотных лугово-черноземных почвы Бурятии выявлен А.И.Куликовым и др. [5] в специальном полевом эксперименте. 

 Растения отрицательно реагируют, как на излишне рыхлое, так и на слишком плотное сложение. Наибольшую продуктивность они обеспечивают при оптимальной плотности почвы. Согласно оценочной шкале Н.А. Качинского [2], пахотный слой черно­земов с плотностью меньше 1,0 г/см3 характеризуется, как вспушенный, неблагоприятный в агрономическом отношении, т.к. не обеспечивает достаточный контакт семян с почвой, что вызывает недружные всходы и падение урожайности.

 От плотности почвы зависит степень использования осадков растениями. Так, во влажный период рыхлая почва впитывает больше воды, чем  плотная, а в условиях засухи лучше сохраняется влага при более плотном сложении.

Плотность сложения почвы зависит в первую очередь  от агрегатного состояния и от факторов, определяющих рыхление или уплотнение (механическая обработка, работа роющей фауны, динамика увлажнения и иссушения, промерзания и оттаивания и т.п.). Органогенные горизонты имеют объемную массу меньше 1,0. для гумусовых горизонтов характерна величина 1,0-1,3 г/см3. В безгумусовых составляет 1,3-1,5. Песчаные почвы имеют, как правило, плотность сложения большую, чем почвы тяжелого гранулометриче­ского состава, так как последние всегда в какой-то мере агрегированы. Оптимальные значения для большинства культур 1,1-1,2 на суглинистых и 1,2-1,3 г/см3 на песчаных.

Б.Н.Мичурин [6] на строгой математической основе в моделях из шаров показал, что дисперсные системы в термодинамических условиях земной поверхности приобре­тают минимальную свободную энергию при гексагональной упаковке и, тем самым не может быть почв и осадочных пород, имеющих объемную массу более 2,0 г/см3, а порозность менее 26 %.

При орошении происходит увеличение объемной массы в результате разрушения структурных частиц почвы [1; 4]. Это связано с качеством поливных вод и способом по­лива, прямым разрушающим влиянием струй воды, замещением поглощенного кальция на натрий, что ведет к диспергации почвенных коллоидов. Еще одной причиной может быть изменение гранулометрического состава в результате вымывания частиц илистой фрак­ции.

В процессе исследований установлено, что плотность твердой фазы на всех вариантах изменяется, но очень слабыми темпами (табл. 1). Это и понятно, т.к. плотность твердой фазы – наиболее консервативный признак. Имеющиеся различия в пределах 0,1-2,1 % происходят в результате, как было сказано выше, перераспределения илистых час­тиц при орошении. Внесение органического мелиоранта вызывает некоторое понижение величины плотности твердой фазы, т.к. при этом происходит частичное замещение орга­номинерального компонента почвы более легким материалом. Что касается плотности почвы, то орошение вызывает ее заметное повышение. Относительно контроля плотность пахотного слоя на орошаемой площадке увеличивается на 2-5 %.

Таблица 1

Влияние окисленных бурых углей и  минерализованных вод на физические свойства каштановых почв

Варианты

Слой, см

Птф, г/см3

Пп, г/см3

Поробщ,  %

2003 г.

2004 г.

2003 г.

2004 г.

1.Контроль

0-10

2,40

1,30

1,35

45,8

43,8

10-20

2,39

1,41

1,38

41,0

42,3

2. МКВ

0-10

2,41

1,37

1,38

43,2

42,7

10-20

2,38

1,49

1,44

37,4

39,5

3. МКВ+ОБУм (доза внесения -10 т/га)

0-10

2,38

1,37

1,31

42,4

45,0

10-20

2,40

1,38

1,50

42,5

37,5

4. МКВ+ОБУм (20 т/га)

0-10

2,35

1,27

1,29

46,0

45,1

10-20

2,36

1,38

1,34

41,2

43,1

5. МКВ+ОБУг (10 т/га)

0-10

2,37

1,35

1,37

43,0

42,2

10-20

2,40

1,45

1,41

39,6

41,3

6. МКВ+ОБУг  (20 т/га)

0-10

2,35

1,26

1,31

46,2

44,3

10-20

2,34

1,39

1,42

40,6

39,3

Примечание: Пп – плотность почвы, Птф – плотность твердой фазы, Поробщ - пористость общая

 

Сравнивая плотность сложения почвы на площадках орошения и с внесением углей с площадкой, где проводилось только орошение, можно заметить, что комплексная ме­лиорация, особенно высокими дозами угольного материала, вызывает небольшое рыхле­ние почв, обусловленное улучшением структурно-агрегатных характеристик. Мелиора­тивно вызванное разрыхление приводит к понижению плотности наиболее показательного для этого слоя 0-10 см на 1-5% при применении малых доз мелкоизмельченного угля и 5-8% - при мелиорации более высокими дозами.

