Пространственная изменчивость водопроницаемости серых лесных почв Владимирского ополья тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.27, кандидат биологических наук Дядькина, Светлана Евгеньевна

• Дядькина, Светлана Евгеньевна
• кандидат биологических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Дядькина, Светлана Евгеньевна

Введение.

Глава 1. Особенности варьирования водопроницаемости и факторы, влияющие на эти изменения.

1. Водопроницаемость почв.

1.1. Водопроницаемость - как свойство, зависимость от различных факторов.

1.2. Водопроницаемость-зависимость от пространства и времени.

1.3. Зависимость от обработки.

1.4. Водопроницаемость -зависимость от растительности.

1.5. Изменение водопроницаемости почв при различных способах опробования.

2. Трещиноватость почв.

2.1. Классификация и размеры трещин.

2.2. Коркообразование на поверхности почвы.

2.3. Факторы, влияющие на образование трещин.

2.4. Процесс образования трещин.

2.5. Образование трещин: связь с водопроницаемостью.

2.6. Влияние минимизации обработки на трещиноватость почв.

Глава 2. Объекты и методы исследования.

Глава 3. Пространственная изменчивость водопроницаемости.

3.1. Статистические характеристики водопроницаемости.

3.2. Пространственная изменчивость водопроницаемости пахотных серых лесных почв.

Глава 4. Изменение водопроницаемости в зависимости от генетических подтипов почв.

4.1. Изменение водопроницаемости в зависимости от генетических подтипов почв.

4.2. Результаты дисперсионного анализа.

Глава 5. Трещиноватость почв.

5.1. Размер трещин и полигонов. Причины появления и свойства, связанные с трещинами.

Глава 6. Влияние обработки и возделываемых сельскохозяйственных культур на водопроницаемость и трещиноватость почв.

Глава 7. Фильтрация воды через трещины.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Пространственная изменчивость водопроницаемости серых лесных почв Владимирского ополья»

Почвенный покров Владимирского ополья сложен. Его основные компоненты - серые лесные почвы и серые лесные почвы со вторым гумусовым горизонтом различаются по многим морфологическим, физическим и химическим свойствам. Одной из причин разнообразия может быть различия в водном режиме этих почв. Исследование водного режима почвы требует знания не только приходных и расходных статей влаги, но и свойств почвы, отражающих особенности перемещения влаги в почвенной массе. Водопроницаемость является одним из этих свойств. Для серых лесных почв сведения об изменчивости этого показателя в пространстве не достаточны, хотя информация об этом необходима не только для понимания генезиса этих почв, но и для прогнозирования их водного режима.

Целью работы было исследование водопроницаемости серых лесных почв Владимирского ополья. В задачи входило:

1. Определение статистических законов распределения и их параметров для водопроницаемости отдельных компонентов почвенного покрова;

2. Определение вкладов отдельных компонент в общую вариабельность свойства;

3. Оценка роли трещиноватости в пространственной изменчивости водопроницаемости;

4. Определение характеристик пространственной вариабельности трещиноватости для разных компонентов почвенного покрова Владимирского ополья.

Было обнаружено, что варьирование водопроницаемости почв Владимирского ополья в пределах полипедона на 50-70% определяется пространственными неоднородностями почв размером менее 25 см, которые включают в себя структуру почвы, неравномерность обработки, рядность посевов, крупные поры и трещины и др. Большие неоднородности из-за многолетней обработки имеют меньшее влияние. Постоянное влияние на водопроницаемость почв оказывают трещин иссушения. Были выделены три группы трещин, приуроченных к серым лесным почвам и почвам со вторым гумусовым горизонтом (ВГГ) и влияющих на водопроницаемость.

Полученные результаты могут быть использованы для расчетов необходимого числа повторностей при оценке средних значений водопроницаемости с заданной точностью; при определении оптимальных схем размещения точек опробования для целей режимных и мониторинговых наблюдений и при прогнозах водного режима комплексного почвенного покрова Владимирского Ополья.

Автор выражает глубокую благодарность доктору биологических наук Самсоновой Вере Петровне за консультации и помощь в работе. Отдельная благодарность Самсоновой В.П. и Железовой C.B. за предоставленные фотографии к рисунку №17 и к рисунку №18.

Заключение диссертации по теме «Почвоведение», Дядькина, Светлана Евгеньевна

Выводы.

1. Водопроницаемость - серых лесных почв Владимирского ополья варьирует в пределах полипедона от нескольких сотых до 100 и более мм/мин. Ее распределения обладают значительной правой асимметрией, что может быть связано с наличием крупных пор и трещин разного размера.

2. В пространственной изменчивости водопроницаемости выделяются два уровня. Первый - включает в себя неоднородности размером менее 25 см и связан с особенностями вспашки и строения почвы: рядность посевов, трещины, крупные поры, структура почвы. Второй уровень -это неоднородности почвы, характерные для почвенного покрова Владимирского Ополья: наличие или отсутствие ВГГ, степень оподзоленности.

3. Наггет-дисперсия, отражающая влияние на водопроницаемость неоднородностей первого уровня, составляет 50-70% от общей дисперсии. Такое соотношение компонентов водопроницаемости сохраняется на всю исследованную глубину почвенного профиля. Устойчивое соотношение между пороговой и наггет-дисперсиями позволяет оценивать изменчивость водопроницаемости в пределах угодья по результатам стандартных испытаний, проводимых в разрезах. С глубиной доля неоднородностей второго уровня, связанная со строением почвенного покрова, закономерно возрастает.

4. Тысячелетняя обработка серых лесных почв, способствует выравниванию различий в свойствах почвы на поверхности. Размеры неоднородностей, связанные с различиями в строении почвенного покрова, с глубиной закономерно уменьшаются, что отражается на величине пороговой дисперсии и радиуса корреляции.

5. Дисперсионный анализ траншей, показал значимые различия в водопроницаемости разных подтипов серых лесных почв. Однако эти различия выявляются лишь при большом объеме экспериментальных данных.

6. Трещины иссушения составляют постоянный компонент почвенного покрова Владимирского ополья. В зависимости от размера и влияния на водопроницаемость все трещины делятся на три большие группы: 1) шириной более 1 см и 2) шириной 0,4-1 см. Эти трещины увеличивают водопроницаемость до провальной (сквозной). 3) Трещины шириной менее 4 мм - заплывают в первые минуты выпадения осадков и не влияют на водопроницаемость почвы.

7. Трещины иссушения появляются раньше на серых лесных почвах и в дальнейшем оказываются шире и глубже, чем трещины на почвах со вторым гумусовым горизонтом. Трещины, формирующиеся под озимыми культурами отличаются сравнительно небольшой глубиной (58 см). Они ограничивают полигоны диаметром 10-15 см и занимают 1012% площади. Полная водопроницаемость на делянках с такими трещинами увеличивается до провальной.

8. Возникновение трещин в том или ином месте может быть связано с различными причинами, но повторно на сельскохозяйственных угодьях в течение сезона они образуются на одном и том же месте. Па глубине продолжение трещины может быть сдвинуто несколько в сторону относительно ее поверхностного проявления и выделяться в виде гумусированного языка. Такое ее расположение может сказываться на водопроницаемости как провальная величина при отсутствии трещины на поверхности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Дядькина, Светлана Евгеньевна, 2004 год

1. Алифанов В.М. Палеокриогенез и современное почвообразование. Пущино, 1995.

2. Архангельская Т.А. Мазиров М.А., Губер А.К. исследования температурного режима серых лесных почв Владимирского ополья.2001, с. 36-38.

3. Ахтырцев Б.П. Серые лесные почвы Центральной России. Воронеж, Изд. ВГУ, 1979.

4. Базыкина Г.С., Роде A.A. Методы изучения водного режима почв. В сб. Принципы организации и методы стационарного изучения почв. М., «Наука», 1976, с. 95-198.

5. Безбородое Г.А. Халбаева P.A. Влияние дождевых червей на водопроницаемость почвы. //Почвоведение, 1983, №1, с.64-67.

6. Бондарев А.Г., Кузнецов И.В. Проблема деградации физических свойств почв России и пути ее решения. //Почвоведение, 1999, №9, с. 1126-1131.

