Теплофизические свойства аласных почв Лено-Амгинского междуречья тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.27, кандидат биологических наук Макаров, Виктор Семенович

• Макаров, Виктор Семенович
• кандидат биологических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Макаров, Виктор Семенович

Введение

Глава 1. Теплофизические условия формирования мерзлотных почв

Глава 2. Природно-климатические условия района исследований

2.1. Климат

2.2. Многолетняя мерзлота в почвообразуклцих породах

2.3. Растительность мерзлотных областей

Глава 3. Объекты и методика исследований

Глава 4. Водно-физические свойства аласных почв

4.1. Водно-физические свойства почв

4.2. Режим влажности почв

4.3. Гидротермические пояса

Глава 5. Теплофизические свойства аласных почв

5.1. Особенности теплофизических свойств аласных почв

5.2. Сезонная динамика теплофизических свойств почв

5.3. Зависимость теплопроводности от влажности и объемной массы почвы

5.4. Пространственная изменчивость теплофизических свойств 80 Заключение 84 Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Теплофизические свойства аласных почв Лено-Амгинского междуречья»

Актуальность. Аласы - это уникальные ландшафты, свойственные только для территории криолитозоны (Соловьев, 1959; Босиков, 1991). В них формируются своеобразные почвы под луговой, лугово-степной и степной растительностью. На долю аласов приходится около 21% сенокосных и пастбищных угодий Якутии (Шелудякова, 1959).

Функционирование аласных биогеоценозов, в условиях близкого залегания многолетнемерзлых пород от дневной поверхности, находится в тесной зависимости от гидротермических факторов. В то же время формирование ресурсов влаги и тепла в значительной мере определяется теплофизическими свойствами почв, которые в свою очередь сами зависят от их гранулометрического состава, гидрологических и физических свойств.

Поэтому познание теплофизических свойств аласных почв во взаимосвязи с их структурными особенностями, характером и степенью увлажнения, уплотнения и аэрации необходимы для решения задач по регулированию гидротермического режима почв в целях повышения эффективного почвенного плодородия.

Цель работы - познание закономерностей формирования теплофизических свойств основных типов аласных почв.

Для достижения ее решались следующие задачи:

• установить теплофизический характер пространственного распределения аласных почв в основных гидротермических поясах,

• Изучить особенности сезонной динамики теплофизических свойств почв.

• Выявить количественные связи между теплофизическими и водно-физическими характеристиками и разработать модели их описания. Научная новизна. Получены экспериментальные данные о теплофизических свойствах основных типов аласных почв Лено-Амгинского междуречья. Выявлены особенности распределения теплофизических коэффициентов по профилю почв. Найдена зависимость полевой влажности и гидрологических констант от объемной массы почвы. Установлены количественные связи коэффициента теплопроводности с водно-физическими характеристиками почвы. Защищаемые положения.

• Для аласных ландшафтов характерна строгая пространственная дифференциация теплофизических свойств почв в соответствии с их концентрической микрозональностью.

• В аласных почвах профильное распределение их теплофизических свойств в основном обусловлено с изменениями объемной массы почвы, при этом абсолютные теплофизические показатели определяются уровнем ее увлажнения

• Наибольшие сезонные изменения теплофизических показателей характерны для аласных остепненных почв, наименьшие для аласных луговых почв.

Практическая значимость работы. Результаты, полученные в ходе исследования теплофизических свойств, могут быть использованы при проектировании и организации гидротермических и мерзлотных мелиораций в криоаридных регионах Центральной Якутии.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на: научной конференции студентов и молодых ученых РС(Я) «Лаврентьевские чтения» (Якутск, 1996); XIV всероссийской молодежной конференции «Географические идеи и концепции как инструмент познания окружающего мира» ( Иркутск, 2001); всероссийской научно-практической конференции «Проблемы плодородия почв на современном этапе развития» (Пенза, 2002); всероссийской научной конференции «Мерзлотные почвы: разнообразие, экология и охрана», посвященной 100-летию со дня рождения В.Г. Зольникова (Якутск, 2004), IV-м съезде Докучаевского общества почвоведов (Новосибирск, 2004).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 90 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы, иллюстрирована 22 рисунками, содержит 2 таблиц. Список литературы включает 105 наименований.

Заключение диссертации по теме «Почвоведение», Макаров, Виктор Семенович

Заключения

Формирование гидротермических поясов аласа связано с существованием внутрипочвенного горизонтального движение воды из аласного озера.

В аласных почвах профильное распределение теплофизических свойств в основном связано с изменениями объемной массы, при этом абсолютные теплофизические показатели зависят от степени увлажнения почвы. Наибольшими абсолютными значениями теплопроводности и теплоемкости отличаются болотные почвы аласа, наименьшими - остепненные почвы. основными факторами, определяющими величину удельной теплоемкости, являются содержание гумуса и температура почвы. От первого фактора зависит профильное распределение удельной теплоемкости, от второго - ее сезонная динамика.

При переходе из одного типа почвы в другое сменяется механизм теплопереноса

Динамика теплофизических коэффициентов в профиле остепненных и луговых почв в основном связана с колебаниями влажности почвы, а в аласных болотных почвах - с колебаниями объемной массы.

В аласных почвах ярко выражена горизонтальная неоднородность теплофизических свойств, которая обусловлена неравномерностью их увлажнения. В связи с этим предлагается характеризовать изученные почвы двумя теплофизическими профилями, соответствующих максимальному и минимальному увлажнению почвы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Макаров, Виктор Семенович, 2004 год

1. Антонова Л.В. Результаты исследований теплофизических свойств горных пород Якутии // Тепло- и массообмен в мерзлых почвах и горных породах. -М.: Изд-во АН СССР, 1961.-С. 121-127.

2. Батыев Х.А. Гумус мерзлотных почв // Генезис и мелиорация почв Якутии. — Якутск, 1991.-С. 108-112.

3. Босиков Н.П. Эволюция аласов Центральной Якутии. Якутск: ИМЗ СО АН СССР, 1991.- 128 с.

4. Болотов А.Г. Теплофизическое состояние почв и совершенствование инструментальной базы для его исследований: Автореф. дис. . канд. с.-х. наук. - Барнаул, 2003. - 22 с.

5. Бровка Г.П., Е.Н. Ровдан. Теплопроводность торфяных почв. // Почвоведение. 1999. - №5. - С. 587-592.

6. Варламов С.П., Скачков Ю.Б., Скрябин П.Н. Температурный режим грунтов мерзлотных ландшафтов Центральной Якутии. Якутск: Изд-во Института мерзлотоведения СО РАН, 2002. - 220 с.

7. Вериго С.А., Разумова Л.А. Почвенная влага. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. -328 с.

8. Воронин А.Д. Основы физики почв. М.: Изд-во МГУ, 1986. - 244 с.

9. Воронин А.Д. Структурно-функциональная гидрофизика почв. М.: Изд-во МГУ, 1984.-204 с.

10. Гаврилова М.К. Климат Центральной Якутии. Якутск, 1973. - Изд.2. -118 с.

11. Гаврилова М.К. Климат и многолетнее промерзание пород. Новосибирск: Наука, 1978.-216 с.

12. Гаврильев Р. И. Теплофизические свойства горных пород и напочвенных покровов криолитозоны. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1998. - 280 с.

13. Гаврильев П.П., Угаров И.С., Ефремов П.В. Мерзлотно-экологические особенности таежных агроландшафтов Центральной Якутии. Якутск: Изд-во Института мерзлотоведения СО РАН, 2001. - 196 с.

14. Гамаюнов Н.И., Стотланд Д.М. Тепломассоперенос в промерзающих и хмерзлых торфяных почвах // Почвоведение, 1998. №1. - С. 29-36.

15. Герай-заде А.П. К вопросу о линейной зависимости коэффициента температуропроводности от механического состава почв // Почвоведение, 1974.-№10.-С. 120-123.

16. Глобус A.M. Экспериментальная гидрофизика почв. Л, 1969. - 355 с.

17. Глобус A.M., Арефьев А.В. Зависимость теплофизических свойств почв от давления влаги и толщины водной пленки // Почвоведение, 1971. №11. С. 100-104.

18. Глобус A.M. Физика неизотермического внутрипочвенного влагообмена. — Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 279 с.

19. Денисов Г.В., Стрельцова B.C., Нахабцева С.Ф., и др. Реконструкция и охрана аласных лугов Якутии. Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1983. - 192 с.

20. Десяткин Р.В. Почвы аласов Лено-Амгинского междуречья. Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1984.- 168 с.

21. Десяткин Р.В. Засоление почв при аласообразовании // Закономерности развития и дифференциации мерзлотных ландшафтов. Якутск: Изд-во Института мерзлотоведения СО РАН, 1993. - С. 53-65.

22. Димо В.Н. Физические свойства и элементы теплового режима мерзлотных лугово-лесных почв // Мерзлотные почвы и их режим. М: Наука, 1964. - С. 100-155.

23. Дмитриев А.И. Особенности гидротермического режима и агрофизических свойств аласных почв // Климат. Почва. Мерзлота: Комплексные исследования в районах Сибири и Дальнего Востока. Новосибирск: Наука, 1991. С. 49-54.

24. Дмитриев А.И. Гидротермический режим аласных почв Лено-Амгинского междуречья. Автореф. дис. . канд. геогр. наук. - Улан-Удэ, 1997. - 17 с.

25. Дмитриев Е.А. О почвенных границах и элементах организации почвы // Почвоведение, 1994. №5. С. 5-13

26. Дмитриев Е.А. Элементы организации почвы и структура почвенного * покрова. // Почвоведение, 1993. №7. С.23-30.

27. Дмитриев Е.А. Водный режим почвенных тел разной мерности //

28. Почвоведение, 1996. №5. С.667-678.

29. Достовалов Б.Н., Кудрявцев В.А. Общее мерзлотоведение. М.: Изд-во МГУ, 1967.-404 с.

30. Дугаров В.И., Куликов А.И. Агрофизические свойства мерзлотных почв. -Новосибирск: Наука, 1990. 256 с.

31. Дугаров В.И. Теплопроводность лугово-черноземной мерзлотной почвы Еравнинской котловины (Бурятская АССР) // Почвоведение, 1976. №3. — С.115.119.

32. Ершов Э.Д. Влагоперенос и криогенные текстуры в дисперсных породах. М.: Изд-во МГУ, 1979.-216 с.

33. Еловская Л.Г. Классификация и диагностика мерзлотных почв Якутии. -Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1987. 172 с.4

34. Еловская Л.Г., Коноровский А.А. Районирование и мелиорация мерзлотных почв Якутии. Новосибирск: Наука, 1978. - 176 с.

35. Зольников В.Г. Почвы восточной половины Центральной Якутии и их использование // Материалы о природных условиях и сельского хозяйства Центральной Якутии. М.: Изд-во АН СССР, 1954. - С. 55-222 с.

36. Зольников В.Г. Почвы Олекминского и Ленского районов Якутии и принципы их использования // Материалы о природных условиях и сельском хозяйстве Центральной Якутии. М., 1957. - Вып. 2. - С. 3-112.

37. Иванов В.А. Разработка комплекса методов и исследование теплофизических свойств наполненных фторопластов. Автореф. дис. . канд. техн. наук. - СПБ, 2000. - 20 с.

38. Иванов Н.С., Гаврильев Р.И. Теплофизические свойства мерзлых горных пород. М.: Наука, 1965. - 72 с.

39. Иванов М.С., Потапов А.П. Мерзлотно-гидрогеологические особенности крупных термокарстовых котловин Лено-Амгинского междуречья // Геокриологические исследования. Якутск: ИМЗ СО АН СССР, 1971. - С.116.122.

40. Казанский О.А. Влияние мохово-торфяных покровов на температурный режим грунтов'(на примере района нижнего течения р. Курейки) // Термика почв и горных пород в холодных регионах. Якутск, 1982. - С. 80-89.

41. Катасонов Е.М., Иванов М.С., Зигерт X. и др. Строение и абсолютная геохронология аласных отложений Центральной Якутии. Новосибирск: Наука, 1979.-96 с.

42. Катасонов Е.М., Иванов М.С. Криолитология Центральной Якутии: Путеводитель 2-й Международной конференции по мерзлотоведению. -Якутск, 1973. 36 с.

43. Качинский Н.А. Физика почвы. М.: Высш. шк., 1970. - 358 с.

44. Козловский В.М., Иванова К.Ф., Зайцев В.В. О роли влажности в теплопроводности почв // Почвоведение. 1995. - №11. - С. 1390-1396.

45. Кондратьев Г.М. Исследование тепловых свойств пробки и некоторых ее заменителей // Исследование в области тепловых измерений. M.-JL: Машгиз, 1954.-Вып. 12. -С.90-100.

46. Кононов К.Е., Гоголева П.А., Бурцева Е.И. Сенокосы и пастбища Центральной Якутии. Якутск: Кн. изд-во, 1979. - 160 с.

47. Коннонова О.С. К методике определения теплоемкости мерзлых грунтов // Материалы по лабораторным исследованиям мерзлых грунтов. — М.: Изд-во АН СССР, 1953.-Вып. 1.-С. 65-77.