Внесение физического мелиоранта орошение явных признаков слитизации не вы­зывает. Аномально высокие величины уплотненности (например, 1,45-1,50 г/см3) объяс­няются, возможно, физико-химическими изменениями в почвах, например, гидрофилли­зацией коллоидов, образованием высокодисперсных почвенных полимеров, цементацией микроагрегатов, происходящих при орошении [3; 10].

От величины плотности сложения почвы и плотности ее твердой фазы зависит об­щая пористость. Значениями общей пористости определяется влагоемкость, фильтраци­онные свойства, водоподъемная способность, аэрация почв.

Н.А. Качинский [2] предложил выделять следующие диапазоны общей пористости почвы (в долях единицы объема): 1) Отличная (культурный пахотный слой) 0,65-0,55; 2) Удовлетворительная для пахотного слоя – 0,55-0,50; 3) Неудовлетворительная для пахот­ного слоя <0,50; 4) Чрезмерно низкая – 0,40-0,25.

Исследованные почвы находятся в диапазоне неудовлетворительной общей порис­тости. При орошении без дополнительной физической мелиорации свойства почв по об­щей пористости дальше ухудшаются вследствие роста плотности. Внесение физического мелиоранта грубого помола несколько нейтрализует уплотнение почвы при орошении. Дальнейшее снижение пористости при внесении мелиоранта мелкого помола связано с тем, что частицы <0,001 мм легче перемещаются в нижележащие слои при орошении, чем мелиорант размерностью 1-3 мм.

Большую информативность, в ряду других, имеют данные по пористости аэрации при влагонасыщении, равном наименьшей влагоемкости. Критические значения пористо­сти аэрации наступают при величинах <15 % от объема почвы [8].  

Каштановые почвы Гусиноозерской котловины обладают вполне благоприятными условиями аэрации. На долю пор, занятых воздухом, в верхних 0-10 и 10-20-см слоях  приходится от 19 до 30 % от объема почвы, что позволяет считать изученные почвы как относящиеся к почвам с высокой и очень высокой пористостью аэрации [7] (табл. 2). Как оказалось, орошение минерализованной водой не приводит к какому-либо кардинальному ухудшению аэрации, несмотря на рост плотности, который, как предполагалось выше, может иметь слитизирующее следствие. Некоторое уменьшение пористости аэрации после орошения происходит всего на 3-5% от объема почвы.

 

 

 

Таблица 2

Наименьшая влагоемкость и пористость аэрации мелиорируемой почвы (среднее за 2 года)

Вариант

Слой, см

Наименьшая влагоемкость, % от объема почвы

Пористость аэрации, %

1. Контроль

0-10

14.8

30.0

10-20

15.0

26.7

2. МКВ

0-10

15.7

27.3

10-20

16.5

22.0

3. МКВ +

ОБУм  (10 т/га)

0-10

17.8

25.9

10-20

20.3

19.7

4. МКВ +

ОБУм (20 т/га)

0-10

19.4

26.2

10-20

21.4

20.8

5. МКВ + ОБУг(10)

0-10

19.6

23.0

10-20

19.9

20.6

6. МКВ  + ОБУг (20)

0-10

19.2

26.1

10-20

21.4

18.6

 

При мелиорации почв углями на фоне полива карьерной водой имеется тенденция к снижению пористости аэрации. Однако во всех случаях на мелиорированных площадках она остается выше критического предела (15% от объема). Эти изменения являются след­ствием благоприятной перестройки структуры порового пространства. Как будет показано ниже, физический мелиорант приводит к росту более качественной капиллярно активной пористости. Поэтому понятно, что при общем снижении общей пористости как реакции почвенно-физической системы на рост плотности, происходит уменьшение доли воздухо­носных пор и пор фильтрации влаги, а это дополнительно усиливается встречным повы­шением доли капиллярных пор как реакции системы на внесение физического мелио­ранта.