7. Ю.Вадюнина А.Ф., Корчагина 3.А. Методы исследования физических свойств почв и грунтов. М., «Высшая школа», 1973.

8. П.Волокитин М.П., Хан К.Ю., Сон Б.К., Золотарева Б.Н. Оценка деградации некоторых агрофизических показателей почв. //Почвоведение, 1997, №1, с. 57-63.

9. Воронин А.Д., Основы физики почвы, Изд. Московского университета 1986. С. 101-105, 124-128, 159-162.

10. Воронин А.Д. Структурно-функциональная гидрофизика почв. //Изд. Московского университета, 1984, С. 113-116.

11. Гоголев А.И., Дронова Т.Я., Соколова Т.А., Таргульян В.О. Процессы преобразования глинистого материала в почвах с глинисто-дифференцированным профилем разных природных зон. //Почвоведение, 1996,№11,с. 1367-1375.

12. Горленко М.В., Семионова J1.B., Лысак J1.B., Студепикипа H.H., Звягинцев Д.Г. Комплексная характеристика микробных сообществ серых лесных почв Владимирского ополья.//Вестник Моск. Ун-та. Сер. 17, Почвоведение, 2001, №1.С.35-42.

13. Григорьев В.Я., Кузнецов М.С., Соловьева О.В. Приближенный расчет скорости инфильтрации дождевого стока в почву. // Почвоведение, 1993, №3, с. 100-105.

14. Губер А.К., Архангельская Т.А. О существовании особого гидротермического режима серых лесных почв со вторым гумусовым горизонтом. В сб. Масштабные эффекты при исследовании почв. Изд. Московского университета, 2001. С. 186-196.

15. Гугалинская J1.A. Почвообразование и криогенез центра Русской равнины в позднем плейстоцене. Пущино, 1982, с.58-66.

16. Гумматов Н.Г., Жиромский C.B., Мироненко Е.В., Пачепский Я.А., Щербаков P.A. Геостатистический анализ пространственной изменчивости водоудерживающей способности серой лесной почвы. //Почвоведение , 1992, № 6, с.52-62.

17. Гумматов Н.Г., Пачепский Я.А.,. Щербаков P.A. Пространственно-временная изменчивость водоудерживания серой лесной почвы. Почвоведение, 1991, №9, С.169-175.

18. Гусев Е. М. Влияние горизонтальной неоднородности коэффициента фильтрации почвы на интенсивность впитывания. Метеорология и гидрология, 1978, №7, 66-73.

19. Дмитриев Е.А. К генезису почв и почвенного покрова Владимирского ополья вблизи Суздаля // Вестник Моск. Ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2000. №1. С.3-9.

20. Дмитриев Е.А. К методике изучения путей передвижения в почве жидкой влаги. Научные доклады высшей школы. Биологические науки. 1971, №5.

21. Дмитриев Е. А., Карпачевский JI. О., Сапожников П. М. Некоторые физические свойства морфонов и морфологических элементов дерново-подзолистой почвы.— Почвоведение, 1981, № 1, с. 75—85.

22. Дмитриев Е.А., Липатов Д.Н., Милановский Е.Ю. Содержание гумуса и проблема вторых гумусовых горизонтов в серых лесных почвах Владимирского ополья.// Почвоведение, 2000, №1,с.6-15.

23. Дмитриев Е.А., Манучаров A.C. Об асимметрии в распределении водопроницаемостей. // Почвоведение, 1967, № 5, с. 46-54.

24. Дмитриев Е.А., Манучаров A.C. К объяснению причин асимметрии в распределении водопроницаемости.//Почвоведение, №7,1968.

25. Дмитриев Е.А., Хохрина Т.К. О путях передвижения впитывающейся в почву влаги. // Сб.: Проблемы сельскохозяйственной науки в Московском Университете. Изд. МГУ, 1975, с. 123-126.

26. Дмитриев Е.А., Щеглов В.Н., Басевич В.Ф. Морфология движения впитывающейся во влажную почву влаги и определяющие ее факторы // Вестник МГУ, сер. 17, почвоведение, 1985, № 1. С. 31-36.

