close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

927

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ааяааа
ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ
На правах рукописи
Воронин Анатолий Данилович
СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ГИДРОФИЗИКА ПОЧВ
Специальность 0 6 . 0 1 . 0 3 - почвоведение
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени
доктора биологических наук
ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА • 19*1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Работа выполнялась на кафедре физики и мелиорации почв
факультета почвоведения Московского государственного уни­
верситета им. М.В.Ломоносова.
Официальные оппоненты: член-корреспондент ЛИ СССР, про­
фессор В.Р.Волобуев, член-корреспондент ВАСХШШ, профессор
С.В.Нерпин, доктор биологических наук, профессор Б.Г.Роза­
нов.
Ведущее учреждение - Почвенный институт им. В.В.Докучаева.
Автореферат разослан &#.*&&&*&.
1981 г .
Защита диссертации состоится на заседании специализирован­
ного совета по почвоведению при МГУ имени М.В.Ломоносова . . . .
<&>.#<-&?#&&
I 9 8 i _. года в
часов в малой ау­
дитории зоны "Д" факультета почвоведения МГУ.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке
факультета
Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации
на заседании специализированного совета или прислать отзы­
вы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью,
по адресу:
" зква II7234, Ленгоры, МГУ, факультет почвоведения.
Учёный секретарь
специализированного совета,
,
i
доктор биологических наук
\Х/чкк/№^*АА?^\
/И.С.и/знецов/
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы обусловлена большой ролью структуры и
связанных с ней гидрофизических, механических и реологиче­
ских характеристик почв в разработке мероприятий по мелио­
рации почв и технологических операций по их обработке*
Значение этих характеристик особенно возрастает в связи
с намеченной ХХУ1 съездом КПСС широкой программой дальней­
шего развития сельского хозяйства в СССР, опирающейся на
интенсификацию и индустриализацию земледелия, требующих ра­
зработки мелиоративных приёмов и технологических операций,
основанных на строгом расчёте и прогнозе.
Однако, несмотря на значительные успехи, достигнутые фи­
зикой почв, остаются ещё недостаточно теоретически обосно­
ванными как взаимосвязи между гидрофизическими, механичес­
кими и реологическими свойствами почв, так и их зависимос­
ти от структуры твёрдой части почв. Последние особенно ва­
жны; во-первых, потому, что изменение структуры почв явля­
ется одним из наиболее доступных и вместе с тем действен­
ных средств управления физическими условиями плодородия
почв, а во-вторых, эти зависимости дают возможность теоре­
тически обосновать, усовершенствовать и уточнить многие из
применяемых в настоящее время лабораторных и полевых мето­
дов измерения основных гидрофизических, механических и ре­
ологических характеристик почв.
Цель работы. Исходя из приведённой оценки состояния
проблемы в настоящей работе были поставлены следующие за­
дачи.
I.Дальнейшее развитие представлений об иерархии струк­
турных уровней организации почвы и детальное изучение сос­
тава и свойств элементов, присущих каждому уровню, с после­
дующей формулировкой основных принципов построения ж функ­
ционирования почвенных структур.
2.Термодинамическая оценка энергетического состояния,во­
ды, взаимодействующей с твёрдой частью почвы как на различ­
ных уровнях её организации, так и с различными структурами
почв в целом.
/- У6.U
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Установление зависимостей между структурой твёрдой части
почв и структурно-функциональными физическими свойствами почв.
4. Разработка-методов определения и расчёта важнейших в аг­
рофизическом и гидромелиоративном отношениях характеристик
почв.
Объекты и методы исследования; Объектами исследования слу­
жили как почвы в целом с ненарушенной и нарушенной структурой,
развивающиеся под воздействием основных типов почвообразования,
так и выделенные из них фракции элементарных почвенных частиц,
микро- и макроагрегатов. В основу отбора образцов на всех эта­
пах исследования положен генетический принцип.
Наряду с общепринятыми в почвоведении методами исследова­
ния физических и химических свойств почв в работе использова­
ны термодинамические методы изучения состояния воды в почве,
мессбауэровская спектроскопия, ядерный магнитный резонанс,
рентгеновский и термический методы, электронная и термическая
спектроскопия.
Научная новизна -работы. Развита концепция иерархии структу­
рных уровней организации почвы, позволившая расширить и уточ­
нить существующее представление о структуре твёрдой части поч­
вы и на этой основе развить структурно—энергетическую теорию
функциональных физических свойств почв, обосновывающую зависи­
мости между структурными характеристиками твёрдой части почв
и энергетическим состоянием взаимодействующей с ней воды, гид­
рофизическими, механическими и реологическими свойствами почв.
Предложенная теория объясняет физический смысл ряда ранее
считавшихся чисто эмпирическими важных в агротехническом и ме­
лиоративном отношениях характеристик почвы и раскрывает взаи­
мосвязь и взаимообусловленность гидрофизических, механических
и реологических свойств почвы.
Теория позволила по-новому подойти к классификации форм по­
чвенной влаги, классификации почвенных пор по функциям, к оп­
ределению интервалов влажностей, в которых почва ведёт себя
как упругохрупкое, упруговязкое и вязкопластичное тело, описы­
ваемое соответственно моделями Пойнтинга-Томсона, Барджерса,
Еингама-Шведова.
Практическое значение предложенной теории состоит в том,
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
что она позволила разработать систему методов определения и
расчёта таких основных характеристик структурно-функциональ­
ных свойств почв» как кривая водоудерживающей способности
почвы, распределение эффективных радиусов пор по размерам,
гидравлическая проводимость почвы в ненасыщенном и насыщен­
ном водою состоянии, влажность разрыва капиллярной связи,
влажности пределов пластичности и текучести, предела усадки,
начала появления у почвы липкости, интервала влажностей оп­
тимальных для агрегирования почвы и её механической обработ­
ки, объёма пор аэрации, инфильтрации и легкодренируемых пор,
эффективных удельных поверхностей почв»
Раскрывая взаимосвязь и взаимообусловленность основных
структурно-функциональных физических свойств почв, предло­
женная теория позволяет прогнозировать изменение этих
свойств под воздействием мелиоративных приёмов и технологи­
ческих операций по обработке почв и расширить возможности
управления наиболее важными для практики физическими свойст­
вами почв.
Предложенная автором система методов определения и рас­
чёта основных структурно-функциональных физических свойств
почв используется в ряде научно-исследовательских институ­
тов и вузах Советского Союза.
Материалы диссертации широко используются при чтении ку­
рса лекций "Физика почв" на факультете почвоведения МТУ как
для студентов, так и для слушателей курсов повышения квали­
фикации, а также специальных курсов "Термодинамика почвен­
ной влаги" и "Зизико-химия поверхностных явлений в почвах".
На основе разработанных автором концепций составлена ти­
повая программа курса "Физика почв" для государственных
университетов (специальность 1501 - почвоведение и агрохи­
мия) , утверждённая Учебно-методическим управлением по высше­
му образованию Минвуза СССР от 3 октября 1979 г . Программа
опубликована в 1981 г . издательством МГУ.
Апробация работы. Основные положения, изложенные в диссе­
ртации, докладывались на X Международном конгрессе почвове­
дов (Москва), на 1У Всесоюзном съезде почвоведов (Алма-Ата),
на У Всесоюзном съезде почвоведов (Шнек), на Рабочем сове-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
щании по проблеме обмена энергией в системе почва-растение-атмосфера•(Баку), на научно-методическом совещании по тнме
"Улучшение водно-физических свойств почв в целях повышения
их плодородия" (Харьков), на научной конференции "Московский
университет сельскому хозяйству", на Всесоюзной конференции
"Мелиорация, использование и охрана почв Нечернозёмной зоны"
(Москва), на Первой годичной научной отчётной конференции
Биолого-почвенного факультета МГУ, на совместном заседании I
и У комиссий (физика почв и генезис и география почв) ВОП,Сгруктура и объём диссертации. Диссертация состоит из вве­
дения, пяти глав и выводов. Она вкаючает Ь&6 страниц текста, 40
рисунков и 30 таблиц. Список литературы насчитывает 215 ра­
бот на русском и 180 на иностранном языках.
Работа выполнялась с 1955 по 1980 г . г . на кафедре физики и
мелиорации почв факультета почвоведения Московского государст­
венного университета, дружному коллективу которой автор выра—
ет искреннюю благодарность за постоянную поддержку и помощь в
работе. С особой признательностью автор вспоминает профессо­
ров Н.А.Качинского и А.А.Роде, полезные дискуссии с которыми
и их советы оказали существенное влияние на развитие рассмат­
риваемых в работе концепций.
Автору принадлежит: разработка программы исследований, сбор
значительной части полевнго материала и выполнение части экспе­
риментальных лабораторных работ, обобщение всей полученной ин­
формации, разработка предложенных концепций и выводы из работы.
В работе использованы результаты личных исследований автора и
выполненных под его руководством аспирантами и студентами.
СОДЕРЖАНИЕ
Р А Б 0 Т.Ы
Г Л АВ А I
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ И -СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ
СТРУКТУРНОГО ПОДХОДА В ПОЧВОВЕДЕНИИ
'
С позиций марксистско-ленинской методологии на основе ис­
следований автора и работ Герасимова и Глазовской (I960),
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Еарпачевского (1966), Козловского (1970), Корнблюма (1970),
Залышкова (1970), Роде (1971), Фридданда (1972), Розанова
(1973) развита концепция иерархии структурных уровней орга­
низации почв.
Исходя из единства системного и элементарного аспектов,
предложено выделить следующие уровни организации почвы.
Мояекулярно-ионннй уровень, в котором в качестве элемен­
тов .выступают молекулы и ионы, находящиеся в почвенном рас­
творе и воздухе, а также на поверхности почвенных частил;,
Их взаимодействие приводит к образованию элементов следую­
щего структурного уровня - уровня элементарных почвенных
частиц.
В свою очередь, элементарные почвенные частицы, взаимо­
действуя между собой под влиянием процесса почвообразования,
образуют специфичные для каждого типа почвообразования аг­
регаты и другие почвенные образования, поэтому его можно
назвать уровнем агрегатов и почвенных образований.
Взаимодействие и способ образования последних создают
структуру почвенного горизонта, т.е. следующий структурный
уровень - горизонтный ".
Система взаимодействующих между собой генетических гори­
зонтов образует почвенное тело, наименьшей единицей которо­
го является почвенный индивидуум. Поэтому данный структур­
ный уровень можно назвать уровнем почвенного индивидуума.
Способ организации и взаимодействие ряда почвенных инди­
видуумов образуют элементарный почвенный ареал - наименьшую
единицу следующего уровня - почвенного покрова.
Рассмотренная концепция играет весьма важную как методо­
логическую, так и методическую роль, указывая на то, что
для познания свойств и функций почвы в целом недостаточно
изучение какого-то одного уровня, а необходимо исследование
взаимодействия всех уровней организации почвы.
В этой связи возникает вопрос о месте в структурной иера­
рхии почвы широко распространённого в настоящее время в поч­
воведении понятия "структура почвы". В сущности, это упро­
щённое понимание организации вещества почвн (упрощённое по­
тому, что рассматривается только соотношение агрегатов, их
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
размеры и формы) на горизонтном
уровне, будь т о морфоло­
гическая или агрономическая структура.
Рассмотрев различные подходы к определению понятия " с т р у ­
ктура почвы" ( Baver, 194-0
; Дояренко,1941; B r e w e r , S l e e man,1960;Marsbail,1962;Elkman,1970;Sassel,1971jRotlai,1972;
Emerson,1977; Greenland, 1977; Tnomasson, 1978
)
автор предлагает определить структуру почвы как физическое'
строение вещества почвы, обусловленное размером, формой,
количественным соотношением, характером взаимосвязи и р а с ­
положением как элементарных почвенных частиц, т а к и а г р е г а ­
т о в . Такое определение предпочтительно потому, что структу­
ра твёрдой части почвы имеет самостоятельное, определяющее
значение и оказывает влияние как на энергетическое с о с т о я ­
ние воды в почве, т а к и "на другие структурноН&ункциональные свойства. К тому же оно позволяет непосредственно
вскрыть причины возникновения важных в практическом отно­
шении структурно-функциональных физических свойств и у к а ­
зать пути их изменения в заданном направлении.
Особенности'структуры почвы и обусловленных ею функци­
ональных физических свойств, вероятно, должны определяться
составом и свойствами её структурных составляющих, т . е .
элементарных почвенных частиц, микроагрегатов и а г р е г а т о в .
Характеристике этих структурных составляющих и выявлению
их роли в определении структурно-функциональных физических
свойств почв.и посвящены следующие главы.
Г Л А В А II
ЭЛЕИЕНТАРНЫБ ПОЧВЕННЫЕ ЧАСТИЦЫ И МОЛЕКУЛЯРНОИОННЫЙ УРОВЕНЬ' СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ПОЧВЫ
На основе обобщения работ Гедройца (1927), Роде (1931),
Антипова-Каратаева ( 1 9 4 5 ) , Тюлина (1946), Новикова ( 1 9 5 2 ) , Качинского (1965) предложено определять элементарные поч­
венные частицы как обломки пород и минералов, а также а м о - .
рфных соединений, органических и органоминеральных частиц
почвы песчаных, пылеватых, илистых и коллоидальных р а з м е ­
р о в , все элементы которых находятся в химической связи и
не поддаются общепринятым методам дезагрегирования и п е п 6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тизации, применяемым при подготовке почв к гранулометричес­
кому анализу.
Именно на этом уровне дробления элементарные почвенные
частицы и играют определяющую роль в структуре и свойствах
почвы.
Для того, чтобы разделить вещество почвы на элементарные
почвенные частицы, необходимо дезагрегировать и пептиаировать все входящие в него структурные элементы высших поряд­
ков без разрушения самих элементарных почвенных частиц и
изменения их свойств.
Показано, что для почв, не содержащих карбонатов, гипса и
легкорастворимых солей, вполне отвечает этим требованиям ме­
тод многократного разминания в состоянии густой пасты. Из
горизонтов, содержащих эти компоненты, фракции элементарных
почвенных частиц выделяли в двух вариантах: с разрушениеи
карбонатов 0,1 н и их удалением 0,05 н НС1 и последующим
разминанием (Горбунов, 1950) и без разрушения и удаления ка­
рбонатов, как это рекомендова* > Морозовым (1951).
Для разделения почвенной 1.лссы на фракции элементарных
почвенных частиц применяли метод отмучивания с расчётом ско­
ростей падения частиц по Стоксу.
Изучены состав и свойства следующих фракций:< о,001 мм;
0,001-0,005 мм; 0,005-0,01 мм; 0,01-0,05 мм; 0,05-0,25 мм;
0,25-0,5 мм. В случае незначительных количеств фракции
>0,25 мм изучали фракции 0,05-0,01 мм и 0,1-0,5 мм*
Распределение ГУМУСОВЫХ веществ по фракциям элемен­
тарных почвенных частиц.
Присутствие в почвах гумусовых веществ даже в небольших
количествах довольно существенно изменяет их структурнофункциональные физические свойства.
Расцределние гумусовых веществ по фракциям элементарных
почвенных частиц связано как с характером их взаимодействия
с минеральной частью, обусловленным её составом, структурой
и особенностями её поверхности, так и структурой, размером
и формой молекул или их ассоциатов самих гумусовых веществ.
К настоящему времени накоплено значительное количество
Л /ей
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
модельных опытов и теоретических суждений о вероятных типах
связей между органическими и минеральными компонентами поч­
вы ( .Greenland ,1971; Горбунов, 0рлов,1977; Орлов,1979;
Александрова, 1980).
Обобщение литературных данных и результаты собственных
исследований автора показывав», что гумусовые вещества, свя­
занные с поверхностью глинистых минералов, преимущественно
образуют ультрамикроагрегаты, состоящие*из нескольких крис­
таллов или доменов глинистых минералов, а не распределяют­
ся в виде плёнок на их поверхности, как это предполагают
ряд исследователей.
Имеющиеся в настоящее время данные показывают, что р а з ­
меры частиц гумусовых веществ (представленных в естествен­
ных условиях преимущественно ассоциатами молекул) в больши­
нстве случаев соизмеримы с размерами кристаллов глинистых
минералов и поэтому трудно говорить о том, что гумусовые
вещества покрывают плёнкой глинистые кристаллы.'Кроме того,
довольно большие размеры молекул гумусовых веществ и осо­
бенно их асебциатов часто не позволяют им проникнуть в поч­
вах с естественной структурой в тонкие поры и приблизиться
к значительной части минеральных поверхностей для того, что­
бы вступить с ними во взаимодействие. Поэтому вероятнее
предположить диффузное распределение гумусовых веществ, при­
водящее к агрегированию их доменов и кристаллов.
Размеры этих ул'ьтрамикроагрегатов также как и частиц
свободных гумусовых веществ зависят от особенностей почво­
образования, проявляющихся, прежде всего, в реакции среды,
составе поглощённых катионов, составе гумусовых кислот и
т . д . , и минералогического состава высокодисперсной фракции
почвообразующей породы.
Результаты исследований показали, что в гумусо-аккумулятивных горизонтах чернозёмов (типичном, выщелоченном,
обыкновенном, южном, предкавказском) и почв светлокаштанового комплекса максимальное количество гумуса содержится
во фракциях размером 0,001-0,005 мм. Как с увеличением
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
размера фракций, так и с его уменьшением содержание гумуса
падает.