Следовательно, при физической мелиорации начинают действовать два встречных процесса, описываемые в мультипликативной форме функциями: ПА = f О) – чем больше общая пористость (ПО), тем больше пористость аэрации (ПА), и ПА = - f К) – чем больше капиллярная пористость (ПК),  тем меньше пористость аэрации (ПА). Действи­тельно, связь (1, 2) между общей пористостью и пористостью аэрации при НВ описыва­ется положительным коэффициентом парной корреляции, а связь (2, 3) пористости аэра­ции с наименьшей влагоемкостью имеет отрицательный знак (табл. 3).

Повышение дозы мелиоранта вызывает соответствующее возрастание пор аэрации. Так, в слое 0-10 см доля пор аэрации почв на вариантах внесения угля грубого помола увеличивается примерно на 3%, достигая 26%. При рассмотрении по годам, на второй год пористость аэрации возрастает.

 

 

Таблица 3

Корреляции между признаками

Коэффициент

F-критерий

Степени свободы

Вероятность

R=0.0

1. Парные корреляции

R(1 2) = 0,1922*

0,8436

1,  22

0,3683

R(1 3) = 0,8995**

93,208

1,  22

0,0000

R(2 3) = -0,5123*

7,8293

1,  22

0,0105

** - значение достоверно на уровне 1%

*  - значение достоверно на уровне 5%

 

Заключение

Недостаточная общая пористость и повышенная пористость аэрации каштановых почв обусловлены, в первом случае, уплотненностью почвы, а во втором - относительно небольшой величи­ной наименьшей влагоемкости, хотя последняя и возрастает под влиянием мелиоративных воздействий. С большой аэрацией почв связано непродуктивное расходова­ние влаги в теплый период. Интенсивный воздухообмен в крупнопористой системе хо­рошо аэрированных почв влечет за собой конвективно-диффузионную потерю продуктив­ной влаги.

 

Литература

1.                  Зборищук Н.Г., Стома Г.В., Тимофеев. Б.В. Изменение некоторых физиче­ских свойств при орошении // Проблемы ирригации почв Юга Черноземной зоны. Изд-во АН СССР, 1980. – С.79–90.

2.                  Качинский Н.А. Физика почв. Ч. I. – М.: Высшая школа, 1965. – 323 с.

3.                  Ковда В.А. Почвенный покров, его улучшение, использование и охрана. – М.: Наука, 1981. – 181 с.

4.                  Крейда Н.А., Лядова Н.И. Влияние орошения на физические свойства юж­ных черноземов Одесской области // Почвоведение, 1983. – №10. С. 102–106.

5.                  Куликов А.И., Панфилов В.П., Дугаров В.И. Физические свойства и режимы лугово-черноземных мерзлотных почв Бурятии. – Новосибирск: Наука, 1986. – 137 с.

6.                  Мичурин Б.Н. Энергетика почвенной влаги.– Л.; Гидрометеоиздат, 1975. – 140 с.

7.                  Почвенно-физические условия мелиорации в Западной Сибири // под ред. Пан­филова В.П. – Новосибирск: Изд-во «Наука», 1977. – 88 с.

8.                  Рассел Э. Почвенные условия и рост растений. – М., ИЛ, 1955. – 623 с.

9.                  Ревут И.Б. Физика почв.  – М.: Колос, 1972. – 366 с.

10.              Розанов Б.Г. Морфология почв: Учебник для высшей школы. – М.: Академиче­ский Проспект, 2004. – 432 с.

Основные термины (генерируются автоматически): твердой фазы, плотности почвы, сложения почвы, пористость аэрации, оптимальной плотности почвы, пористости аэрации, каштановых почв, объема почвы, плотности твердой фазы, почв Бурятии, общей пористости, плотности сложения почвы, общей пористости почвы, твердой фазы почвы, плотность сложения почвы, плотность твердой фазы, плотностью сложения почвы, аэрации каштановых почв, Плотность сложения почвы, пористостью аэрации.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос