WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

Умарова Аминат Батальбиевна ПРЕИМУЩЕСТВЕННЫЕ ПОТОКИ ВЛАГИ В ПОЧВАХ:

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И ЗНАЧЕНИЕ В ФУНКЦИОНИРОВАНИИ ПОЧВ 06.01.03 – агропочвоведение, агрофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Москва 2008

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

Научный консультант: доктор биологических наук, профессор Шеин Евгений Викторович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Макеев Александр Олегович доктор сельскохозяйственных наук, профессор Сапожников Петр Михайлович доктор сельскохозяйственных наук Фрид Александр Соломонович Ведущее учреждение: Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А.Тимирязева

Защита состоится 30 сентября 2008 г. в 15 часов 30 мин. в аудитории М-2 на заседании Диссертационного совета Д501.002.13 при Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова по адресу: 119992, Москва, ГСП-2, Ленинские горы, МГУ им. М.В.Ломоносова, факультет Почвоведения.

С авторефератом можно ознакомиться в библиотеке факультета Почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова

Автореферат разослан ____ августа 2008 г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании Диссертационного совета. Отзывы на автореферат в двух экземплярах просим направлять по вышеуказанному адресу.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук, профессор Г. М. Зенова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность Преимущественные потоки влаги в почвах (preferential flow, инфлюкционные потоки воды) связаны с формированием гравитационных потоков воды, как для насыщенных, так и для не насыщенных влагой почв. В почвенном покрове они выполняют функцию быстрого проводника веществ и связаны с так называемыми магистральными или транспортными путями влаги, имеющими различный генезис.

Учет быстрых потоков веществ (в том числе питательных, загрязняющих и др.) представляется весьма важным, т.к. зачастую они превалируют в массопереносе, имея максимальные скорости движения и локализуясь в наиболее крупных порах.

Не менее значимым является то, что происходит быстрая доставка влаги и веществ на различные глубины почвенной толщи и в различные области почвенного покрова, формирование высокой неоднородности и мозаичности распределения влаги и веществ с высокими градиентами концентраций. Это весьма важный момент функционирования почв и выполнения экологических функций в биосфере, что требует учета явления формирования и функционирования преимущественных потоков при решении прогнозных задач по накоплению и перемещению различных веществ в почвах, выносу за пределы почвенного профиля, возможности их появления в грунтовых водах.

Актуальность исследований преимущественных потоков влаги в почвах определяется несколькими аспектами:

1) развитие теоретических представлений об этом явлении как характерном для почв, связанным с почвенной структурой, спецификой структуры порового пространства, строением почвенного профиля и обуславливающим устойчивое функционирование почвенного покрова;

2) методический аспект, т.к. явление преимущественных потоков влаги обусловлено сформированностью и особенностями влагопроводящей структуры порового пространства почв в её естественном сложении. В этом отношении лизиметрические методы и методы различных меток позволяют количественно оценить значение преимущественных потоков в переносе веществ и энергии в почве;

3) практический или прикладной аспект. Преимущественные потоки влаги обусловливают быстрый перенос веществ на значительные глубины без явлений фронтального увлажнения и сорбции веществ. Оценка времени формирования преимущественных путей актуальна и для разработки почвенных конструкций (ландшафтные, строительные, рекультивационные работы).

Цель исследования Теоретическое, методическое и экспериментальное обоснование физических основ явления преимущественных потоков влаги в почвах, определение их роли в функционировании и изменении почв и почвенного покрова.

Основные задачи исследования • Теоретически и экспериментально на различных природных и искусственных объектах обосновать роль, значение и условия формирования и функционирования преимущественных потоков (ПП) влаги и веществ.

• Разработать методические подходы и процедуры качественной и количественной оценки ПП влаги и веществ.

• Определить масштабы явления массопереноса ПП влаги в почвах, оценить возможности и величины указанного явления на различных иерархических уровнях исследования почв.

• Изучить формирование и значение ПП влаги в почвах в связи с почвенной анизотропией.

• Оценить роль ПП влаги в функционировании почв и почвенного покрова, их значение в изменении фундаментальных свойств почв.

Научная новизна 1. Впервые на большом количестве почвенных объектов показано значение горизонтальной и вертикальной анизотропии физических свойств для формирования явления ПП.

2. Выделены и физически обоснованы наиболее вероятные периоды возникновения ПП в годовом водном режиме почв в условиях гумидного климата. Определена количественная роль этого явления в годовом цикле.

3. Экспериментально доказано значение ПП в увеличении разнообразия скоростей процессов в почвах, быстром транспорте веществ в почвенной толще и за ее пределы и их роль в трансформации свойств почв. Показаны особенности гидрологии почв в условиях наличия ПП, определена роль ПП влаги в устойчивом функционировании почвенного покрова.

4. Впервые предложен комплекс методов изучения ПП в почвах на различных иерархических уровнях, в том числе, новый способ исследования ПП в почвенном профиле - метод температурной метки.

Практическая значимость Результаты исследований могут быть использованы при решении прогнозных задач по переносу влаги, питательных, загрязняющих веществ в почвенном покрове и за его пределы в области агрофизики, мелиорации, агрохимии, экологии.

Методические разработки по изучению энергомассопереноса в почвах и почвенных конструкциях позволят подобрать оптимальный алгоритм проведения исследований по учету вклада преимущественных потоков влаги.

Полученные результаты используются на факультете почвоведения МГУ при чтении курсов лекций «Физика почв», «Математическое моделирование в почвоведении», «Почвенно-ландшафтное проектирование», при проведении практических занятий по курсу математического моделирования, в большом практикуме по физике почв и спецпрактикуме «Энерго- массоперенос в почвах», в практических задачах на полевой практике по физике почв. Эти материалы вошли в методическое руководство «Полевые и лабораторные методы исследования физических свойств и режимов почв» (2001), коллективные монографии «Проведение комплексной агрофизической экспресс-оценки состояния сельскохозяйственных земель. Методические рекомендации» (2005), «Оценка и прогноз агрофизического состояния почв сельскохозяйственных земель (на примере комплекса элементарных почвенных ареалов Владимирского ополья)» (2007), «Теории и методы физики почв» (2007). Проведение исследований было поддержано РФФИ (проекты 96-04-50758, 98-04-48365, 01-04-48066, 04-04-49606, 06-04-48298, 07-04-00131).

Основные защищаемые положения На основании проведенных исследований и теоретического анализа явления ПП веществ в почвах предложена следующая характеристика этого явления:

«Преимущественные потоки влаги и веществ в почвах обусловливаются неоднородностью строения порового пространства почв и характеризуются быстрым массопереносом по части порового пространства, называемого транспортной зоной, при интенсивном (превышающем скорость впитывания) поступлении значительных количеств влаги на верхнюю границу, отсутствием фронтального перемещения и резко пониженной сорбцией веществ (влаги)». Формирование устойчивых преимущественных путей миграции определенным образом организует водный режим почв и процессы перемещения веществ, которые не описываются рамками классических положений почвенной гидрологии, а имеют специфические механизмы, физическое обоснование и свой набор методов исследования.

Основные быстрые процессы переноса влаги в гумидной зоне приурочены к периодам весеннего снеготаяния и летних ливневых осадков. В разные периоды они несут различную функциональную нагрузку: весной – быстрое выравнивание почвенного профиля по температуре и влажности, летом увеличение неоднородности по этим свойствам и быстрый локальный перенос растворенных веществ при их сравнительно невысокой сорбции.

Формирование ПП характерно для всех структурированных почвенных горизонтов и почв при интенсивном поступлении влаги на поверхность. Быстрые процессы переноса влаги и растворенных веществ обусловлены не только свойствами отдельных горизонтов (слоев), но и их взаимным расположением, особенностями переходных слоев, что ведет к формированию анизотропии ПП влаги и гидрохимических и гидрофизических свойств почв.

Образование и стабильное функционирование ПП, как специфического почвенного явления, свойственного всей почвенной толще, указывает на определенный уровень равновесия почвенной системы, способной справляться с контрастными внешними нагрузками; при формировании ПП скорости трансформации твердой фазы, перенос и вынос элементов из твердой фазы почвы замедляются.

Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертацию, были доложены автором на II (Санкт-Петербург, 1996), III (Суздаль, 2000) и IV (Новосибирск, 2004) съездах Докучаевского общества почвоведов, на Международных и Всероссийских конференциях: «Современные проблемы почвоведения и экологии» (Красновидово, 1994), «Вопросы агрофизики при воспроизводстве плодородия почв» (Санкт-Петербург, 1994), «Физика твердого тела», (Барнаул, 1994), «Шляхи рацiональногo використання земельных ресурiсв Украiни» (Чабани, 1995), «Микроклимат ландшафтов» (Санкт-Петербург, 1995), «Modern problem in agroecosyst simulation» (S-Petersburg, 1997), «Лизиметрические исследования почв» (Москва, 1998), «Слитые почвы» (Майкоп, 1998), «Лизиметрические исследования в агрохимии, почвоведении, мелиорации и агроэкологии» (Москва, 1999), «Круговорот биогенных веществ и плодородие почв в адаптивно-ландшафтом земледелии России» (Немчиновка, 2000), «2nd Workshop on Subsoil Compaction» (Godollo, Hungary, 2000), «Функции почв в биосферно-геосферных системах» (Москва, 2001), «Масштабные эффекты при исследовании почв» (Москва, 2001), «Sustainable Soil management for Enviromental Protection Soil Physical Aspects» (Florence, 2001), «Роль почвы в формировании естественных и антропогенных ландшафтов» (Казань, 2003), «Фундаментальные физические исследования в почвоведении и мелиорации» (Москва, 2003), «Биосферные функции почвенного покрова» (Пущино, 2005), «Экология речных бассейнов» (Владимир, 2005), «Структура и динамика молекулярных систем» (Йошкар-Ола, 2005), «Экспериментальная информация в почвоведении: теория, методы получения и пути стандартизации» (Москва, 2005), «Почвоведение и агрохимия в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2006), «Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем» (Иркутск, 2006), «Пространственно-временная организация почвенного покрова: теоретические и прикладные аспекты» (Санкт-Петербург, 2007), «Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и прогнозирования» (Астрахань, 2007), «Soil Science – Base for Sustainable Agriculture Environment Protection» (Sofia, 2007), «Ноосферные изменения в почвенном покрове» (Владивосток, 2007), на научной сессии по фундаментальному почвоведению (Москва, 2004), на XIV и XV школах «Экология и почвы» (Пущино, 2006, 2007), на Ломоносовских чтениях МГУ им. М.В.

Ломоносова (Москва, 2005), на заседании кафедры физики и мелиорации почв (2008).

Личный вклад автора в работу. Диссертационная работа является результатом многолетних (1991-2007 гг.) исследований автора. Автор принимал личное участие на всех этапах исследования, ему принадлежит формулирование проблемы, постановка целей и задач, планирование экспериментов. Автор принимал личное участие в сборе полевого экспериментального материала, в получении значительной части лабораторного материала, в обобщении и интерпретации полученных результатов, в подготовке основного числа научных публикаций, многократно выступал с научными докладами. В работе использованы материалы, полученные в соавторстве с аспирантами и студентами, выполнявшими свои исследования под руководством автора. Доля личного участия в совместных публикациях пропорциональна числу соавторов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 87 работ, в том числе монографий, научных и учебных методических пособий, 17 работ в изданиях, соответствующих списку ВАК, 36 статей и докладов в научных журналах, сборниках и материалах конференций. Опубликовано 27 тезисов докладов на Международных и Всероссийских симпозиумах и конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, изложена на 355 страницах компьютерного текста, включает список литературы из 429 наименований, в том числе 97 на иностранных языках, рисунков, 42 таблицы и приложения.

Благодарности: Автор благодарен своим учителям, коллегам и друзьям: Т.А.

Архангельской, М.П.Вербе, А.Д.Воронину, А.К.Губеру, А.В.Дембовецкому, Е.А.Дмитриеву, Ф.Р.Зайдельману, Л.О.Карпачевскому, М.А.Мазирову, Е.Ю.Милановскому, Т.Н. Початковой, А.М.Русанову, Т.А.Соколовой, И.И.Судницыну, И.И.Толпеште, Щеглову Д.И. за поддержку идей, консультации, дискуссии, помощь при выполнении отдельных разделов экспериментальной работы, а также коллегам, принимавшим участие в проведении экспериментов:

М.А. Бутылкиной, М.В. Банникову, В.Г. Тымбаеву, И.В. Смирновой, аспирантам Т.В. Ивановой, П.И. Кирдяшкину, Т.А. Яковлевой, А.А. Самойлову, О.А.

Самойлову, И.В Соколовой. Отдельная благодарность сотрудникам кафедры физики и мелиорации почв за теплую обстановку и доброжелательность, сотрудникам метеостанции МГУ, любезно предоставлявшим метеоданные в годы исследований. Автор выражает глубокую признательность и благодарность проф.

Е.В.Шеину за постоянное внимание, активную поддержку, критические замечания и советы, оказавшие решающее влияние на формирование научного мировоззрения автора.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. Преимущественные потоки влаги в почвах (литературный обзор) В настоящее время многочисленными исследованиями вполне доказанным является тот факт, что движущаяся почвенная влага не образует единого равномерного фронта увлажнения. Степень размытости фронта в сложном гетерогенном поровом пространстве почв в большинстве случаев обусловлена образованием преимущественных потоков влаги. Их формирование связывают с различными свойствами почв и механизмами образования быстрых гравитационных потоков влаги – с формированием водных каналов и пальчатых структур, с объемами пор гравитации и межагрегатной порозностью, с наличием трещин, макропор, пустот, карманов разного генезиса и др. (Высоцкий, 1933; Роде, 1971; Зайдельман, 1974, 1985; Воронин, 1984; Дмитриев, 1985; Зейлигер, 1988;

Шеин, 1995, 2002; Bouma, 1981; Hillel, Baker, 1988; Gerrit, 1996; Robinson, Beven, 1983; Bucher, 1995 и др.). В первой главе рассмотрены определения и понятия ПП влаги, механизмы их формирования, условия функционирования. Важное значение имеет структура порового пространства почв, для описания движения влаги в которой создано множество физических моделей: застойная и транспортная зоны, межагрегатная и внутриагрегатная пористости, нерастворяющий объем почвенной влаги, гидродинамическая дисперсия, фильтрационная гетерогенность, водоудерживающая способность почв и др. (Трофимов, 1925; Меерсон, 1936;

Розов, 1936; Антипов-Каратаев, 1940; Рачинский, 1959, 1971; Пакшина, 1980, 1981;

Воронин, 1984, 1985; Глобус, 1987; Роуэлл, 1998; Day, 1957; Coats, 1964; Bresler, 1973, 1974 и др.).

Влага в почве выполняет транспортную функцию перемещения растворенных веществ и взвешенных частиц, в том числе и обеспечивая педогенную дифференциацию почвенного профиля (Антипов-Каратаев, 1940; Горбунов, 1961, Роде, 1964, 1969; Березин, 1983; Тонконогов и др. 1987; Таргульян, 1989;

Козловский и др., 2001; Градусов, 2001; Зайдельман, 1974, 2007 и др.). В литературе накоплен значительный материал по определению гидрофизических и гидрохимических параметров переноса различных мигрантов (ионы, пестициды, органические соединения, радиоактивные метки, суспензии, микроорганизмы) для почв и грунтов методами лабораторных колоночных экспериментов, которые являются необходимыми не только для обеспечения математических моделей, но и служат для выявления фундаментальных закономерностей массопереноса (Остряков, 1912; Мельникова и др., 1967; Ковеня др., 1972; Айдаров, 1985;

Бриллинг, 1967, 1985; Рачинский, 1975, 1981; Глобус, 1987, 1998; Пачепский и др., 1982, 1988; Судницын, 1988; Шестаков, 1985; Полянская и др., 2004; Корсунская, 1986, 2001; Губер, 1997; Шеин и др., 2002; Сметник и др., 1996, 2005; Gardner, 1957; van Genuchten, 1981; Radilovich, 1989 и др.). Полевые исследования переноса влаги и веществ выполняются различными методами. Весьма распространенным, имеющим большое разнообразие целевых назначений и соответствующих технических воплощений, является лизиметрический метод. Почва лизиметров представляет собой одномерную модель почвенного покрова, что позволяет в строго контролируемых условиях на верхней и нижней границах оценить качественные и количественные показателей потока веществ (Бараков, 1908;

Воронин и др., 1996; Голубев, 1967; Шилова, 1955, 1972; Кауричев и др., 1960, 1996; Семенов и др., 2004; Губер и др., 1998; Субботин, 1968; Яшин, 2000;

Затинацкий и др., 2007 и др.). Лизиметрический метод на сегодняшний день продолжает оставаться единственным методом количественного определения ПП влаги. Одновременно с лизиметрическим или отдельно используют метод меток с применением различных ионов и соединений для исследования миграции влаги и веществ в почвах (Роде, 1960; Глобус, 1961; Дмитриев, 1981; Рачинский и др. 1981;

Фрид, 1999; Шеин, 1995, 2001, 2004; Ahuja, 1995; Bouma, 1979; Diab, 1988 и др.).

Несмотря на трудоемкость проведения, полевые эксперименты позволяют изучить явления проскока и растекания влаги на границах горизонтов, возможности латерального перемещения веществ в почвенном покрове.

Несмотря на большой и весьма разнородный экспериментальный материал, накопленный в литературе, явление ПП влаги в почвах продолжает оставаться слабо изученными по многим аспектам: (1) неясны зависимости от почвеннофизических свойств, строения почвенного профиля, особенностей свойств и чередования горизонтов, (2) не изучена его роль в формировании водного режима, в переносе веществ в различных природных объектах и в различные периоды годового цикла; (3) возможности и величины явления ПП на различных иерархических уровнях исследования почв; (4) формирование и значение ПП влаги в почвах в связи с почвенной анизотропией, (5) роль ПП влаги в функционировании почв и почвенного покрова, их значение в изменении разнообразных свойств почв. Указанные проблемы и составили основные задачи данной работы.

ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования 2.1. Объекты исследования 1) Модельные почвы лизиметров МГУ. Большие лизиметры, расположенные на Почвенном стационаре МГУ, имеют площадь 8 м2, глубину 1,75 м. В 1961 г. они были заполнены дерново-подзолистой среднесуглинистой почвой до 1,5 м., которая подстилается 25-см песчано-гравийным слоем, обеспечивающим дренаж. Почва была привезена из Подольского района Московской области и помещена в лизиметры по горизонтам в соответствии с различными способами мелиоративной обработки. Каждый вариант обработки имеет 4-кратную повторность. В подземной галерее под лизиметрами производится регистрация и сбор фильтрационных вод.

Целью лизиметрических экспериментов, предложенных Н. А. Качинским (1970), было сравнительное изучение методов окультуривания дерновоподзолистых почв. Наши исследования касались следующих вариантов лизиметрических почв. Строение профиля варианта 1 (глубокий плантаж) следующее: В2 (0-43 см), В1 (43-65), Е (65-80), А пах (80-100), В2 (100-120), В(120-150). По записям З.А. Корчагиной вследствие усадки почвы была произведена досыпка гор. В2 на поверхность почвы в 1965 г. К настоящему времени погребенные горизонты обнаруживаются на глубинах: гор. Е - 80-90 см, гор. А пах - 95-112 см. Профиль варианта 2 (вспашка по Мосолову) следующий: А пах (0-20), В1 (20-45), Е (45-60), В2 (60-120), В3 (120-150). Строение профиля варианта (контроль): Апах(0-20), Е (20-35), В1(35-60), В2(60-120), В3(120-150).

Основные физические и химические свойства генетических горизонтов, участвовавших в создании модельных почвенных профилей представлены в табл.1.

Данный эксперимент интересен с позиций изменения строения профиля: во всех вариантах использовали одни и те же генетические горизонты, представлявшие собой в начале опыта средние насыпные образцы горизонтов. Разница между вариантами заключалась только в последовательности их размещения в профиле, причем некоторые горизонты оказались в условиях, не свойственных их природному расположению. В изучаемых почвах четко определены границы горизонтов и минимизирована латеральная неоднородность почвенных свойств.

Столь разные по строению профиля почвы расположены на одной лизиметрической станции, находятся в одних климатических и погодных условиях, подвергались одинаковым агрохимическим и агрономическим мероприятиям.

Поверхность почв регулярно обрабатывалась, проводились посевы трав, пропашных культур и др., в первые годы эксперимента вносились органические и минеральные удобрения. Условия функционирования модельных почв отличаются от исходной почвы действием дренажа.

Табл. 1. Некоторые физические и химические свойства исходной дерново-подзолистой почвы Гор. Глу- Сод. рН* Сод. Валовой химический состав, % от бина, физ. гумуса* прокаленной навески см глины % SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO K2O MnO водн сол.

% А 0-20 31 7,10 6,95 2,46 75,62 3,24 13,92 1,33 1,14 2,80 0,Е 20-35 37 5,57 не опр. 0,45 75,91 3,24 14,28 0,79 1,15 2,74 0,В1 35-60 52 4,91 3,95 0,33 69,31 5,32 18,30 0,79 1,79 2,61 0,В2 60-120 51 4,79 3,67 0,31 68,68 5,65 18,55 0,85 1,68 2,70 0,В3 120-150 37 4,98 3,79 0,18 68,86 5,50 18,32 1,02 1,67 2,76 0,* Из архива кафедры физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ Точное известное время начала эксперимента, архивные данные и наличие исходных почвенных образцов в коллекции кафедры физики и мелиорации почв, которые были помещены в лизиметры более 40 лет назад, позволили изучить изменение свойств твердой фазы почв.

Модельные почвы Больших лизиметров МГУ послужили объектами для:

1. Изучения гидротермического режима в годовом и суточном циклах, выявления закономерностей и выделения периодов формирования ПП влаги.

2. Изучения вертикальной составляющей миграции влаги и веществ в многолетнем аспекте.

3. Выделения значения почвенных факторов (строение почвенного профиля, особенностей порового пространства и др.) в формировании вертикального стока, благодаря наличию вариантов с различным строением профиля.

4. Исследования трансформации свойств почв лизиметров.

2) Почвенный покров Владимирского ополья. Исследования проводились на опытных полях Владимирского НИИСХ (г. Суздаль) с выровненным пологоволнистым рельефом поверхности, уклоны составляют менее 1 град («Путеводитель научных экскурсий..», 2000). Комплексный почвенный покров Владимирского ополья имеет выраженный внутрипочвенный рельеф, связанный, по мнению ряда авторов (Алифанов, 1986; Макеев, Дубровина, 1990; Величко, Морозова, 1996), с палеокриогенезом и соответствующим латеральным распределением второго гумусового горизонта и приуроченных к нему оподзоленных горизонтов. Кроме того, и нижняя часть второго гумусового горизонта, как правило, имеет признаки оподзоливания (Макеев, Дубровина, 1990;

Дмитриев, 2000; Бутылкина, Буева, 2001; Архангельская и др., 2005).

Данный объект послужил для:

1. Изучения особенностей формирования ПП влаги и растворенных веществ в почвенном покрове;

2. Получения параметров массопереноса на разных уровнях исследования почв;

3. Исследования анизотропии гидрофизических и гидрохимических свойств почв и ее роли в функционировании почвенного покрова.

3) Рекультивационные конструкции (техноземы) Курской магнитной аномалии (КМА). Они представляют собой почвенные конструкции, где на мощный слой песка или тяжелого суглинка в 1986 г. был насыпан 60-см слой местного типичного чернозема. На данном объекте проводили:

1. Изучение ПП влаги в резко дифференцированных искусственных почвенных объектах;

2. Изучение роли ПП влаги в трансформации свойств почв.

4) Дерново-подзолистые почвы Московской области УОЭПЦ «Чашниково» были выбраны для решения ряда методических вопросов и апробации метода температурной метки для оценки преимущественных потоков влаги.

2.2. Методы исследования Определение физических свойств почв исследуемых объектов проводили общепринятыми методами (Вадюнина, Корчагина, 1986; Шеин и др., 2001):

плотность почвы буровым методом, плотность твердой фазы пикнометрически, гранулометрический и микроагрегатный состав методом пипетки по Н.А.

Качинскому с кислотно-щелочной и пирофосфатной диспергациями, структурный анализ Н.И. Савинову. Удельную поверхность почв определяли методом десорбции паров воды над насыщенными растворами солей (Шеин и др., 2001) и методом низкотемпературной адсорбции азота (ГОСТ 23401-90) на анализаторе удельной поверхности «СОРБТОМЕТР-М» («Катакон», Россия) в 2-5-х повторностях.

Расчет полной удельной поверхности вели по уравнению БЭТ (Воронин и др., 1978), для расчета категорий удельной поверхности использовали уравнение Фаррера (Воронин, 1986). Для определения минералогического состава почв были выделены гранулометрические фракции по методике Н.И. Горбунова (Горбунов, 1972). Минералогический состав определяли: тонких фракций - методом рентгендифрактометрии (Соколова и др., 2005), фракций крупнее 0,01 мм - оптическим иммерсионным методом с помощью поляризационного микроскопа с предварительным разделением в бромоформе на легкие и тяжелые минералы (Парфенова, Ярилова, 1962). Валовой химический состав почв и илистой фракции определяли с помощью энергодисперсионного рентгенфлуоресцентного анализатора модели TEFA–III и ReSpekt (ORTEC), («Рентгенфлуоресцентный энергодисперсионный метод..», 1982). Общее содержание углерода в почве и в тонких фракциях определяли на газоанализаторе АН - 8012. В лизиметрической воде атомно-абсорбционным методом определялись следующие элементы: Ca, Мg, К, Na, Fe, Al, Mn, Zn, Cu, Pb. Были измерены pН лизиметрических вод и осадков, pН водный и солевой горизонтов почвенных профиля.

Измерения стока в долговременном лизиметрическом эксперименте с 1992 г.

велись 0,5–30 раз в месяц в зависимости от его интенсивности. Кроме того, в работе был проанализирован следующий архивный материал из рабочих тетрадей З.А. Корчагиной: объемы лизиметрического стока, концентрации элементов в лизиметрической воде, содержание гумуса, рН, гранулометрический и агрегатный составы почв лизиметров МГУ за период с 1961 по 1989 гг.

Определение основной гидрофизической характеристики (ОГХ) проводилось методом тензиостатов и равновесием над насыщенными растворами солей (Вадюнина, Корчагина, 1986; Шеин и др., 2005). Проведение фильтрационных лабораторных экспериментов и определение гидрохимических параметров вели согласно методике получения выходных кривых (Шеин и др., 2005), расчеты вели графическим методом и методом решения обратных задач в программе CFITIM.

Эксперименты проводились на разных уровнях структурной организации почв в лабораторных и полевых условиях. Были использованы почвенные колонки с насыпными образцами (26 колонок – 2-3 повторности для каждого горизонта) высотой 10 см и диаметром 4,6 см; малые почвенные монолиты, высотой 10 см и диаметром 4,6 см и большие почвенные монолиты, высотой 24 см и диаметром см (всего 52 колонки разного размера). Была разработана и апробирована методика определения пространственного распределения влажности, плотности, содержания ионов-меток и водорастворимого крахмала в больших почвенных монолитах.

Полевые фильтрационные эксперименты проводили с использованием специально сконструированных секционных лизиметров и веществ меток (Шеин и др., 1997;

Умарова, Шеин, 2001; Кирдяшкин и др., 2005), что позволило исследовать неравномерность движения влаги на нижней границе исследуемой почвенной толщи, осуществлять порционный сбор фильтрата и получить выходные кривые ионов-меток. Надлизиметрическая почвенная толща после окончания фильтрации послойно срезалась для определения пространственного распределения плотности, влажности, содержания ионов-меток, зарисовки/фотосъемки крахмального окрашивания. Всего было проведено 20 заливочных экспериментов (около 110точек исследований) в почвах Владимирского ополья, Подмосковья, КМА.

Изучение температурного режима почв до 2003 г. велось с электротермометрами (ТЭТ), а с 2004 г. с помощью программируемых термодатчиков «Термохрон».

Компактность, накопительный характер сбора информации, возможность программирования измерений с шагом от 1 мин. позволило использовать термодатчики для изучения конвективного переноса тепла и выявления преимущественных потоков влаги (Умарова и др., 2007).

ГЛАВА 3. Формирование преимущественных потоков влаги в годовом цикле, влияние на гидротермический режим почв.

Изучение гидротермического режима в годовом цикле проводилось на двух вариантах модельных почвах лизиметров МГУ: вариант 1 - с гор. В2 на поверхности и погребенными пахотным и подзолистым горизонтами, и вариант 2, в котором гор. В1 располагается сразу под пахотным и подстилается подзолистым горизонтом. Важное отличие исследованных почв – разные физические характеристики верхнего горизонта, принимающего и переводящего свободную воду осадков во внутрипочвенную. В 1 варианте – это гор. В2 тяжелосуглинистый с крупной глыбистой структурой, во 2 варианте – среднесуглинистый с зернистокомковатой структурой гор. Апах.

Рассмотрим годовую динамику элементов водного баланса на примере 1997 г.

Как видно из рис.1, в водном режиме обоих вариантов выделяется период весеннего оттаивания почв, когда наблюдались максимальные значения влажности и скорости стока в обоих вариантах. Причем для обоих вариантов, особенно для первого, характерно явление быстрого переноса влаги и наличие пиков лизиметрического стока интенсивностью до 16 мм /сут.

Рис.1. Годовая динамика элементов водного баланса вариантов лизиметрических почв (1997 г.): А) - осадки, мм; Б) - изоплеты относительной влажности почв (% от НВ);

В) - изоплеты давления почвенной влаги (см.водн.ст); Г) - лизиметрический сток, мм/сут В летний период формирование ПП влаги, их быстрое продвижение без фронтального увлажнения почвенного профиля, и резкое возрастание лизиметрического стока характерно для периодов выпадения осадков ливневого характера. Особенно это выражено в 1-ом варианте, в котором после выпадения интенсивного дождя в июне влага осадков достигла нижней границы почвы через несколько часов. Это привело к резкому возрастанию скорости лизиметрического стока с 0,3 до 8,6 мм/сут (среднее значении для варианта). Затяжные осенние дожди, несмотря на их большой объем, не смогли увеличить влажность и сток до весенних величин. Аналогичная динамика элементов водного баланса наблюдалась и в остальные годы исследования.

Детальное исследование гидротермического режима с шагом 3 часа было проведено в период максимального стока в начале апреля 1997 г. - в первый день после схода снега (рис.2). В почвенных профилях обоих вариантов присутствовал слой с замерзшей влагой, который фрагментарно наблюдался в варианте 1 и достаточно быстро исчез, и, А) напротив, оставался в варианте весь полуторасуточный период измерений. Влажность почвы Б) второго варианта оказалась 1111значительно выше. Различия в 1111скорости оттаивания связаны с 11111явлением преимущественного переноса (проскока) талых вод В) через слой с отрицательной температурой, который возможен 1для почвы с выраженной трещиноватостью (Качинский, 1970; Назаров, 1970). Ею и 9:30 14:30 19:00 0:00 5:00 9:30 14:30 19:4 апреля 5 апреля обладал верхний горизонт 1-го Слой с замерзшей влагой Рис.2. Гидрологический режим почв 4.04.97:

варианта. В свою очередь А) температура воздуха на высоте 1 м от поверхности почв, ° °С; Б) изоплета ° ° удаление избыточной относительной влажности (% от НВ) почвы гравитационной влаги ведет к вар. 1, В) изоплета относительной влажности (% от НВ) почвы вар.увеличению коэффициента температуропроводности, а значит и к более высокой скорости оттаивания почвы варианта 1. В гор. Апах варианта 2 с более низкими значениями лизиметрического стока значения влажности верхнего слоя превышали 120% от НВ. Оттаивание мерзлых горизонтов в данном варианте требовало большего количества тепла.

Рассмотрим температурный режим лизиметрических почв на примере 20042005 гг., который был очень подробно определен с помощью программируемых термодатчиков с шагом 3 часа (рис.3). Опять обращает на себя период снеготаяния, T возд, С ° длящийся очень короткий период, когда происходит выравнивание температуры почвенных профилей, благодаря быстрому сходу талых вод, наличию А) T возд, С преимущественных путей миграции влаги, -пронизывающих -Б) почвенный профиль.

В этот момент 1температурные градиенты 1В) минимальны и близки к нулю, температура почвы 1выровнена по всему 1501Ноя Дек Янв Фев Март Апр Май Июнь см профилю, разница не превышает 2 градусов. Это Рис.3. Температурный режим почв в период ноябрь 2004- июнь 2005 гг.: А) температура воздуха, подтверждает положение Б) термоизоплета почвы варианта 1, В) термоизоплета почвы варианта 2 А.А.Роде (1947), что именно весенний период снеготаяния является нулевой отметкой годового гидротермического режима почв. Оттаивание почвы происходит за счет действия ПП влаги с положительной температурой. В дальнейшем начинается иссушение и Осадки, мм Твозд, С прогревание почвы с суточной динамикой температуры.

18 19 20 21 22 23 24 25 18 19 20 21 22 23 24 В летний период при выпадении осадков ливневого характера 50 проскок влаги фиксируется изменением температурой почвы, 14 может происходить ее быстрое 1выравнивание по профилю. Это, в Сток, мм 130 Сток, мм 14,12 9,1частности, произошло в июне 20Рис.4. Суточные динамики осадков (мм), г. (рис.4), когда после интенсивных температуры воздуха (мин, ср, макс), осадков в 40,3 мм, температура по почвы ( °С), 18.06.-25.06.2005: а) вариант 1, б) вариант профилю обоих вариантов почв снизилась с 15-200С до 10-120С за счет ПП охлажденной дождевой воды на фоне резкого возрастания лизиметрического стока, особенно выраженного в варианте 1.

Глубина, см Аналогичные данные по гидротермическому режиму получены и в другие годы наблюдений, подтверждающие важнейшую роль ПП влаги в формировании гидротермического режима почв.

Таким образом, в годовом цикле гидротермического режима наблюдаются периоды быстрого передвижения влаги. Они занимают короткие промежутки времени и отличаются высокой скоростью изменения гидротермических свойств почв. Именно в эти периоды осуществляется значительный массоперенос в структурных почвах. ПП влаги образуются во время весеннего снеготаяния и при выпадении осадков ливневого характера, что ведет к явлениям проскока влаги без фронтального увлажнения почвенного профиля. В весенний период формирование ПП влаги ведет к быстрому оттаиванию почвенного профиля, смене знака температурного градиента, началу прогревания почвенного профиля с установлением режима суточных колебаний температуры. От модельных почв перейдем к почвенному покрову.

ГЛАВА 4. Пространственно-временная организация миграции влаги в комплексном почвенном покрове на примере Владимирского ополья 4.1. Почвенный покров Владимирского ополья. Физические и химические свойства почв.

Почвенный покров Владимирского ополья обладает высокой пестротой и состоит из геохимически сопряженных серых лесных остаточно карбонатных почв, серых лесных почв со вторым гумусовым горизонтом и почв переходных позиций (Путеводитель научных полевых экскурсий…, 2000).

Лабораторные исследования проводились на двух вариантах почв: на серой лесной слабооподзоленной, преобладающей в почвенном покрове исследуемого участка, и на наиболее дифференцированной по своим свойствам почве - серой лесной со вторым гумусовым горизонтом. Эти почвы интересны отчетливо выраженной разницей физико-химических свойств отдельных горизонтов почвенного профиля, что отражается в особенностях структуры и строении порового пространства (табл. 2). Наименее уплотнены гумусовые горизонты, причем самые низкие значения имеет второй гумусовый горизонт (гор.Ah), располагающийся под пахотным. Отчетливо выраженное различие в плотности твердой фазы каждого из горизонтов согласуются с содержанием углерода. Второй гумусовый горизонт выделяется и высокими значениями пористости: имеет наибольшую общую (53%) и агрегатную пористость (44%). Он обладает высокой микрооструктуренностью и водоустойчивостью агрегатов. Вниз по профилю наблюдается утяжеление гранулометрического состава, причем минимальное количество ила наблюдается в гор. Ah. Гор. ЕВ наиболее уплотнен, обладает самыми низкими значениями межагрегатной пористости.

Табл.2. Некоторые физические и химические свойства серых лесных почв Владимирского ополья Горизонт, Cод. Сод. Сод Водопр. Порис- Порис- Порис(глубины s, b, угле ила, агроном. агр. по тость тость тость, отбора г/см3 г/см3 рода % ценных Качинскому общая, агрегр., межагр.

образцов, % агр., % % % % % см) Серая лесная слабооподзоленная почва Апах(0-20) 2,66 1,33 1,78 17 17 27 50 33 ЕВ(30-40) 2,72 1,54 0,7 19 91 40 43 33 ЕВ(40-50) 2,70 1,52 н.о. 25 97 54 44 32 В(50-60) 2,69 1,48 н.о. 32 95 64 45 н.о. н.о.

Серая лесная почва со вторым гумусовым горизонтом Апах(0-20) 2,65 1,33 1,98 10 39 29 50 34 Ah (30-40) 2,55 1,21 3,16 8 55 39 53 44 ЕB (50-60) 2,74 1,45 0,56 23 26 29 47 40 В данных почвах наблюдается и высокая пространственная неоднородность физических и химических свойств, как в горизонтальном, так и в латеральном направлениях (Шеин и др., 2001, 2002; Липатов, 2001, Самсонова, Егорова, 2004;

Дядькина, 2004, Архангельская, 2005, 2007).

Определение основной гидрофизической характеристики почв (ОГХ) показало (рис.5), что наибольшей сорбционной способностью обладает гор. В, наименьшей - гор. Ah.

а) 7 pF б) 7 pF Aпах Aпах АпахAh AпахЕВ 6 Ah ЕВ 5 AhEB В ЕВ 4 В 3 2 1 , % , % 0 0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 Рис.5. Основная гидрофизическая характеристика (ОГХ) почвенных горизонтов:

а) серой лесной слабооподзоленной почвы, б) серой лесной почвы с Аh По нижней части кривых ОГХ серая лесная слабооподзоленная почва практически не дифференцирована. Очень сильное влияние на водоудерживающую способность почв оказывает гор. Ah и оподзоливание. Происходит значительное изменение нижней части кривой ОГХ: наблюдается ее смещение в область более высоких значений влажности от пахотного горизонта вниз по профилю, достигает максимума в гор. Ah и затем резко уменьшается в нижней оподзоленной части второго гумусового горизонта и в гор. ЕВ, где водоудерживающая способность почвы оказывается меньше, чем в гор. Апах. В нижних иллювиальных горизонтах происходит некоторое возрастание водоудерживания. Т.о. по водоудерживающей способности второй гумусовый горизонт отчетливо разделяется на две части. Его верхняя часть является наиболее влагоемкой, удерживающей максимальное количество влаги в почвенном профиле, а его нижняя оподзоленная часть и верхняя оподзоленная часть иллювиального горизонта имеют наименьшие значения влажности в области низких величин pF.

Коэффициент влагопроводности горизонтов обоих профилей также существенно различается для почвенных горизонтов; наибольшие его значения в области влажностей, близких к насыщению, характерны для оподзоленных горизонтов. Выделяются гумусовые горизонты более плавным снижением функции влагопроводности при иссушении монолитов.

Таким образом, каждый из генетических горизонтов имеет свой набор физикохимических свойств, отличный от других, что предполагает различия в миграционных характеристиках.

4.2. Перенос влаги и растворенных веществ в отдельных генетических горизонтах и на их переходах. Параметры массопереноса при увеличении масштаба исследования Последовательность выполнения лабораторных фильтрационных экспериментов следующая: (1) капиллярное насыщение почвенной колонки влагой, (2) увеличение влажности до полной влагоемкости, (3) напорная фильтрация влаги, (4) резкая подача раствора KCl на верхнюю границу почвенной колонки, (5) порционный сбор фильтрата на нижней границе колонок с целью получения выходных кривых ионов - зависимости относительной концентрации от тактов.

Начнем с почвенных образцов нарушенного строения. Именно насыпные почвы являются традиционными для получения выходных кривых и параметров массопереноса (Мироненко, Пачепский, 1981; Пачепский, 1990, 1992; Корсунская, 1997). Выходные кривые для насыпных почвенных колонок характеризовались сравнительно более быстрым выходом иона хлора, обладающего отрицательной сорбцией, его кривые смещены влево (рис.6).

а) б) в) С/Со 1,0 C/Со С/Со С/Со 0,хлор 0,калий 0,хлор-0,Такт Такт Такт Т 0,0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 Рис.6. Выходные кривые ионов Cl- и К+ для насыпных почвенных образцов:

а) гор. Апах, б) гор. Ah, в) гор. ЕВ В гор. Ah наблюдается значительное запаздывание выхода иона калия, что, вероятно, связано с его более высокой сорбцией горизонтом и с меньшим размером слагающих агрегатов. Именно эти параметры оказались решающими в насыпных почвенных образцах. Выходные кривые ионов и калия и хлора в иллювиальном горизонте располагаются очень скученно, что свидетельствует о быстром переносе ионов по межагрегатному пространству горизонта, имеющего специфическую водоустойчивую ореховатую структуру.

Теперь сравним выходные кривые ионов полученные для монолитов такого же размера – высотой 9-10 см (рис.7). В монолитах выход хлорид-ионов происходит быстрее в начале эксперимента. Затем по сравнению с насыпными образцами происходит их запаздывание, и наблюдается длинный хвост кривых.

а) б) 1,1,С/Со Монолит С/Со Монолит 0,0,0,0,0,4 0,Насыпная почва Насыпная почва 0,0,Такт Такт 0,0,0,0 1,0 2,0 3,0 4,0,0 1,0 2,0 3,0 4, Рис.7 Выходные кривые иона Cl- монолитов и насыпных почв: а) гор. Апах, б) гор.ЕВ Это связано с тем, что в монолитах не разрушена сложившаяся система влагопроводящих пор, что ведет к быстрому появлению ионов в первых порциях фильтрата, в дальнейшем по мере фильтрации в перенос вовлекаются более тонкие поры.

Схема проведения лабораторного эксперимента с большими почвенными монолитами, некоторые из которых включали в себя сразу несколько горизонтов, в целом была аналогична вышеописанному, только на поверхность подавался раствор KCl с водорастворимым крахмалом в качестве метки движения влаги и для оценки возможного пристеночного эффекта. Монолиты имели длину 24 см, диаметр составлял 16 см. Сразу после окончания фильтрации монолит последовательно срезался с шагом 2 см. Почвенные срезы окрашивались йодной водой для обнаружения крахмала, и по сетке определялась влажность, плотность и концентрации ионов в почвенных вытяжках (33 экспериментальные точки на каждый слой).

Рассмотрим результаты по 4-м монолитам, состоящих соответственно из следующих горизонтов: (1) гор. Апах, (2) гор. Аh, (3) монолит, отобранный на границе гор. Ah и гор. ЕВ. И (4) монолит 4 состоял из нижней части пахотного горизонта, гор. Ah и верхней части гор. ЕВ.

объемная влажность, % а) б) в) г) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 10 15 20 25 30 35 40 45 50 10 15 20 25 30 35 40 45 50 10 15 20 25 30 35 40 45 10 15 20 25 30 35 40 45 50 10 15 20 25 30 35 40 45 50 10 15 20 25 30 35 40 45 50 10 15 20 25 30 35 40 45 10 15 20 25 30 35 40 45 50 10 15 20 25 30 35 40 45 50 10 15 20 25 30 35 40 45 50 10 15 20 25 30 35 40 45 см плотность, г/см0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,7 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,7 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,7 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,7 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,7 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,7 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1, см Рис.8. Послойные статистики (медианы, квартили, размах) влажности и плотности почв в колонках-монолитах: а) гор. Апах, б) гор. Аh, в) гор. Аh-ЕВ, г) гор.

Апах-Аh-ЕВ Статистики послойного распределения объемной влажности и плотности почв в монолитах показали (рис.8), что в гор. Апах наблюдалось равномерное распределение влажности по всему монолиту и некоторое уплотнение в нижней части. Гор. Ah оказался наиболее увлажненным, и он имеет наименьшие величины плотности. Наблюдается высокая пестрота значений плотности и влажности в монолитах, состоящих из нескольких горизонтов. В них выделяется гор. Ah более высокими значениями влажности, что обусловлено его более высокой водоудерживающей способностью (рис. 5, 8).

Определение концентраций ионов проводилось сразу после прекращения фильтрации, картины распределения элементов обусловлены быстрыми потоками влаги (рис.9). В монолите гор. Апах медианные значения содержания ионов весьма равномерные по всей длине монолита, имеются участки, где элементы не обнаружены или имеют очень низкие значения, причем высокие концентрации элементов наблюдается как в верхней части колонки, так и в нижней.

Вертикальный перенос ионов в горизонте осуществляется в первую очередь в соответствии с пространственным распределением плотности почвы.

ИОН КАЛИЯ а) б) в) г) Апах Аh Аh Аh Апах ЕВ ЕВ ИОН ХЛОРА Апах Аh Апах Аh Аh ЕВ ЕВ Рис.9. Пространственное распределение ионов калия и хлора в почвенных колонкахмонолитах: а) гор. Апах, б) гор. Аh, в) гор. Апах-Аh-ЕВ, г) гор. Аh-ЕВ В гор. Аh (монолит 2) наблюдается резкое и равномерное снижение содержания ионов с глубиной (рис. 9 б). В нем величины концентраций элементов являются максимальными из всех почвенных колонок. В монолитах, состоящих из нескольких горизонтов, граница гор. Ah отчетливо выделяется накоплением ионов (рис.9 в, г) и одновременно наибольшими квартилями и разбросом величин концентраций ионов. Его нижняя граница, переход к ЕВ отличается языковатостью пространственного распределения обоих элементов, которое вероятно связано со снижением скорости фильтрации, разделением потока на отдельные составляющие в гор. ЕВ, дальнейшим струйчатым характером перемещения раствора. Отметим и явления проскока раствора, которые отмечаются отдельными пятнами повышенной концентрации ионов.

а) в) Выходные кривые, 1,С/Со С/Со полученные для монолитов, 0,состоящих из отдельных Cl K гор. Апах и Аh (рис.10 а, б), Т Такт 0,показали одновременно б) г) С/Со С/Со быстрое возрастание содержания К+ и Cl- в 0,порциях фильтрата. Причем Такт Такт 0 особенно резкий рост 0 0,5 0,0 0,5 1,концентраций наблюдается Рис.10. Выходные кривые ионов калия и хлора в гор. Аh, что характеризует почвенных колонок-монолитов: а) гор. Апах, б) гор. Аh, в) гор. Апах-Аh-ЕВ, г) гор. Аh-ЕВ доминирование в этом горизонте передвижения ионов с преимущественными потоками влаги. Движение ионов осуществляется по крупным порам, непрерывным по всей длине монолита, практически без стадии сорбции ионов, в частности, иона К.

Для монолитов, отобранных на границах почвенных горизонтов характерно запаздывание выхода ионов в первых порциях фильтрата, наблюдается расхождение выходных кривых К+ и Cl-, что связано с особенностями фильтрационных и сорбционных свойств отдельных горизонтов и особенностями перехода горизонтов.

Балансовые расчеты показали, что из монолитов было вынесено в процентах от поступившего на поверхность: из монолита Ah - 74% Cl- и 69 К+, Апах – 61% и 54%, AhЕВ – 56% и 46%, АпахAhЕВ - 45% и 39% соответственно.

Гидрохимические параметры массопереноса: скорости фильтрации (v, м/сут), коэффициента гидродинамической дисперсии (D*, м2/мин), шага смешения (, м), рассчитанные для разных уровней исследования почв, представлены в таблице 3.

Наиболее близкие значения параметров для исследованных горизонтов наблюдаются в насыпных почвах.

Табл.3. Гидрохимические параметры массопереноса иона Cl- горизонт Скорость Коэф-т гидродинамической Шаг дисперсии D*, м2/мин смешения , м фильтрации v, м/сут Насыпные колонки Апах 0,9 1 х 10-4 0,Аh 1,1 8 х 10-5 0,ЕВ 1,3 9 х 10-5 0,Малые почвенные монолиты Апах 1,3 5 х 10-4 0,Аh 1,7 1 х 10-3 0,ЕВ 0,9 1 х 10-3 1,Большие почвенные монолиты Апах 0,1 8 х 10-5 Аh 5,2 3 х 10-2 Аh-AhE-EB 1,7 3 х 10-4 Апах-Аh-AhE-EB 0,3 6 х 10-4 Происходит возрастание коэффициента гидродинамической диффузии и шага смешения при переходе от насыпных вариантов к монолитам, и по мере увеличения размеров почвенных монолитов. Это свидетельствует о возрастании вклада ПП влаги в массоперенос при увеличении масштаба рассмотрения движения веществ в почвах, что необходимо учитывать в современных моделях по расчету переноса влаги и веществ.

Следующий уровень исследования – это почвенный профиль. Полевые фильтрационные эксперименты проводились аналогично лабораторным. На поверхность почвы устанавливалась рама (диаметром до 50 см), куда подавалась сначала вода, затем резко «ступенькой» 1М р-р KCl с крахмалом. На нижней границе исследуемой почвенной толщи устанавливался секционный лизиметр, в нем проводился фиксированный порционный сбор фильтрата для получения выходных кривых. После окончания фильтрации надлизиметрическая почвенная толща послойно изучалась. Следует отметить, что на этом уровне исследования почв мы имели возможность более детально исследовать нижнюю границу благодаря использованию специально сконструированного секционного лизиметра.

Проведенные фильтрационные эксперименты в 1998-2001, 2004-2006 гг.

показали, что почвенные горизонты имеют свои особенности формирования преимущественных потоков влаги. На рис.11 представлены горизонтальные послойные топоизоплеты плотности, содержания иона калия и распределение крахмальной метки, полученные в одном из экспериментов 1999 г.

б) а) 130 cm 130 cm Рама Рама 0 Калийная метка Крахмальная метка Крахмальная метка 20 + Концентрация K, г/100г почвы Плотность, г/cм 0.0.1.0.1.1.0.10 30 50 70 90 110 cm 10 30 50 70 90 110 cm 10 30 50 70 90 110 cm 10 30 50 70 90 110 cm в) г) Относительная концентрация Объемы лизиметрической воды, мл K+ в лизиметрической воде мл 810C/C60.1.50.50.0.Лизиметр Лизиметр Местоположение рамы.

Местоположение рамы Рис.11. Пространственное распределение плотности почв, содержания иона К+, объемы лизиметрических вод в секторах лизиметра, относительная концентрация иона К+ в лизиметрических водах В пахотном горизонте движение меченой влаги происходит по наиболее рыхлым участкам с огибанием переуплотненных. Картины распределения ионовметок и крахмального окрашивания показали, что они имеют форму вложенных концентрических кругов, т.е. движение воды носит преимущественно фильтрационный равномерный характер (Дмитриев и др., 1985). Такая слабая выраженность преимущественных путей миграции влаги связана с регулярным проведением пахоты и пространственным выравниванием почвенных свойств.

Хотя в данном горизонте можно предположить весьма высокую динамичность порового пространства в годовом цикле: разрушение преимущественных путей движения влаги после пахоты и создание новых под действием осадков и корневых систем растений.

Горизонту В свойственен инфлюкционный тип фильтрации, крахмальное окрашивание в нем – в виде отдельных пятен (Дмитриев, 1985). Причем такое пятнистое окрашивание в гор. В наблюдалось даже в том случае, когда рама Глубина, см устанавливалась непосредственно на его поверхность. Это указывает на доминирование преимущественных потоков именно в этом горизонте.

Поступление влаги в сектора лизиметра, расположенного на гл. 50 см от поверхности почвы, оказалось весьма неравномерным: в 70 % секторов поступления влаги не наблюдалось (рис.11), и только в нескольких объемы гравитационной влаги были значительны. Скорость фильтрации раствора в отдельных секторах лизиметра была очень высокой и составила 200-600 см/сут.

Поэтому уже на 7-й минуте после подачи раствора на поверхность, концентрации ионов калия и хлора оказались близкими 1 С/Си почти равными концентрации раствора 0,0,на входе. Построение выходных кривых Калий 0,Хлор по полевым данным (рис.12), 0,Такт полученным порционным сбором фильтрата в одном из секторов 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,лизиметра показало, что происходит Рис.12. Выходные кривые ионов Cl- и К+ (полевые данные ) резкое одновременное возрастание ионов-меток, что свидетельствует об их миграции с ПП влаги. Всего на глубину см по путям быстрой миграции влаги в данном фильтрационном эксперименте было вынесено более 10 % ионов.

Таким образом, движение влаги и растворенных веществ происходит не по всему поровому пространству почв, а по отдельным преимущественным влагопроводящим путям, осуществляющим значительный массоперенос, характеризующихся значительным ослаблением сорбционных процессов.

ПП влаги оказывают влияние и на пространственное распространение температурной волны, увеличивая латеральную неоднородность температуры почвы - при поступлении значительных объемов влаги на поверхность почвы возможен конвективный перенос тепла. Специальные полевые эксперименты с использованием температурной метки были проведены на дерново-подзолистой легкосуглинистой пахотной почве УОПЭЦ Чашниково Московской области 7.07. 12.07.2004. На глубине 20 см под ненарушенным гор. Апах по горизонтальной сетке были установлены термодатчики, фиксировавшие температуру каждые мин. Температура почвы на исследуемой глубине слабо варьировала по площади участка в диапазоне 13,4-14,8С (рис.13 а). Через 40 мин после начала подачи влаги, температура которой составляла 25С, картина распределения изменилась (рис.13 б), достигнув в отдельных точках почвы 20-20,5 С.

а) б) в) см 5 10 15 20 25 30 5 10 15 20 25 30 5 10 15 20 25 Рис.13. Топоизоплеты распределения температуры почвы: а) за мин до начала подачи влаги, б) через 40 мин после начала подачи воды, в) через 1 сутки после эксперимента Были построены выходные кривые температуры почв, аналогично выходным кривых ионов. Относительная температура рассчитывалась по отношению к температуре влаги, поданной на поверхность почв. Часть термодатчиков очень быстро отреагировала на подачу подогретой воды на поверхность почвы, достигнув максимума значений в течение 40 мин (рис.14). После прекращения фильтрации температура стала 0,8 T/To снижаться в одних случаях также 0,резко, как и поднималась, что 0,свидетельствует о передвижении 0,влаги по наиболее крупным порам, время 0,быстро сбрасывающим излишки 12:00 13:12 14:24 15:36 16:влаги. Уменьшение степени Рис.14. Выходные кривые температуры почвы пологости выходных кривых связано с увеличением вклада более мелких и извилистых пор, увеличением вклада кондуктивной составляющей теплопереноса. На участках, куда не попали ПП влаги, температура почвы повышалась постепенно на 1-2 С за счет более медленного перераспределения влаги и кондуктивного механизма переноса тепла.

Проведенные эксперименты показали, что метод температурной метки фиксирует пути быстрой миграции влаги, позволяет вести сбор информации в автоматизированном режиме с высокой точностью, и позволяет повторять эксперимент для решения вопроса об устойчивости влагопроводящих путей.

Таким образом, ПП влаги могут оказывать значительное влияние на распределение влажности, веществ и тепла, т.к. они определяют быстрые локальные перемещения в почве. Это ведет к увеличение пространственной неоднородности почвенной толщи, определяет начальную ситуацию после выпадения осадков и поливов, закладывают основу для дальнейших более медленных процессов движения влаги, веществ и тепла в почвенном покрове.

Кроме того, ПП влаги имеют важное значение в выполнении почвой экологической функции в ландшафте, т.к. возможен быстрый перенос воды и питательных или загрязняющих веществ в нижние слои почвенного профиля или за его границы.