27. Дмитриев Е.А., Щеглов В.Н., Басевич В.Ф. Характер миграции воды во влажных почвах // Почвоведение, 1985, № 8, С. 61-65.

28. Дояренко А.Г. Избранные сочинения. Изд. Сельскохозяйственной литературы, журналов и плакатов. М., 1963.

29. Дубровина И.В. Агрохимические показатели плодородия и продуктивность почв Владимирского ополья. //Почвоведение, 1991, №1, с.78-84.

30. Дубровина И.В., Градусов Б.П. Химико-минералогическая характеристика почв Владимирского ополья. Почвоведение, №3, 1993, с. 63-73.

31. Жслезова C.B. Влияние почвенных условий и технологии возделывания сельскохозяйственных культур на состояние агрофитоценозов (па примере многолетнего опыта ВНИИСХ). Автореферат на соиск. ученой степени кандидата биологических наук. Москва, 2000.

32. Зайдельман Ф.Р. Гидрологический режим почв Нечерноземной зоны. Ленинград, Гидрометеоиздат, 1985, с.Юб.Экологическая роль трещин.

33. Зайдельман Ф.Р. Рыдкин Ю.И., Земскова Т.П. Диагностическое значение кутан и ортштейнов для оценки степени заболоченности серых лесных почв // Почвоведение 1987, № 4, с. 85-94.

34. Зборищук Н.Г., Дронова Т.Я., Попова Т.В. Образование и свойства ирригационных корок на черноземах. //Почвоведение, 1987, №12, с. 7280.

35. Зонн C.B., Долгов C.B., Иванова Н.Б. Об изменении почвепно-гидрологических процессов при антропогенном воздействии на почву. //Почвоведение, №6, 1999, с. 704-711.

36. Капилевич Ж.А., Целищева Л.К., Высоченко A.B. Природа водопроницаемости тяжелых почв. //Почвоведение, 1989, №4, с.55.

37. Карпенко В.Д., Савостьянов В.К., Ерхов Н.С. Безнапорная водопроницаемость почв Средней Сибири. //Почвоведение, 1991, №10, с 61.

38. Качинский H.A. Изучение физических свойств почв и корневых систем растений. Сельхозгиз, 1931.

39. Качинский H.A., Физика почвы. Изд. Высшая школа, 1970, стр. 31—44.

40. Корсунская Л.П., Мелешко Д.П., Пачепский Я.А. О фильтрационной гетерогенности и конвекционно-дисперсионном массопсрсносе в почвах. //Почвоведение, 1986, №7, с.42-49.

41. Костяков А.И., О динамике коэффициента просачивания воды в почвогрунты и необходимости динамического подхода к его изучению в мелиоративных целях. //Почвоведение, 1932, №3.

42. Кузнецова И.В., Данилова В.И. О разуплотнении почв под влиянием процессов набухания усадки. //Почвоведение, 1988, № 6, с.59-70.

43. Кузнецова И.В., Данилова В.И. Влияние гранулометрического, минералогического состава и содержания органического вещества на набухание почв. //Почвоведение, №10, 1991, с. 61-83.

44. Кузякова И.Ф., Романенков В.А., Кузяков Я.В. Применение метода геостатистики при обработке результатов почвенных и агрохимических исследований.//Почвоведение, 2001, №11, с. 1365-1376.

45. Лысенко М.П., Состав и физико-механические свойства грунтов, М., Недра, 1980.

46. Макеев А.О., Дубровина И.В. география, генезис и эволюция почв Владимирского ополья. //Почвоведение, 1990, №7.

47. Макеева В.И. Влияние увлажнения и иссушения на структурное состояние почвы. // Почвоведение, 1988, №12, с. 80-87.

48. Миненко А.К., Шептухов В.Н., Ушакова Л.А. Влияние минеральных удобрений и соломы на агрофизические и биологические свойства дерново-подзолистой почвы. Почвоведение, 1987, №2, с. 75-84.

49. Михеева И.В. Изменение пространственной вариабельности свойств почвы при антропогенном воздействии. // Почвоведение, 1997, №1, с. 102-109.