48. Коноровский А.К. Режимы мерзлотных пойменных почв долины р. Лены. -Новосибирск, 1974. 168 с.

49. Кулаков Н.Н. Введение в физику торфа. М.: Госэнергоиздат, 1947. - 232 с.

50. Куликов А.И., Дугаров В.И., Корсунов В.М. Мерзлотные почвы: экология, теплоэнергетика и прогноз продуктивности. Улан-Удэ: БНЦ СО РАН, 1997.-312 с.

51. Куликов А.И. Тепловые условия лугово-черноземных мерзлотных почв северо-востока Бурятии // Генезис и плодородие почв ЗападногоЗабайкалье.- Улан-Уде, 1983. С. 45-63.

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

53. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высш. Школа, 1967. - 600 с.

54. Мандаров А.А., Скрябин П.Н. Теплопроводность грунтов севера Тюменской области и ее сезонная динамика // Геотеплофизические исследования в Сибири. Новосибирск: Наука, 1978. - С. 74-81.

55. Мандаров А.А., Скрябин П.Н., Угаров И.С. Теплопроводность некоторых типов мерзлотных почв Центральной Якутии // Термика почв и горных пород в холодных регионах. Якутск: ИМ СО АН СССР. 1982. - С. 69-80.

56. Мандаров А.А., Угаров И.С. Зависимость коэффициента теплопроводности мерзлотной черноземно-луговой почвы от влажности и плотности // Проблемы гидротермики мерзлотных почв. Новосибирск: Наука, 1988. - С. 76-86.

57. Мичурин Б.Н. Новые методы определения некоторых водных свойств почв и грунтов сборник работ по методике исследований в области физики почв. 1964. С. 164-170.

58. Мичурин Б.Н., Лытаев П.Н. Взаимная зависимость между содержанием влаги, всасывающим давлением и удельной поверхностью почвы. // Почвоведение, 1967, №8.

59. Мичурин Б.Н. Энергетика почвенной влаги. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. -140 с.

60. Муромцев Н.А. Мелиоративная гидрофизика почв. Л.: Гидрометеоиздат, 1991.-271 с.

61. Набиев Э.Ю. Гусейнов С.Б. Зависимость температуропроводности почв от содержания физической глины и влаги // Почвоведение, 1990. №8. - С. 139143.

62. Набиев Э.Ю. Гусейнов С.Б. О зависимости коэффициента температуропроводности почв от содержания физической глины // Почвоведение, 1990. -№10.-С. 149-151.

63. Нерпин С.В., Чудновский А.Ф. Физика почв. -М.: Наука, 1967. 583 с.

64. Нерсесова З.А., Коннонова О.С. Инструктивные указания по определению теплоемкости мерзлотных грунтов // Материалы по лабораторным исследованиям мерзлых грунтов. М.: Изд-во АН СССР, 1954. - Т. - С. 5578.

65. Оконешникова М.В. Гумусное состояние почв как индикатор экологической среды аласов // Наука и образование. 1996. - №4. - С. 103-112.

66. Павлов А.В. Теплофизика ландшафтов. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1979. - 284 с.

67. Павлов А.В. Расчет и регулирование мерзлотного режима почвы. -Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1980. 240 с.

68. Панин П.С. Водообмен в почвах // Особенности формирования и использования почв в Сибири и Дальнего Востока. Новосибирск: Наука, 1982.-С 45-55.

69. Панфилов В.П., Макарычев С.В., Лунин А.И. и др. Теплофизические свойства и режим черноземов Приобья. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1981.- 120 с.

70. Пермякова А.А. Аласные луга // Растительность бассейна реки Вилюя. — Тр. Ин-та биологии. Якутск, 1962, - вып.8. - С. 77-91.

71. Принципы организации и методы стационарного изучения почв. М.: Наука, 1976.-413 с.

72. Ревут И.Б. Физика почв. Л.: Колос, 1972. - 368 с.

73. Роде А.А. Основы учения по почвенной влаге. Л.: Гидрометеоиздат,, 1965. -664 с.

74. Роде А.А. Водный режим некоторых основных типов почв СССР // Тепловой и водный режим почв СССР. М.: Наука, 1968. С. 88-142.

75. Розанов Б.Г. Генетическая морфология почв. М.: Изд-во московского университета, 1975. 294 с.

76. Саввинов Д.Д. Гидротермический режим в зоне многолетней мерзлоты. -Новосибирск: Наука, 1976. -256 с.