4.3. Перенос влаги и растворенных веществ на уровне почвенного покрова Следующий уровень наших исследований ПП влаги и растворенных веществ – комплексный почвенный Владимирского ополья. Исследования проводились в условиях выровненного рельефа для исследования влияния собственно почвенных характеристик на перераспределение влаги и веществ в почвенном покрове.

Для того чтобы охватить все почвенные разности Владимирского ополья и учесть специфику внутрипочвенного рельефа, большинство заливочных фильтрационных опытов мы проводили на длинномерных траншеях, что позволило подробно исследовать морфологию почв и точно выбрать позиции для проведения экспериментов. Так, в 2000 г. на 40-метровой траншее были установлены лизиметра на разных глубинах и под разными горизонтами с учетом специфики морфологического строения почв (рис.15).

Первый лизиметр был установлен на серой лесной слабооподзоленной почве на глубине 50 см, надлизиметрическая толща состояла из пахотного горизонта и гор. ЕВ. Влага в лизиметре 1 появилась через 12 мин после ее подачи влаги в раму, и ее распределение было очень неравномерным. Всего профильтровалось 20 % от поданной на поверхность влаги. Для исследования движения влаги в отдельных горизонтах второй лизиметр был установлен сразу под пахотным горизонтом. В нем фильтрация началась раньше (через 6 мин), ее поступление было более равномерным, а вынос выше (28%). При снятии верхней 25-см толщи пахотного горизонта и подаче раствора непосредственно в иллювиальный горизонт в лизиметре 3, установленном на глубине 75 см, было обнаружено небольшое количество фильтрата (около 1% от поступившего на поверхность). Исключение составил лизиметр 4, который был расположен в серой лесной почве со вторым гумусовым горизонтом на глубине 50 см в гор. ЕВ, в нем не было обнаружено влаги.

а) Рама мм Апах Апах Апах Апах 25 см 25 см 25 см 25 см Аh EB АhE EB Лизиметр EB EB 50 см 50 см 75 см Лизиметр 1 Лизиметр Лизиметр б) 4400 44Не 33300 3обнаружено 200 200 200 21100 100 10 0 в) С/Со 1,1,1,0 1,0,8 0,0,8 0,8 Не 0,0,0,6 0,обнаружено 0,0,4 0,4 0,0,2 0,2 0,0,0,0 0,0,0,Рис.15. Схема полевых фильтрационных экспериментов: а) схема установки заливочных рам и секционных лизиметров на траншее, б) объемы фильтрата в секторах лизиметра, в) относительная концентрация хлорид-иона в секторах лизиметра.

Относительные концентрации хлорид-ионов в большинстве секторов лизиметра оказались весьма высокими, т.е. во всех экспериментах было зафиксировано движение раствора по путям быстрой миграции влаги. Исключение составили лизиметры, установленные в гор. ЕВ в почвах с гор. Аh. Последующие эксперименты на серых лесных почвах со вторым гумусовым горизонтом, проведенные в 2001, 2004-2005 гг. показали, что в случае установки лизиметра в гор. ЕВ, влага не поступала в секции лизиметра. Однако расположение лизиметра непосредственно в толще гор.Ah приводило к интенсивной и весьма равномерной по площади фильтрации влаги, в лизиметр поступало около 50-60 % влаги от поданной в почву. По всей видимости, в данном горизонте происходит латеральное растекание влаги на границе с подстилающим иллювиальным горизонтом.

Увеличение влажности на нижней границе гор. Аh отмечали в своих работах А.О.

Макеев (2005), Т.А. Архангельская (2007).

Таким образом, полевые эксперименты по исследованию ПП веществ позволили обнаружить быстрые пути миграции раствора, не определяемые послойным отбором почвенных образцов. На серых лесных почвах Владимирского ополья при высоких скоростях фильтрации влаги по преимущественным путям (более 200 см/сут) ионы калия слабо взаимодействуют с твердой фазой почв. В гор.

Ah в наибольшей степени выражены ПП фильтрации за счет высокой его агрегированности и оструктуренности. Нижняя часть второго гумусового горизонта является своеобразным «экраном», задерживающим вещества и не позволяющим им проникать в нижние слои почвенной толщи.

Учитывая, что нижняя граница гор. Аh образует сложный внутренний рельеф, следует ожидать специфических процессов вертикального и латерального перемещения влаги в комплексном почвенном покрове Владимирского ополья. Для того, чтобы физически обосновать возможные следствия такого рода переноса влаги и веществ была поставлена задача изучения анизотропии гидрофизических и гидрохимических свойств почв, составляющих почвенный покров Владимирского ополья.

4.4. Анизотропия гидрофизических и гидрохимических свойств почв.

Для исследования анизотропии гидрофизических и гидрохимических характеристик были отобраны монолиты в трех направлениях: вертикальные, горизонтальные - вдоль склона внутрипочвенного рельефа и поперек склона. На отобранных монолитах были проведены исследования основной гидрофизической характеристики (ОГХ), функции влагопроводности, выходных кривых.

На рис.16 приведены нижние тензиостатические части ОГХ для образцов почвенных горизонтов, отобранных в различных направлениях.

Оказалось, что наиболее однородным является гор. Апах (рис.16, а), он не обладает анизотропией ОГХ, все кривые располагаются очень скученно, разброс значений минимален. Выделяется гор. Ah (рис.16, б), в котором водоудерживающая способность выше, и одновременно наблюдается дифференциация в зависимости от направления отбора почвенного монолита.

Горизонтальные монолиты, отобранные вдоль внутрипочвенного рельефа имеют меньшие значения влажности и их кривые смещены влево.

а) б) в) 2,pF 2,1,1,0 1. Вертикальные монолиты 0,Латеральные:

0,2. -вдоль pF внутрипочвенного г) д) е) 2, рельефа 2,0 3.-поперек внутрипочвенного 1, рельефа 1,0,, % 0,26 36 46 26 36 46 26 36 46 Рис.16. ОГХ почв монолитов, отобранных из горизонтов серой лесной почвы и переходных слоев: а)гор.Апах, б)гор.Аh, в)гор.ЕВ, г)гор.АпахЕВ, д)гор.АпахАh, е)АhЕ.

. Еще более отчетливо выражена анизотропия ОГХ нижней части гор. Ah (рис.16, е) на фоне резкого снижения водоудерживающей способности по сравнению с вышележащим горизонтом.

Также отчетливо данный горизонт выделяется и анизотропией функции влагопроводности. Монолиты, отобранные в направлении склона палеорельефа, имеют наибольшие значения коэффициента влагопроводности во влажной почве, резко снижаясь с уменьшением влажности.

Выходные кривые почвенных монолитов показали (рис.17), что в пахотном горизонте движение влаги осуществляется преимущественно в вертикальном направлении (рис.17, а), т.к. ни одна из 4-х колонок, отобранных горизонтально, не позволила получить выходные кривые из-за низких скоростей фильтрации (рис.17, г). Вынос ионов на нижней границе вертикально отобранных монолитов свидетельствует о значимости сорбции иона калия в данном горизонте.

В гор.Аh (рис.17, в, д) выражен процесс быстрого перемещения ионов с ПП влаги – наблюдается одновременный выход меток. Причем наиболее резко это происходит в латеральных колонках и особенно в нижней оподзоленной части гор.

Ah. В нем, в отличие от пахотного горизонта, очень низкая фильтрация отмечена в вертикальных колонках. Т.е., в данном горизонте преимущество имеет латеральный перенос по ПП миграции влаги вдоль внутрипочвенного палеорельефа.

Горизонт Апах Горизонт Аh Горизонт АhE а) б) в) 1,0 С/Схлор Вертикальные Низкий Кф 0,калий монолиты Т 0,0 1 2 3 г) д) е) 1,Латеральные 0,5 монолиты Низкий Кф Такт 0,0 1 2 3 40 1 2 3 Рис.17. Выходные кривые ионов калия и хлора почвенных монолитов горизонтов.

Вертикальные монолиты горизонтов: а) Апах, б) Ah, в) AhЕ Латеральные монолиты горизонтов: г) Апах, д) Ah, е) AhЕ Дальнейшее перемещение влаги в иллювиальном горизонте, согласно лабораторным и полевым фильтрационным экспериментам осуществляется в вертикальном направлении по межпедному пространству крупноглыбистой, призматической структуры горизонтов ЕВ и В.

Это заключение нашло свое Перфорированная Подача CL-CL-труба, d=16 см раствора КCl подтверждение при проведении полевого Апах заливочного эксперимента сразу после снеготаяния в марте 2004 г., когда почва была максимально увлажнена.

На выровненном участке с выраженным Ah склоном внутрипочвенного рельефа была ЕВ установлена перфорированная пластиковая труба диаметром 16 см до глубины 70 см (рис.18). В нее был залит раствор КСl.

Рис.18. Распределение содержания иона Cl (%,) по вертикальной стенке После того, как раствор полностью при поступлении раствора в профильтровался, было зачищено вертикальную скважину.

вертикальных среза вдоль и поперек внутрипочвенного склона и по сетке определены концентрации ионов. Результаты пространственного распределения хлорид-иона представлены на рис. 18, на котором четко видно преимущественное передвижение иона хлора в гор. Ah и особенно в его нижней части Таким образом, почвенный покров Владимирского ополья обладает выраженной анизотропией гидрофизических и гидрохимических функций горизонтов слагающих его почв. Отмеченное по выходным кривым отсутствие процессов сорбции при движении растворов в латеральном направлении указывает на перенос веществ в виде преимущественных потоков.

По всей видимости, перемещение влаги по путям быстрой миграции в сложном комплексном почвенном покрове Владимирского ополья осуществляется следующим образом: при поступлении значительных количеств влаги происходит ее преимущественно вертикальное передвижение в пахотном горизонте.

Латеральный перенос, согласно гидрофизическим и гидрохимическим свойствам, здесь не является значимым. Причем перемещение по данном горизонту является наиболее равномерным, ПП выражены в нем в меньшей степени, т.к. ежегодная пахота гомогенезирует строение порового пространства. Дальнейшее перемещение почвенной влаги происходит в виде ПП по склонам палеорельефа. Латеральный перенос внутрипочвенной влаги (верховодки) в наибольшей степени выражен в нижней оподзоленной части второго гумусового горизонта, где наблюдается резкое снижение водоудерживающей способности горизонта. Выходные кривые ионов показали неравномерность и сложность латерального переноса с выраженными ПП влаги. При попадании гравитационной воды на выровненные плакорные участки древнего внутрипочвенного рельефа, происходит ее проскок в нижние горизонты.

Движение влаги в иллювиальном горизонте носит инфлюкционный характер с проскоками влаги, что и отражается в неровной линии вскипания от НСl. ПП влаги ведут к высокой пространственной неоднородности распределения влаги и веществ, формированию в вертикальном направлении - языковатости смены горизонтов, в латеральном направлении - к стягиванию влаги и растворенных веществ к элементам понижения во внутрипочвенном рельефе. Это ведет, в частности, к «омоложению» гумуса нижней части гор.Ah (Милановский, 2006).

Такое ежегодно повторяющееся воздействие на почвенный покров в виде поступления значительных количеств влаги в период весеннего снеготаяния, при выпадении осадков ливневого характера, формирует особый водный режим почв Владимирского ополья с явлениями быстрого проскока и передвижения избыточной влаги, что является основой для сохранения уникальной палеоструктуры почвенного покрова.

Проведенные комплексные исследования формирования ПП влаги в почвах Владимирского ополья показали их роль в быстром перераспределении гравитационной влаги, что является одним из важнейших факторов поддержания устойчивого функционирования почвенного покрова Вопрос, который логически вытекает из вывода об устойчивом функционировании системы – вопрос о времени формирования преимущественных путей движения влаги, о возможности влияния ПП влаги на трансформацию твердой фазы почв, т.к. именно с вертикальным стоком осуществляется перенос и вынос растворенных веществ и взвешенных частиц по почвенному профилю.

ГЛАВА 5. Формирование преимущественных путей движения влаги, и их влияние на изменение свойств почв Ответ на эти вопросы предполагает проведение исследований на объектах с точно известным временем начала функционирования.

5.1. Преимущественные пути движения влаги в техноземах КМА.

Одним из таких объектов нашего исследования явился технозем (рекультивационная конструкция) Лебединского железнорудного карьера Курской магнитной аномалии (КМА), который функционирует с 1986 г. Технология рекультивации заключается в создании техногенного культурного ландшафта. Он предусматривает намыв мощного песчаного слоя на гидроотвал, на который после его подсушивания наносится 60-см черноземный гумусовый слой (чернозем типичный).

Сформированная таким образом техногенная призма находится в сельскохозяйственном использовании. По теоретическим предпосылкам, эта конструкция должна функционировать аналогично «местным» черноземам, более того, наличие мощного дренажного песчаного слоя должно было способствовать улучшению водного режима почв в условиях орошаемого земледелия. Однако, за более, чем 20 лет эксплуатации, насыпанный черноземный слой превратился в своей нижней части, с глубины 30 см вплоть до 60 см в горизонт с резко ограненными столбчато-призмовидными педами (рис. 19). К настоящему времени черноземный слой отчетливо дифференцирован по структуре: верхняя часть продолжает оставаться комковато-зернистой, средняя часть обладает а) б) в) ореховатой структурой с выраженными гранями и ребрами. С глубиной размер педов увеличивается, и они складываются в столбчатую структуру, распадающуюся на агрегаты.

Рис. 19. Структура почвы технозема:

Агрегаты в средней и нижней части а) комковато-зернистая - гл.10-20 см, б) ореховатая - гл. 30-40 см, обладают очень высокой в) ореховато-столбчатая - гл. 35-50 см водоустойчивостью.

Для выяснения особенной передвижения влаги в такого рода резко дифференцированной по свойствам почвенной конструкции были проведены фильтрационные эксперименты с крахмальной меткой. Как видно на рис.20, на котором представлены результаты одного из экспериментов, уже с глубины 20 см наблюдалось сильное расчленение потока и его движение в дальнейшем происходило по граням структурных отдельностей по инфлюкционному типу. А с рама глубины 40 см крахмальные пятна практически не были заметны, обнаруживаясь лишь на вертикальных поверхностях почвенных педов. Установка рамы непосредственно на столбчатоореховатый слой не изменило характер движения влаги в нем.