50. Никулина М.В. Экспериментальное обеспечение и оценка точности модели влагопереноса в почвах с учетом макропорозности. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Москва, 2001.

51. Петрова М.В., Сапожников П.М., Устинов A.A. Статистические модели кривых водоудерживания почв. Почвоведение, 1987, №2, с. 42-51.

52. Попов Ю.М, Мамонов А.Г. Об определении водопроницаемости засоленно-солонцеватых почвогрунтов. //Почвоведение, 1991, №7, с 144.

53. Почвоведение. Под редакцией Ковды В.А., Розанова Б.Г. 2 часть. Москва, Высшая школа, 1988.

54. Путеводитель научных полевых экскурсий Ш съезда Докучаевского общества почвоведов. (11-18 июля 2000г., Суздаль), Москва 2000.

55. Роде A.A. Методы изучения водного режима почв. М., Изд. Академии наук СССР, 1960.

56. Роде A.A. Учение о почвенной влаге. JI., Гидрометеорологическое издательство, 1965.

57. Розанов Б.Г. Морфология почв. Изд. МГУ, 1983. С. 144-145, 183-185, 188.

58. Самсонова В.П., Автореферат диссертации на соиск. уч. степени доктора биол. наук, 2003.

59. Самсонова В.П, Дмитриев Е.А., Витязев В.Г. Пространственная организация морфологических профилей и удельной поверхности в пахотной дериово-подзолистой почве.//Почвоведение, 1997, №10, с. 1200-1206.

60. Сапожников П.М. Связь набухания некоторых почв с категориями удельной поверхности и энергетикой почвенной влаги. //Почвоведение, 1985, №3, с. 40-45.

61. Сапожников П.М., Скворцова Е.Б., Уткаева В.Ф., Щепотьев В.П. Физические свойства и структура порового пространства серой лесной почвы при нормированном нагружении. //Почвоведение, 1987, №3 с. 4857.

62. Скворцова Е.Б. Строение порового пространства естественных и антропогенных почв. Автореферат на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук. Москва, 1999.

63. Скворцова Е.Б., Морозов Д.Р. Варьирование микроморфологических показателей порового пространства в пахотном типичном черноземе. Почвоведение, 1995,№ 12 с. 1469-1478.

64. Скворцова Е.Б., Сапожников П.М. Сезонная динамика строения порового пространства в пахотных горизонтах серых лесных почв. // Почвоведение, //2002, №3 с.319-326.

65. Скворцова Е.Б., Сапожников П.М. Трансформация порового пространства уплотненных почв в ходе сезонного промерзания и оттаивания. // Почвоведение, 1998, №11 с.1371-1381.

66. Стрельченко В.П., Орлянский A.A. Водопроницаемость дерново-подзолистых супесчаных почв при различных способах обработки. //Почвоведение, 1987, №8, с.69-75.

67. Судницын И.И., Сидорова М.А. Моделирование динамики влагопроводности не насыщенных водой почв. //Вестник Московского университета, Серия 17, Почвоведение, №4, 1988, с. 41.

68. Таргульян В.О., Бирина А.Г., Куликов A.B., Соколова Т.А., Целищева JI.K. Организация, состав и генезис дерново-палево-подзолистой почвы на покровных суглинках. Морфологическое исследование. X международный конгресс почвоведов. Москва 1974.

69. Толчелышков Ю.С., Самойлова Е.М., Гребенников A.M., Кондрашкин Е.А., Мазур A.B. Влияние трещиноватости на водный режим южных черноземов Западной Сибири.//Почвоведение, 1991, №11, С.24-31.

70. Тынбаев В.Г. Пространственное изменение физических свойств почвенного покрова Владимирского ополья в условиях долговременного вегетационного опыта. В сб. Масштабные эффекты при исследовании почв. Изд. Московского университет, 2001. С. 206-210.

71. Федоровский Д.В., Кашина Н. П., Микропестрота серых лесных почв и особенности питания растений. // Агрохимия, 1970, №2, 49-59 РЖ №6.57.254, 1970.