Установлено тайке, что размер выделяемых микроагрегатов
во многом определяется и способом подготовки к выделению, о
чём ясно свидетельствует то обстоятельство, что в почвах , .
тёмнокаштановогазг каштанового комплексов, при подготовке
которых к выделение были применены более жёсткие условия,
максимальное количество гумуса приходится на илистую фрак­
цию, подобно тому, как и в дерновог-подзолистой почве <Кочерина,1954), серой лесной (Личманова,1962), желтозёмных
почвах Грузии (Карасёва.1974).
, /
,\ .
Мягкие условия выделения, очевидно, дают более правиль­
ное представление о,количестве ультрамикррагрегагов в поч­
вах. Поэтому есть основания предполагать! что в почвах сте­
пного типа почвообразования, в том числе и в почвах тёмнокаштанового и каштанового комплексов, где преобладают гуминовые-кислоты с достаточно крупным размером молекул или их
ассоциатов, в условиях с близкой к нейтральной реакции
среды и высокой насыщенностью поглощающего комплекса каль­
цием, образуются ультрамикроагрегаты более крупных разме­
ров, могущие входить во фракцию мелкой пыли.
В почвах, где отмечается преобладание гумусовых веществ
с небольшим размером частиц, в условиях кислой реакции сре­
ды образуются ультрамикроагрегаты более мелких размеров,
которые при выделении фракций элементарных почвенных частиц
попадают в илистую фракцию.
В крупных фракциях элементарных почвенных частиц содержа­
ние органических веществ резко падает по мере увеличения
размера частиц. Гумусовые вещества здевь представлены преи­
мущественно отдельными фрагментами, сорбированными на наи­
более выветренных участках поверхности полевых пшатов и
слюд. Иногда встречаются в виде сгустков с вовлечёнными в
них минеральными частицами меньших размеров, мельчайших гумифицированннх корешков. Кроме того, в некоторых почвах
(краснозёмы, желтозёмы, оглеенныегоризонты дерново-подзоли­
стых и ряда других почв) они входят в состав конкреций полу­
торных окислов» С этим и связано, например, наблюдающееся в
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
некоторых случаях повышение содержания гумуса в крупных щракциях.
Поверхности кварцевых частиц, в основном, свободны от гуму­
совых веществ, последние встречаются только лишь тогда, когда
на этих поверхностях имеются участки, покрытые окислами желе­
за и алюминия.
Несиликатные йормы соединений железа и алюминия во
фракциях элементарных почвенных частиц»
В нашем исследовании, проведённом совместно с Бабаниным,
Верховцевой, Малиновским. Фальковым и Яблонским (1978), по­
казано с помощью электронного парамагнитного резонанса и опре­
деления удельных поверхностей для контроля за растворимостью,
что при действии реактива Мера и Джексона на алкмосиликаты
растворяются не только окислы железа, но и частично извлека­
ется железо, входящее в структуру глинистых минералов в ка­
честве изоморфной примеси. Вероятно, употреблять термин "сво­
бодные" окислы железа по отношению к их содержанию в дитионит-цитратных вытяжках можно лишь условно. Точнее следует
говорить о содержании окислов железа, определяемом по мето­
ду Мера и Джексона.
Результаты определения по этому методу окислов железа во
фракциях элементарных почвенных частиц светлокаштановой поч­
вы, коркового солонца и предкавказского чернозёма показывают,
что максимальные количества этих окислов содержатся в или­
стых фракциях и по мере уменьшения размера частиц их содер­
жание падает, но это падение происходит довольно плавно, и
окислы содержатся в заметных количествах во всех исследова­
нных фракциях.
Дешпанд, Гринланд и Куирк ( Desnpand, Greenland, Qjiirk,
1968) показали, что в старых,'сильно окисленных почвах "сво­
бодные" окислы железа не оказывают сильного влияния на физи­
ческие и физико-химические свойства из-за того, что эти оки­
слы находятся в окристаллизованном состоянии. Карпачевский,
Бабанин, Гендлер, Опаленко и Кузьмин (1972) нашли с помощью
ядерной гамма резонансной спектроскопии, что в дер10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ново-подзолистых почвах, серых лесных, чернозёмах, каштано­
вых и краснозёмах 90 % железа представлено тонкодисперсными
соединениями (наиболее вероятно - гетитом, термодинамически
наиболее устойчивым в этих условиях минералом).