Массоперенос в нижнюю часть Граница песчаного слоя профиля оказался весьма значительным, о чем свидетельствуют мощное растекание крахмала в песчаном слое и его Рис. 20. Послойные распределение крахмальной метки в заливочном дальнейшее продвижение вглубь песчаной эксперименте на техноземе КМА подложки. Перенос влаги осуществлялся без увлажнения почвенных агрегатов, по преимущественным транспортным путям, которые в данном случае представляли собой межпедное трещинное пространство.

Г л у б и н а, с м Для доказательства обнаруженного в полевых условиях факта быстрого переноса раствора по преимущественным путям миграции был использован лабораторный метод получения выходных кривых. Приведенные на рис.выходные кривые указывают, что в верхней C/Cчасти черноземного слоя с 0,0-10 см 0-10 см 0-10 см 0-10 см 0-10 см 0-10 см выраженной зернистой 20-30 см 20-30 см 20-30 см 20-30 см Сl20-30 см Сl20-30 см Сl0,45-55 см 45-55 см 45-55 см 45-55 см 45-55 см 45-55 см 0,4 структурой происходит 0-10 cм 0-10 cм 0-10 cм 0-10 cм 0-10 cм 0-10 cм 20-30 см 20-30 см 20-30 см 20-30 см K+ 20-30 см K+ 20-30 см K+ 0,45-55 см 45-55 см 45-55 см 45-55 см 45-55 см 45-55 см сорбирование иона калия, его Tакты выходные кривые смещены 0 2 вправо. По мере увеличения Рис. 22. Выходные ионов Cl- и К+ почвенных колонок, отобранных с глубин 0-10, 20-30 и 45-глубины отбора почвенных см образцов происходит увеличение интенсивности выхода калийной метки, и с глубины 40 см, выход ионов калия и хлора почти одновременный, что свидетельствует о значительном вкладе именно преимущественных путей миграции воды, что и наблюдалось в полевых условиях, когда раствор двигался без фронтального увлажнения почвенной толщи.

Таким образом, через 20 лет после начала функционирования техноземов КМА были сформированы преимущественные пути движения влаги, по которым осуществляется значительный массоперенос. Верхняя часть почвенной толщи подвергается регулярным агротехническим воздействиям, а значит, структура влагопроводящей система периодически разрушается. В нижней части сформировавшиеся транспортные пути определили и закрепили особый тип структуры, что обуславливает устойчивое функционирование данной конструкции в настоящее время. В результате в процессе функционирования данных почвенных конструкций именно нижняя часть черноземного слоя в наибольшей степени подвергалась трансформации и изменению структуры в результате специфики нижней границы и регулярного формирования преимущественных потоков влаги.

5.2. Преимущественные пути движения влаги в модельных почвах лизиметров МГУ.

Другим объектом для изучения роли преимущественных потоков влаги в эволюции почв явились уже рассмотренные выше модельные почвы лизиметров, в которых в 1-ом варианте на поверхности располагается иллювиальный гор. В2, отличающийся трещиноватостью и глыбистостью структуры, а во 2-ом варианте поверхностным является зернисто-комковатый гор. Апах. Приведенные выше результаты исследования гидротермического режима показали, что в годовом цикле варианта 1 лизиметрических почв в большей степени выражены явления преимущественного движения влаги, 2-ой вариант отличается большей выраженностью фильтрационного перемещения воды.

Рассмотрим многолетнюю динамику лизиметрического стока (рис.23). В начале опыта почва во всех мм вариант вариантах представляла собой вариант 8осадки насыпные образцы, было 6нарушено строение 4межагрегатного порового 2пространства.

годы Расчет коэффициента корреляции 0 10 20 30 Рис.23. Многолетняя динамика осадков и между количеством выпавших лизиметрического стока в вариантах осадков и объемами лизиметрического опыта (медианные значения для каждого варианта).

лизиметрического стока для периода октябрь-апрель с отсутствием влияния растительного покрова показало, что в 1-ом варианте в первые годы наблюдалась высокая корреляция между величинами лизиметрического стока и количеством выпавших осадков. А варианте 2 не было отчетливой зависимости лизиметрического стока от осадков, и даже при значительных осадках: при более 350 мм за период, значения лизиметрического стока не превысили 50 мм. Фильтрация была незначительна и приурочена к осенним периодам затяжных дождей. Это свидетельствует о значительных различиях в фильтрационных свойствах почвенных горизонтов, особенно на начальных этапах функционирования лизиметрических установок. Основные влагопроводящие пути были сформированы через 10-14 лет после начала функционирования почв в лизиметрах. С этого времени наблюдается высокая корреляция стока с количеством выпавших осадков, а при осадках более 300 мм за период объемы стока в обоих вариантах практически одинаковы. Коэффициенты корреляции между значениями стока и осадков имеют высокие значения, причем эта зависимость носит прямолинейный характер с высокими величинами уровня достоверности аппроксимации (0.72 и 0.95 для вариантов 1 и 2 соответственно). В дальнейшем, после прекращения внесения удобрений и соблюдения севооборота в обоих вариантах, уменьшается зависимость от осадков, происходит снижение значений коэффициентов корреляции. В целом характер зависимости в обоих вариантах становится близок. Этот период характеризуется большим запаздыванием стока при выпадении осадков, что обусловлено формированием близкого к стабильному почвенного профиля, появлением гидрологической буферности почвы. В первые годы – около 10% от объема годового стока приходилось на весенний период 250 мм быстрых потоков влаги, в настоящее 2время от 20 до 40 % и более 11приходится на этот период в годовом годы цикле. Формирование 0 10 20 30 -50 преимущественных путей влаги ведет к сближению объемов Рис.24. Динамика разницы стока между внутрипочвенного стока почв вариантами 1 и 2 варианта).

исследуемых вариантов (рис.24) на фоне увеличения их абсолютных величин.

Устоявшееся влагопроводящее пространство приводит и к снижению выноса элементов из почвенного профиля. В качестве примера приведем годовые динамики концентраций иона кальция в лизиметрических водах (рис.25). Для примера были выбраны 2 года – 1973 и 1993 г., которые имели очень близкие значения по влагообеспеченности и 250 мг/л 250 мг/л по годовому распределению Вариант Вариант 22осадков. На рисунке представлены 111973 г.

1973 г.

Вариант Вариант медианные значения концентраций 11иона кальция в лизиметрической 1993 г.

1993 г.

воде для четырех повторностей месяцы месяцы 0 3 6 9 0 3 6 9 лизиметрических площадок Рис.25. Годовая динамика концентрации иона Са+ в лизиметрический водах каждого варианта. В 1973 году (медианные значения).

концентрации кальция были значительно выше в варианте 2, в котором преобладает фильтрационный тип движения воды. Но уже в 1993 году разница была незначительной, а сами концентрации понизились на порядок. Это может означать, что, чем более сформированы преимущественные пути, тем меньше вынос вещества из твердой фазы почвы.

Преимущественные пути миграции влаги в почвах выполняют важнейшую функцию сброса избыточной воды в нижние горизонты почвенного профиля и за его пределы без длительного взаимодействия с твердой фазы почв. Однако в случае поступления с водой загрязняющих веществ или вносимых с удобрениями питательных элементов, их вынос может оказаться выше расчетного, т.к. они будут двигаться по путям быстрой миграции воды без значительного взаимодействия с поверхностью почвенных частиц, что и наблюдалось в специальных экспериментах во Владимирском ополье.

Для обоснования возможностей переноса веществ с преимущественными потоками в модельных почвах лизиметров мы также использовали методический подход, заключающийся в получении и анализе выходных кривых.

а) 1 б) 6 Кф, С/Со 6 Кф, С/Со см/мин см/мин 5 0,8 2004 г.

5 0,8 2004 г.

1961 г.

1961 г.

0,0,2004 г.

2004 г.

0,0,0,0,1961 г.

1961 г.

Т Т t, мин t, мин 0 2 4 6 0 2 4 6 0 30 60 90 10 30 60 90 1Рис.26. а) Динамика коэффициента фильтрации верхнего горизонта В2 варианта 1 в колоночном фильтрационном эксперименте, б) выходные кривые иона калия Построение выходных кривых для образцов 1961 и 2004 г. из поверхностного горизонта В2 варианта 1 (Рис.26) показало, что на фоне увеличения коэффициента фильтрации (рис. 26, а) происходит более быстрый выход хорошо сорбирующегося иона калия из почвенных колонок образцов 2004 г. (рис. 26, б). Поэтому кривые смещаются влево, преимущественные потоки выражены сильнее.

Об этом же свидетельствует и вынос элементов из почвенного профиля, согласно исследованиям объемов и концентраций элементов в лизиметрической воде, которые мы проводили в 1993-1994 гг. (рис.27). Вынос большинства макроэлементов выше во втором варианте, в котором происходит более медленное передвижение влаги, и это несмотря на то, что лизиметрический сток был ниже, чем в варианте 1 (420 мм в 1-ом варианте, 370 мм во 2-ом варианте). Однако, вынос цинка, который в значительном количестве поступал на поверхность почв лизиметров, выше в варианте 1 с преобладанием инфлюкционных потоков в годовом цикле.

поступление поступление мг/ммг/ма) б) Вар.Вар.вынос вынос Вар.Вар.Рис.27. Поступление на поверхность почв лизиметров и вынос с лизиметрическим стоком (1993 г.) а) макроэлементов, б) микроэлементов (медианные значения) Таким образом, особенностью представленных вариантов почв, сформированных из абсолютно одинаковых генетических горизонтов, является своя специфика вертикального перемещения гравитационной влаги и конвективного переноса веществ. Это нашло отражение в изменениях и самой консервативной фазе почв – твердой фазе.

Почвы лизиметров изначально имели высокую дифференцированность профиля по гранулометрическому составу, по химическим свойствам (содержанию органического углерода, элементному составу). При размещении нижнего иллювиального гор. В2 мощностью более 40-см на дневной поверхности произошло значительное обеднение его верхней 20-см толщи илистой фракцией - на 7 %. Это привело к переходу почвы в другую категорию по классификации Качинского. Сформировавшийся пахотный гор. В2 отличается от классического иллювиального горизонта пониженным содержанием илистой фракции и высокой концентрацией грубодисперсного органического материала. Однако он сохраняет бурую окраску, глыбисто-комковатую структуру и предрасположенность к образованию трещин в засушливые периоды. Дифференциация содержания илистой фракции в результате агрогенной эволюции отмечалась многими авторами (Суворов, 1974; Караваева, 1985, 2000; Зайдельман, Ковалев, 1994 и др.) и диагностировалась в специальных экспериментах с исходно гомогенными субстратами (Козловский и др., 2001; Чижикова и др., 2006).

Расположение иллювиального гор. В1 между двумя обедненными илом слоями Апах и Е, привело к еще большему иллювированию тонких гранулометрических фракций из горизонта, и снижению в нем содержания ила на 10 %. В составе илистой фракции наблюдается увеличение концентрации углерода. В итоге верхняя толща почвенного профиля снизила изначально высокую дифференцированность по гранулометрическому составу и величинам удельной поверхности по воде и по азоту.

В случае размещения на глубине 90-110 см гумусового гор. Апах произошел рост содержания тонких фракций и увеличение разнообразия гранулометрических элементов, связанное с поступлением минеральных илистых частиц из вышележащих горизонтов и выносом гидрофильной фракции составляющей гумусовых веществ. При размещении гор. Апах в соответствии с природным расположением на дневной поверхности не наблюдается заметных изменений в распределении гранулометрических фракций и величинах удельной поверхности.

Комплексное исследование дисперсности твердой фазы почв с использованием ряда гранулометрических показателей (Березин, 1983; Шеин, 2005), изучение минералогического состава почв показало, что изменение свойств твердой фазы почв обусловлено в первую очередь перемещением тонких фракций вертикальными потоками влаги. Суспензионный перенос глинистого материала сопровождается дифференциацией по минералогическому составу с преимущественным выносом набухающих минералов, как самых тонкодисперсных и гидрофильных. Изучение минералогического состава крупных фракций выявило, что в модельных почвах происходит снятие гумусовых и гумусово-железистых пленок с поверхности минералов и процессы разрушения неустойчивых, а также частично разрушенных, корродированных зерен минералов, особенно в варианте с более медленным прохождением влаги.

Общая направленность изменения физических свойств выражена в укрупнении микро- и макроагрегатов, уплотнении почвенных горизонтов, увеличение трещиноватости и глыбистости верхних слоев. В исследуемых почвах за время их нахождения в одинаковых условиях на верхней и нижней границах происходит их сближение как по фундаментальным свойствам (гранулометрический состав, плотность, содержание органического вещества), так и по динамичным структурно-агрегатным характеристикам (увеличение диаметра агрегатов).

Таким образом, длительный лизиметрический эксперимент, проводимый в полностью контролируемых условиях, показал, что на начальных стадиях функционирования почв с антропогенно-измененными профилями трансформация твердой фазы почв весьма заметна и значима. Причем, перенос минералов и растворенных веществ в большей степени выражен в варианте с меньшей выраженностью преимущественных потоков, с меньшими скоростями лизиметрического стока, с большим временным интервалом прохождения влаги, а значит с большими возможностями переноса растворенных веществ и суспензий.

Исследования особенностей передвижения влаги в искусственно сформированных почвенных конструкциях с известными сроками создания и условиями функционирования показало, что формирование и стабилизация преимущественных путей миграции влаги в модельных почвах, созданных из насыпных горизонтов дерново-подзолистых почв, произошло в течение 10-12 лет.

ВЫВОДЫ 1. На различных природных и искусственных почвенных объектах (комплекс серых лесных почв Владимирского ополья, дерново-подзолистые почвы, рекультивационные конструкции), в длительных экспериментах (Большие лизиметры Почвенного стационара МГУ, функционирующие с 1961 г.) доказано, что преимущественные потоки веществ и энергии – характерное специфическое почвенное явление быстрого локального перемещения в вертикальном и латеральном направлениях, связанное со структурой порового пространства, строением почвенного профиля, условиями на границах почвенных горизонтов (слоев), определяемое масштабом рассмотрения почвенных объектов.