72. Физические условия почвы и растение. Под редакцией И.Н. Лнтипова-Каратаева и A.A. Ничипоровича. Изд. Иностранной литературы, М., 1955.

73. Шеин Е.В. Комплекс полевых исследований физических свойств и процессов в почвах. //Почвоведение, 1987, №2, с. 35-41.

74. Шеин Е.В., Березин П.Н., Гудима И.И. Дифференциальная пористость почв. //Почвоведение, 1988, №3, с. 53-65.

75. Шеин Е.В., Махновецкая C.B. Агрофизическая оценка почв на основе анализа прогнозного водно-воздушного режима // Почвоведение. 1995. №2. С. 187-191.

76. Шеин Е.В., Пачепский Я.А., Губер А.К., Чехова Т.И. Особенности экспериментального определения гидрофизических и гидрохимических параметров математических моделей влаго- и солепереиоса в почвах. Почвоведение, 1995, №12, с. 1479-1486.

77. Шеин Е.В., Салимгареева O.A. Пространственная вариабельность свойств и водного режима чернозема типичного.// Вестник МГУ, сер. 17, почвоведение, 1997, №4.

78. Шептухов В.Н., Нестерова A.B., Коновалов С.Н., Скворцова Е.Б. Водный режим и структурно-гидрофизические показатели дерново-подзолистых почв при минимизации обработки. //Почвоведение, 1997, №3, с.360.

79. Banney Richard W., Beatty Marvin Т. Clay translocation and albic tongue formation in two glossoboralfs of westcentral Welconsin "Soil sei. Soc. Amer. Proc.", 1969, 33, №5, 768-755.РЖ №7.57.82, 1970.

80. Beckett P.H.T. and Webster R. Soil variability: a review /Soil and Fert., 1971, v.34,№l.

81. Berdanier C. Reeese., Jr. Hanna William J. Observations of hydraulie conductivity in some mid New Gersey soils. "Soil Sci" 1970, 110, №5, 363364 (англ.) РЖ, №6, 115, 1971

82. Chertkov V.Y. Modeling the pore structure and shrinkage curvc of soil clay matrix. Geoderma, 95 (2000), 215-246.

83. Dcrr B.D., Matelsky R.P., Petrsen P.W. Soil factors influencing percolation test performance. "Soil Sci. Sos. Amer. Proc.," 1969, 33, №6, 942-946, (англ.) Р.Ж., №9. 57,89, 1970

84. Favre F., Boivin P., Wopereis M.C.S. Water movement and soil swelling in a dry, cracked Vertisol. Geoderma, 78, (1997), 113-123.

85. Hendrickx Jan M.H., Yao Tzung-mow. Prediction of wetting front stability in dry field soils using soil and precipitation data. // Geoderma, Vol. 70, 1996, Nos. 2-4, pp. 265-280.

86. Kuraz V. Kutelek M. Vertical infiltration of water in soil of a nonuniform moisture. " Int. Water Eros. Symp. Prok Vol" Praha, 1970. 183-197 (англ.) РЖ №4. 102, 1971.

87. Preston S., В.S. Griffiths & I.M. Young. An investigation into sources of soil crack heterogeneity using fractal geometry. European Journal of Soil Science, March 1997,48,31-37.

88. Ringrose-Voase A.J., Sanidad W.B. A method for development of surface cracks in soils: application to crack development after lowland rice. Geoderma 71 (1996) 245-261.

89. Velde B. Surface cracking and aggregate formation observed in a Rendsina soil, La Touché (Vienne) France. Geoderma 99 (2001) 261-276.

90. Webster R., Oliver M.A. Sample adequately to estimate variogramms of soil properties. Journal of Soil Science. 1992, 43: 1, 177-192.

91. Wilding L.P., Bouma J., Don W.Goss. Impact of Spatial Variability on Interpretative Modelling. Quantitative Modelling of Soil Forming Processes. SSSA Special Publication 39. 1994. P.62-75.

92. Zal R., Bridge B. G. Collus -Yeorge N. The effect of columu diameter on the infiltration behavior of a swelling soil. "Austral I. Soil Res.," 1970. 8, №2, 185-193 (англ.) РЖ. №2.57.76, 1971.