77. Саввинов Д.Д. Региональные особенности агрофизических свойств почв в зоне многолетней мерзлоты // Особенности формирования и использования почв Сибири и Дальнего востока. Новосибирск: Наука, 1982. С. 35-41.

78. Саввинов Д.Д., Кононов К.Е. Тепловой баланс луговой растительности и климат мерзлотных пойменных почв. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1981.- 176 с.

79. Саввинов Д.Д., Слепцов В.И. Теплофизические свойства мерзлотной пойменной дерновой окультуренной почвы // Бюллетень научнотехнической информации ЯФ СО АН СССР: Биологические проблемы Севера. Якутск, 1981. - С. 3-6.

80. Саввинов Д.Д., Саввинов Г.Н. Физические свойства и гидротермический режим почв долины реки Амги. Якутск, 1988. - 100 с.

81. Семенова Т.Н. Водный режим мерзлотных почв (на примере Центральной Якутии). Якутск, 1987. - 108 с.

82. Скрябин С.З., Караваев М.И. Зеленый покров Якутии. Якутск: Кн изд-во, 1991.- 176 с.

83. Соловьев П.А. Криолитозона северной части Лено-Амнинского междуречья. М.: Изд-во АН СССР, 1959. - 144 с.

84. Степанов А.В., Тимофеев A.M. Теплофизические свойства дисперсных материалов. Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1994. - 124 с.

85. Степанов И.Н. Формы в мире почв. М.: Наука, 1986. - 192 с.

86. Тарабукина В.Г. Изменение водно-физических свойств почв аласов под антропогенным воздействием // Закономерности развития и дифференциации мерзлотных ландшафтов. Якутск: Изд-во Института мерзлотоведения СО РАН, 1993. - С. 167-173.

87. Тимофеев П.А., Исаев А.П., Щербаков И.П. и др. Леса среднетаежной подзоны Якутии. Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1994. - 140 с.

88. Тихонравова П.И. Оценка теплофизических свойств почв солонцового комплекса Заволжья // Почвоведение, 1991. №5. - С. 50-60.

89. Тихонравова П.И. Теплофизические свойства серой лесной почвы и их изменение при окультуривании // Почвоведение, 1994. №5. - С. 85-90.

90. Угаров И.С., Мандаров А.А. Орошение дождеванием кормовых культур в Центральной Якутии. Якутск: ИМ СО АН СССР, 2000. - 128 с.

91. Усанова В.М. К вопросу классификации аласов Центрально-Якутской равнины // Материалы по растительности Якутии. Л., 1961. - С. 7-20.

92. Фельдман Г.М. Передвижение влаги в талых и промерзающих грунтах. Новосибирск: Наука, 1988.

93. Фридланд В.М. Структура почвенного покрова. М.: Мысль, 1972. - 423 с.

94. Худяков О.И., Кудрявцева Л.Ю. Водный режим и гидрологические горизонты мерзлотных почв // Почвоведение, 1998. №4. С. 435-446.

95. Худяков О.И., Кудрявцева Л.Ю., Керженцева В.В. Гидротермические поля и климат мерзлотных и холодных почв // Почвоведение, 2000. №6. С. 723732.

96. Чичулин А.В. Механизм переноса тепла в почвах // Известия СО АН СССР, 1987. №14. - С. 81-84.

97. Чичулин А.В. Стационарная установка для определения теплофизических характеристик почвы в полевых и лабораторных условиях // Известия СО АН СССР, 1987. №14. - С. 84-87.

98. Чудновский А.Ф. Теплофизика почв. М.: Наука, 1976. - 352 с.

99. Чудновский А.Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов. М.: Изд-во физико-математической литературы, 1962. - 456 с.

100. Шашко Д.И. Климатические условия земледелия Центральной Якутии. М., 1961.-264 с.

101. Шелудякова В.А. Луга и пастбища Центральной и Юго-Западной Якутии. -Якутск: Кн. изд-во, 1959. 52 с.

102. Щербаков И.П. Лесной покров Северо-Востока СССР. Новосибирск: Наука, 1975.-344 с.

103. Blackwell I.H. Transient Flow Methods for Determination of Thermal Constants of Insulating Materials in Bulk // J. Appl. Phys. 1954. - Vol. 25. - P. 137-144.

104. Kersten M.S. Thermal properties of soils Frost action in soils // A. Simp. High Way Research Board Spec. Rep. 2. Minneapolis, 1949. - P. 201-219.

105. Kohnke H. Soil physics. New York, USA. 1961.