2. Многолетние исследования на дерново-подзолистых почвах Почвенного стационара МГУ показали, что периоды преимущественных потоков влаги в годовом цикле занимают короткие промежутки времени и наблюдаются при поступлении значительных количеств воды на поверхность почвы.

Преимущественные потоки влаги осуществляется значительный энерго-, массоперенос: в весенний период - при снеготаянии, что ведет к быстрому выравниванию влажности и температуры почвенного профиля, а в летний период – при выпадении осадков ливневого характера, что приводит к возникновению лизиметрического стока (до 50 % от выпадающих осадков) без фронтального увлажнения средней части профиля.

3. Разработаны методические основы регистрации преимущественных потоков влаги: метод секционных лизиметров, веществ-меток, метод температурной метки, лабораторные методы получения выходных кривых. На их основе показано, что увеличение масштаба исследования – от почвенного образца к почвенному монолиту (горизонту) и почвенному профилю (педону) - приводит к увеличению доли преимущественных потоков влаги, что на высоких иерархических уровнях структурной организации почвы вызывает необходимость учета этого явления для расчета массопереноса.

4. Преимущественные пути движения влаги могут оказывать значительное влияние на распределение влаги, веществ и тепла в горизонтальном и вертикальном направлениях, что увеличивает пространственную неоднородность почвенной толщи, а также определяют важную экологическую функцию почв в ландшафте, связанную с быстрым сквозным транспортом воды и разнообразных веществ в нижние слои почвенного профиля и за его границы, их латеральное перераспределение в почвенном покрове.

5. Длительные исследования водного и температурного режима почв, изучение трансформации твердой фазы в полностью контролируемых условиях (на примере лизиметрических почв Почвенного стационара МГУ) показали, что преимущественные пути миграции влаги являются характерным признаком достижения равновесного состояния почв в их эволюции, условием устойчивого функционирования почв при переменных внешних нагрузках в виде интенсивных потоков воды на верхней границе почвенного профиля Список основных трудов, опубликованных по теме диссертации Монографии, методические и учебные пособия:

1. Шеин Е.В., Початкова Т.Н., Рычева Т.А., Смагин А.В., Сидорова М.А., Умарова А.Б.

Лабораторные исследования физических свойств почв. Методическое пособие.

Москва, 2000, 54 с.

2. Шеин Е.В., Архангельская Т.А., Гончаров В.М., Губер А.К., Початкова Т.А., Сидорова М.А., Смагин А.В., Умарова А.Б. Полевые и лабораторные методы исследования физических свойств и режимов почв. М., МГУ, 2001.- 200 с.

3. Умарова А.Б. Рабочая тетрадь. Практикум по физике почв: учебное пособие. М., Издво МГУ, 2005. 40 с.

4. Шеин Е.В., Умарова А.Б. Сборник задач по физике почв. «Гриф и К». 2006. 112 с.

5. Проведение комплексной агрофизической экспресс-оценки состояния сельскохозяйственных земель. Методические рекомендации // Коллективная монография. Авторский коллектив: А.Т.Волощук, С.И.Зинченко, М.А.Мазиров, Е.В.

Шеин, В.Г.Тымбаев, Е.В. Фаустова, М.А. Бутылкина, М.В. Банников, А.В.

Дембовецкий, А.Б.Умарова, М.В.Прохоров. Суздаль, 2005. 76 с.

6. Шеин Е.В. Зинченко С.И., Мазиров М.А., Банников М.В., Тымбаев В.Г., Григорьев А.А., Корчагин А.А., Фаустова Е.В., Умарова А.Б., Дембовецкий А.В., Гончаров В.М., Прохоров М.В. Оценка и прогноз агрофизического состояния почв сельскохозяйственных земель (на примере комплекса элементарных почвенных ареалов Владимирского ополья). Владимир, 2007, 80 с.

7. Умарова А.Б. Глава Х. Лизиметрический метод исследования почв. С. 278-303. Глава ХII. Гидрохимические свойства почв. С. 339-362 // Теории и методы физики почв.

Коллективная монография под ред. Е.В.Шеина, Л.О.Карпачевского. М.: «Гриф и К», 2007, 616 с.

Статьи в журналах, рекомендуемых ВАК для публикаций основных результатов докторской диссертации 8. Шеин Е.В., Початкова Т.Н., Умарова А.Б. Почвенно-экологические исследования на станции изолированных лизиметров Московского университета // Почвоведение, 1994, № 11. с. 112-117.

9. Воронин А.Д., Шеин Е.В., Початкова Т.Н., Умарова А.Б. Изменение физических свойств дерново-подзолистых почв в условиях многолетнего лизиметрического опыта // Вестник МГУ. Сер.17, Почвоведение, 1996, №3, с. 28-40.

10. Шеин Е.В., Умарова А.Б., Ван Ицюань, Початкова Т.Н. Водный режим и изменение элементного состава дерново-подзолистых почв в условиях больших лизиметров // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 1997, №3, с.28-11. Губер А.К., Шеин Е.В., Ван Ицюань, Умарова А.Б. Экспериментальное обеспечение математических моделей переноса воды в почвах, оценка адекватности и надежности прогноза // Почвоведение, 1998, № 9, с.1127-1138.

12. Умарова А. Б., Шеин Е. В., Архангельская Т. А. Особенности формирования элементов водного режима дерново-подзолистых почв в годовой, сезонной и суточной динамике // Вестник МГУ, Сер 17. Почвоведение. 2002. с.36-42.

13. Карпачевский Л.О., Умарова А.Б. Большие лизиметры Почвенного стационара МГУ // Агрохимический вестник, 2003, № 2, С. 5-6.

14. Банников М.В., Поздняков А.И., Шевченко Е.М., Умарова А.Б., Бутылкина М.А.

Изменение свойств пирогенно-торфяных почв под влиянием факторов почвообразования // Вестник МГУ, серия 17, Почвоведение, 2004, №1.

15. Умарова А.Б., Иванова Т.И., Кирдяшкин П.И. Гравитационный поток влаги и его роль в эволюции почв: прямые лизиметрические исследования // Вестник ОГУ, 2006, №6, т.2 стр.103-110.

16. Шеин Е.В., Щеглов Д.И., Соколова И.В., Умарова А.Б. Изменение физических свойств слоистых рекультивационных почвенных конструкций // Вестник ОГУ. 2006, № 12.

17. Кокорева А.А. Умарова А.Б., Горбатов В.С. Оценка чувствительности моделей миграции веществ в почве разного уровня по лизиметрическому стоку// Вестник ОГУ.

2007, № 3, с. 123-127.

18. Клевцова И.Н., Умарова А.Б., Анилова Л.В., Тесля А.В. Биоклиматические ресурсы и физические свойства черноземов и темно-каштановых почв Оренбургского Предуралья // Вестник ОГУ. 2007. №5 (69). С. 167-170.

19. Умарова А.Б., Иванова Т.В., Толпешта И.И., Верба М.П. Изменение минералогического состава дерново-подзолистых почв в многолетнем лизиметрическом эксперименте // Вестник ОГУ. 2007. №10. Специальный выпуск (75).

Ч.3. С. 361-364.

20. Умарова А.Б., Кирдяшкин П.И. Конвективный перенос растворенных веществ преимущественными потоками влаги в серых лесных почвах Владимирского ополья // Вестник ОГУ. 2007. №10. Специальный выпуск (75). Ч.3. С. 364-369.

21. Русанов А.М., Клевцова И.Н., Умарова А.Б. Агрофизические и агроэкологические свойства лесостепных и степных почв Южного Урала // Вестник ОГУ. 2007. №10.

Специальный выпуск (75). Ч.3. С. 293-295.

22. Умарова А.Б., Самойлов О.А., Кокорева А.А. Температура модельных дерновоподзолистых почв в условиях больших лизиметров МГУ // Вестник Алтайского государственного университета. 2008, №1. С.22-26.

23. Архангельская Т.А., Умарова А.Б. Температуропроводность и температурный режим модельных дерново-подзолистых почв в больших лизиметрах Почвенного стационара МГУ // Почвоведение. 2008. № 3. С. 311-320.

24. Умарова А.Б., Иванова Т.И. Динамика дисперсности модельных дерновоподзолистых почв в многолетнем лизиметрическом эксперименте // Почвоведение.

2008. №5, с. 1-12.

Статьи в сборниках и журналах 25. Умарова А.Б. Процессы накопления и переноса тяжелых металлов в модельных дерново-подзолистых почвах // Сб. научных трудов. Институт земледелия Украинской академии наук. 1996, с.174-184.

26. Рычева Т.А., Умарова А.Б., Губер А.К. Исследования температуры почвы в условиях лизиметров Почвенного стационара МГУ // Лизиметрические исследования в агрохимии, почвоведении, мелиорации и агроэкологии. М.: МГУ, 1999, с. 220-225.

27. Умарова А.Б., Рычева Т.А., Губер А.К. Особенности формирования вертикального стока в период весеннего снеготаяния на лизиметрах Почвенного стационара // Лизиметрические исследования в агрохимии, почвоведении, мелиорации и агроэкологии. М.: МГУ, 1999, с.214-220.

28. Умарова А.Б., Рычева Т.А., Губер А.К., Леонова А.А. Годовая динамика лизиметрического стока модельных дерново-подзолистых почв // Лизиметрические исследования в агрохимии, почвоведении, мелиорации и агроэкологии. М.: МГУ, 1999, с.183-187.

29. Умарова А.Б., Шеин Е.В., Яковлева Т.Ю. Изучения процессов поглощения и миграции калия в серых лесных почвах Владимирского ополья // Тр. Конф.

«Круговорот биогенных веществ и плодородие почв в адаптивно-ландшафтом земледелии России», Немчиновка, 11-13 сент.2000 г. с.122-126.

30. Shein E.V., Umarova A.B., Dembovetsky A.V., Marchenko X.A. Subsoil density distribution and matter movement in soils. Proc. 2nd Workshop and Int. Conf. on Subsoil Compaction. Codolo. 2000, C. 105-111.

31. Шеин Е.В., Кириченко А.В., Гончаров В.М., Милановский Е.Ю., Умарова А.Б., Бутылкина М.А., Буева Ю.Н. Вариабельность физических свойств и процессов в почве как основной фактор биоразнообразия // Тр.Межд.Симпозиума «Функции почв в биосферно-геосферных системах», Москва, МГУ. 27-30 авг, 2001, с.143-144.

32. Умарова А.Б., Яковлева Т.Ю., Милановский Е.Ю., Шикина И.В., Дембовецкий А.В.

Почва как специфический природный проводник вещества в ландшафте // Материалы международного симпозиума «Функции почв в биосферно-геосферных системах»:

Москва, МГУ им. М.В.Ломоносова, 2001, С. 219-233. Умарова А.Б., Шеин Е.В. Применение метода крахмальной метки Дмитриева для исследований переноса воды и растворенных веществ // Масштабные эффекты при исследовании почв. М., Изд-во МГУ им. М.В.Ломоносова. 2001, С. 217-234. Shein E.V., Umarova A.B. Changes in physical properties of soils and soil processes as derived from data of a long-term lyzimetric experiment (1961-2002). Eurasian Soil Science.

Supplement. Vol.35. 2002, pp. S100-S106.

35. Shein E.V., Umarova A.B., Dembovetsky A.V.,Samoilov A.A. Effect of subsoil compaction on the hydraulic processes in landscapes // International Agrophisics. 2003, 17, C. 1-6.

36. Умарова А.Б., Кирдяшкин П.И., Иванова Т.В. Исследование вертикального переноса влаги в дерново-подзолистых и серых лесных почвах // Роль почвы в формировании естественных и антропогенных ландшафтов. Казань, Изд-во «Фэн», 2003, с.89-92.

37. Умарова А.Б.,Иванова Т.В, Кирдяшкин П.И. Динамика физических свойств на разных уровнях исследования почв в длительном лизиметрическом эксперименте // Фундаментальные физические исследования в почвоведении и мелиорации. М. МГУ.

2003, с. 132-138. Федотова А.В., Яковлева Л.В., Пилипенко В.Н., Перевалов С.Н., Шеин Е.В., Умарова А.Б., Бутылкина М.А. Почвенно-физическая и геоботаническая характеристика бугров Бэра в прикаспийской низменности // Фундаментальные физические исследования в почвоведении и мелиорации. М. МГУ. 2003, с. 201-239. Шеин Е.В., В.Н. Пилипенко, А.В. Федотова, М.А. Бутылкина, С.Н.Перевалов, А.Б.Умарова, Л.В.Яковлева, А.Л. Сальников. Изменчивость почвенно-физических свойств и растительности ландшафтов бугров Бэра в дельте реки Волги // Труды Института почвоведения МГУ-РАН «Роль почв в биосфере», вып.4 «Почвы и биоразнообразие», 2004, 130-144.

40. Карпачевский Л.О., Умарова А.Б. Большие лизиметры почвенного стационара МГУ // Лизиметрические исследования в России. Изд-во НИИСХ ЦРНЗ, 2004, с. 19-41. Карпачевский Л.О., Зубкова Т.А., Радюкина А.Ю., Умарова А.Б. Лизиметрические исследования почв // Лизиметрические исследования в России. Сб.ст. М., НИИСХ ЦНРНЗ, 2004. с 236-256.

42. Умарова А.Б. Иванова Т.В. Динамика дисперсности антропогенно-измененных почв // Структура и динамика молекулярных систем. Сб. статей. Вып.XII.. Изд-во МарГТУ, 2005. Часть 1. С. 259-264.

43. Умарова А.Б., Николаева Е.И., Шеин Е.В. Водо- и механическая устойчивость агрегатов черноземов типичных под лесом и при сельскохозяйственном использовании // Экологические функции лесных почв в естественных и антропогенно нарушенных ландшафтах. Петрозаводск. 2005. С. 313-316.

44. Шеин Е.В., Милановский Е.Ю., Русанов А.М., Умарова А.Б. Изменение структуры черноземов типичных под широколиственным лесом при сельскохозяйственном освоении в связи гидрофобно-гидрофильными свойствами органического вещества почв // Экологические функции лесных почв в естественных и антропогенно нарушенных ландшафтах. 2005, с. 108-111.

45. Умарова А.Б., Кирдяшкин П.И., Самойлов А.А. Особенности вертикального движения влаги и растворенных веществ в горизонтах и профиле структурных почв // Экология речных бассейнов. Владимир, ВГУ. 2005. С. 130-146. Иванова Т.В., Умарова А.Б., Самойлов О.А., Егоров Ю.В., Бекецкая Т.В. Сбор экспериментальной информации в многолетнем лизиметрическом эксперименте // Экспериментальная информация в почвоведении: теория, методы получения и пути стандартизации. Материалы конференции. МГУ, 2005. С. 3-5.

47. Кирдяшкин П.И., Умарова А.Б., Железова С.В. Особенности использования встроенных лизиметров при изучении движения воды и растворенных веществ в почвах // Экспериментальная информация в почвоведении: теория, методы получения и пути стандартизации. Материалы конференции. МГУ, 2005. С. 195-197.

48. Умарова А.Б. Масштаб исследований вертикального движения почвенной влаги лизиметрическим методом // Экспериментальная информация в почвоведении: теория, методы получения и пути стандартизации. Материалы конференции. МГУ, 2005. С.

229-231.

49. Умарова А.Б., Иванова Т.В., Кирдяшкин П.И. Исследования преимущественных потоков влаги в почвах методом лизиметров. // Современные проблемы повышения плодородия почв и защиты их от деградации. Материалы международной научнопрактической конференции и III съезда Белорусского общества почвоведов. Минск, 2006, С. 254-256.

50. Умарова А.Б., Кирдяшкин П.И., Железова С.В., Банников М.В. Пространственновременные аспекты движения влаги и растворенных веществ в почвах // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Почвоведение и агрохимия в XXI веке», С.-Петербург, 2006. С. 203-204.

51. Шеин Е.В., Архангельская Т.А., Умарова А.Б., Бутылкина М.А., Девин Б.А., Дембовецкий А.В., Гончаров В.М., Фаустова Е.В., Тымбаев В.Г.Обзор современных методов физики почв: требования агро- и геотехнологий, научно-обоснованных биосферных прогнозов // Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем. Материалы II Международной научнопрактической конференции. Иркутск. 2006. С. 24-52. Умарова А.Б., Иванова Т.И. Эволюция дерново-подзолистых антропогенно измененных почв // Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем. Материалы II Международной научнопрактической конференции. Иркутск. 2006. С.129-130.

53. Шеин Е.В., Горбатов В.С., Дембовецкий А.В., Умарова А.Б., Кокорева А.А.

Проблемы широкого использования прогнозных математических моделей миграции пестицидов в почвах // Сборник материалов II Международной научной конференции «Современные проблемы загрязнения почв». М., МГУ. 2007. С. 37-38.

54. Умарова А.Б., Самойлов О.А., Соколова И.В., Милановский Е.Ю., Кирдяшкин П.И., Иванова Т.В. Преимущественные потоки влаги: формирование и значение в антропогенно-измененных почвах // Ноосферные изменения в почвенном покрове.

Материалы международной научно-практической конференции. Владивосток. 2007. С.

401-403.

55. Кокорева А.А., Шеин Е.В., Горбатов В.С., Умарова А.Б. Оценка чувствительности и настройка некоторых моделей миграции пестицидов. // Ноосферные изменения в почвенном покрове. Материалы международной научно-практической конференции.

Владивосток. 2007. С. 403-406.

56. Умарова А.Б., Шеин Е.В., Кирдяшкин П.И., Самойлов О.А. Преимущественные потки влаги в структурных суглинистых почвах. // Proceedings International Conference «Soil Science – Base for sustainable Agriculture and Environment Protection». 2007. Sofia.

Bulgaria. Изд-во «ПъеблишСайСет – Еко». Part 1. Pp.113-115.

57. Шеин Е.В., Архангельская Т.А., Дембовецкий А.В., Тымбаев В.Г., Умарова А.Б., Гончаров В.М., Фаустова Е.В., Банников М.В., Трошина О.А., Чуркина О.С., Кириченко А.В. Проблемы количественной оценки пространственной структуры физических свойств в комплексном почвенном покрове // Материалы Международной научной конференции «Пространственно-временная организация почвенного покрова:

теоретические и прикладные аспекты», Санкт-Петербург, 2007. С.25-27.

58. Соколова И.В., Умарова А.Б., Милановский Е.В., Шеин Е.В., Щеглов Д.И.

Динамические изменения свойств черноземов в условиях эксплуатации рекультивационных конструкций (на примере рекультивационного почвенного покрова Курской магнитной аномалии) // Материалы Международной научной конференции «Пространственно-временная организация почвенного покрова:

теоретические и прикладные аспекты», Санкт-Петербург, 2007. С.512-514.

59. Умарова А.Б., Кирдяшкин П.И. Пространственно-временная организация миграции влаги в комплексном почвенном покрове Владимирского ополья // Материалы Международной научной конференции «Пространственно-временная организация почвенного покрова: теоретические и прикладные аспекты», Санкт-Петербург, 2007.

С.355-358.

60. Умарова А.Б., Шеин Е.В. Учение о почве как о профильном природном теле с характерными послойными свойствами и условиями на верхних и нижних границах // Проблемы истории, методологии и философии почвоведения. Пущино. 2007. Т.2. С.

140-144.

Тезисы конференций 61. Умарова А.Б., Дембовецкий А.В. Исследование водного режима модельной дерновоподзолистой почвы с помощью закрытых лизиметров // Тезисы докладов конференции молодых ученых МГУ “Современные проблемы почвоведения и экологии”, Красновидово. 1994, с.63.

62. Початкова Т.Н., Умарова А.Б. Исследование изменений твердой фазы в почве в долговременных лизиметрических экспериментах // Тезисы докладов к межвузовской научной конференции “Физика твердого тела”, Барнаул. 1994, с.38-39.

63. Шеин Е.В., Початкова Т.Н., Умарова А.Б., Ван Ицюань, Моргун М.Е. Изменение физических свойств, водного режима, плодородия и эволюция дерново-подзолистых почв при различных видах мелиоративной обработки в условиях многолетнего лизиметрического опыта. // Тезисы докладов к Всероссийской конференции “Вопросы агрофизики при воспроизводстве плодородия почв”, Санкт-Петербург, 1994, с.31.

64. Умарова А.Б. Основные закономерности в эволюции физических свойств дерновоподзолистых почв при различных системах мелиоративной вспашки // Тези доповiдей мiжнародно науково-практичноi конферненцii молодих вчених i спецiалстiв “Шляхи рацiональногo використання земельных ресурiсв Украiни”, Чабани, 1995, с.71.

65. Умарова А.Б., Початкова Т.Н. Зависимость лизиметрического стока от метеорологических условий и вида мелиоративной обработки дерново-подзолистой почвы // Тезисы докладов Всероссийской конференции “Микроклимат ландшафтов”, Санкт-Петербург, 1995, с.136-138.

66. Початкова Т.Н., Умарова А.Б., Моргун М.Е. / Эволюция физических свойств дерново-подзолистой почвы (по данным лизиметрических исследований) // Тезисы докладов 2 съезда Всероссийского общества почвоведов, Санкт-Петербург, 1996, т.1, с.103.

67. Умарова А.Б., Шеин Е.В., Початкова Т.Н./ Закономерности формирования лизиметрического стока и баланс некоторых элементов в модельной дерновоподзолистой почве // Тезисы докладов 2 съезда Всероссийского общества почвоведов, Санкт-Петербург, 1996,т.1, с.120-121.

68. Shein E.V., Guber A.K., Wang Yi Quan, Umarova A.B., Dembovetsky A.V., Butilkina M.A., Nikulina M.V. Forecast Reliability and Adequacy of Soil Water Mathematical Models // Intrnational Workshop "Modern probl. in agroecosyst simulation", S-Petersburg 24-June 1997, p.32-69. Шеин Е.В., Мизури М., Умарова А.Б., Губер А.К., Гончаров В.М., Дембовецкий А.В., Рычева Т.А. Особенности физических свойств и процессов в слитых почвах // Тезисы Международной конференции “Слитые почвы”, Майкоп, 1998.

70. Рычева Т.А., Губер А.К, Умарова А.Б. / Суточные колебания температуры дерновоподзолистой почвы в лизиметрах Почвенного стационара МГУ // Тезисы Всероссийской конференции “Лизиметрические исследования почв”, Москва,1998, с.126-1 71. Рычева Т.А., Умарова А.Б., Губер А.К. Годовая динамика температуры дерновоподзолистой почвы в условиях лизиметров Почвенного стационара МГУ. // Тезисы Всероссийской конференции “Лизиметрические исследования почв”, Москва,1998, с.123-172. Воронин А.Д., Шеин Е.В., Умарова А.Б., Початкова Т.Н., Ван Ицюань, Кириченко А.В., Дембовецкий А.В., Бутылкина М.А., Леонова А.А. Лизиметрические исследования - специфический уровень изучения почв // Тезисы Всероссийской конференции “Лизиметрические исследования почв”, Москва,1998, с.27-73. Дембовецкий А.В., Умарова А.Б., Мокеичев А.В., Шевченко П.Д. Передвижение влаги в серой лесной почве: метод полевого исследования с помощью крахмальной метки и количественный анализ // Тезисы докладов 3 съезда Всероссийского общества почвоведов. Москва, 2000. Т. 1, с. 174. Умарова А.Б., Милановский Е.Ю., Марченко К.А., Яковлева Т.Ю., Калмыкова О.В.

Исследование движения влаги и веществ в серых лесных почвах методами меток и встроенных лизиметров // Тезисы докладов 3 съезда Всероссийского общества почвоведов. Москва, 2000. Т. 1, с. 213-214.

75. Umarova A.B., Shein E.V., Milanovsky E.Yu., Marchenko X.A.. Sorption, ions exchange and dispersion processes are defined by the soil pore space structure. Abstracts. International Conference « Sustainable Soil management for Enviromental Protection Soil Physical Aspects». Florence, Italy 2-7 July 2001. Instityto Sperimetale per lo Studio e la Difesa del Suolo. 2001. C.54.

76. Шеин Е.В., Кириченко А.В., Гончаров В.М., Милановский Е.Ю., Умарова А.Б.

Вариабельность физических свойств и процессов в почве как основной фактор биоразнообразия // Тр.Межд.Симпозиума «Функции почв в биосферно-геосферных системах», Москва, МГУ. 27-30 авг, 2001, с.143-144.

77. Бутылкина М.А., Умарова А.Б., Фехердинова О.Н. Изменение свойств чернозема южного под влиянием капельного орошения садовых насаждений // Оптимизация экологических условий в садоводстве: сборник научных трудов III Международной научно-практической конференции. Ялта, Никитский ботанический сад. 2004. с.22-25.

78. Шеин Е.В., Умарова А.Б., Салимгареева О.А. Особенности водного режима почв под садовыми насаждениями, орошаемыми капельным способом // Оптимизация экологических условий в садоводстве: сборник научных трудов III Международной научно-практической конференции. Ялта, Никитский ботанический сад. 2004. С.114116.

79. Умарова А.Б., Шеин Е.В., Кирдяшкин П.И., Иванова Т.В. Фактор времени в изучении почвенных свойств и процессов: прямые лизиметрические исследования // Материалы IV съезда ДОП, Новосибирск, 2004, Наука-Центр, книга 1. 2004, с.217.

80. Умарова А.Б., Банников М.В., Бутылкина М.А., Кирдяшкин П.И., Иванова Т.В.

Специфические особенности биосферной функции почвенного покрова, как природной среды переноса веществ // Биосферные функции почвенного покрова.

Тезисы докладов конференции 15-17 февраля 2005 г. Пущино, 2005. С. 95.

81. Умарова А.Б., Иванова Т.В. Динамика дисперсности антропогенно-измененных почв // Структура и динамика молекулярных систем. // Тезисы докладов XII всероссийской конференции 27 июня - 2 июля 2005 г. Йошкар-Ола, Изд-во МарГТУ 2005. С. 219.

82. Umarova A.B., Shein E.V.Subsoil compaction and preferential flow paths formation // Abstracts of the 18th World Congress of Soil Science. Philadelphia. 2006.

83. Шеин Е.В., Умарова А.Б., Архангельская Т.А., Бутылкина М.А., Дембовецкий А.В., Гончаров В.М., Девин Б.А., Фаустова Е.В., Тымбаев В.Г.Пространственно-временная изменчивость почвенно-физических свойств и процессов на разных иерархических уровнях как основа биоразнообразия // Тезисы Всероссийской конференции «Биоразнообразие экосистем внутренней Азии». Улан-Удэ. 2006. С. 75-76.

84. Умарова А.Б., Шеин Е.В., Архангельская Т.А., Кирдяшкин П.И. Пространственная организация преимущественных потоков веществ в комплексном почвенном покрове.// Тезисы Всероссийской конференции «Биоразнообразие экосистем внутренней Азии».

Улан-Удэ. 2006. С.68-70.

85. Железова С.В., Умарова А.Б., Бекецкая Т.В. Трансформация некоторых свойств модельной почвы под воздействием древесной растительности лесополосы // Материалы международной научно-практической конференции. Ноосферные изменения в почвенном покрове. Владивосток. 2007. С. 331.

86. Шеин Е.В., Пилипенко В.Н., Архангельская Т.А., Умарова А.Б., Федотова А.В., Яковлева Л.В., Дембовецкий А.В., Тымбаев В.Г., Бутылкина М.А., Банников М.В.

Пространственная изменчивость свойств почв: методы изучения и значение для функционирования биоты // Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и прогнозирования. Материалы научно-практической конференции. Астрахань. 2007.

Ч.1,165-166.

87. Умарова А.Б., Шеин Е.В., Соколова И.В., Ландышева А.С. // Преимущественные потоки влаги как один из факторов сохранения пространственной неоднородности почвенного покрова. // Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и прогнозирования. Материалы научно-практической конференции. Астрахань. Ч.1, с.180-181.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.