Ядерная гамма-резонансная спектроскопия дала возможность
проследить судьбу железа, сорбированного поверхностями гли­
нистых минералов. Обнаружено, что на поверхности таких ми­
нералов как каолинит и монтмориллонит, образуются "гагато­
вые" структуры железа, которые затем могут.стать ядрами
кристаллизации. Тетитовые" структуры обнаружены и у насы­
щенных железом гуминовой и фульвокислотах.
Аморфные формы соединений алшиния, определённые в щело­
чной вытяжке.по Гедройцу, в некоторых фракциях элементарных
почвенных частиц комплекса тёмнокаштановых почв содержатся
в небольших количествах. Максимальное их содержание отмеча­
ется в илистой"фракции и резко падает с увеличением размера
частиц.. В песчаных фракциях их количества находились в пре­
делах: точности анализа.
Распределение карбонатов по фракциям элементарных поч­
венных частиц.
Присутствие карбонатов в почвах оказывает заметное влия­
ние на структуру и свойства почв, В зависимости от происхо­
ждения и формы, в которой они находятся в почвах, карбонаты
способствуют агрегированию элементарных почвенных частиц и
понижают их удельную поверхность. Последнее обстоятельство,
вероятно, является одной из причин того, что их наличие
снижает глинистость" почв (Качинский>1965).
' 0 количестве карбонатов в почвах тёмнокаштанового, кашта­
нового и светлокаштанового комплексов судили по содержанию
С02 во фракциях, которое определяли на приборе Кноппа после
удаления органических веществ.
Установлено, что в исследованных почвах наибольшее коли­
чество карбонатов содержится в тонких фракциях: илистой и *
мелкой пыли. Далее по мере укрупнения размера частиц их с о ­
держание падает. Принимая во внимание, что содержание или-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
стой и мелкопылеватой фракций составляет почти половину от об­
щего содержания фракций, можно утверждать, что в исследован­
ных почвах карбонаты представлены, главным образом, частица­
ми < 0,001 мм. Это позволяет сделать вывод об их вторичном
происхождении в горизонтах скопления карбонатов и гипсовой.
Валовой химический состав элементарных почвенных частиц.
Результаты проведенных исследований и анализ литературных
данных показывают, что на валовой химический состав фракций
элементарных почвенных частиц оказывают влияние как минера­
логический и химический состав почвообразующих пород, так и
особенности почвообразования.
Во всех исследованных почвах, развитых на лёссовидных и
лёссовых породах, содержание s i s 2 понижается с уменьшением
размера фракций, а Д12°з И F«20^
возрастает. При этом
отмечаются довольно близкие величины содержания этих окислов
и одинаковая форма кривых их распределения.
В исследованных почвах каких-либо закономерных изменений
в содержании СаО во фракциях крупнее 0,001 мм не наблюдается,
хотя в ряде случаев можно отметить слабую тенденцию к его
возрастанию по мере уменьшения размера фракций. Заметное по­
вышение содержания СаО отмечается во фракциях мельче 0,001 мм,
В распределении MgO и KgO по фракциям элементарных по­
чвенных частиц всех рассматриваемых почв отмечается более
чёткая и однозначная зависимость, сводящаяся к талу, что с
уменьшением размера частиц их количество возрастает.
ДляНе^о характерен такой тип распределения по фракциям
элементарных почвенных частиц, при котором максимальные коли­
чества содержатся в пылеватых фракциях и как с уменьшением
размера частиц, так и с их увеличением его содержание пада­
ет. Это, очевидно, связано с содержанием полевых шпатов, со­
средоточенных тоже в пылеватых фракциях.
В результате' исследований установлено, что в изученных
почвах наибольшие изменения отмечаются во фракциях крупнее
0,001 мм, состоящих преимущественно из первичных минералов.
Поскольку с возрастанием степени дисперсности увеличива12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ется поверхность взаимодействия элементарной почвенной
частицы с окружающей средой, постольку более мелкие частицы
интенсивнее подвергаются изменению и разрушению. ( Purl,
Singh, Sbarma, 1955; Добровольский,1977)
Естественно, что отмеченное обстоятельство проявляется в
почвах по-разному и зависит от особенностей почвообразова­
тельного процесса. Солонцовый процесс почвообразования при­
водит, например, к тому, что в верхних горизонтах солонцов
некоторое обеднение полуторными окислами и обогащение крем­
незёмом происходит уже во фракциях 0,5-0,25 мм. В то же
время как в тёмнокаштановой, светлокаштановой и лугово-каштановой это начинает проявляться лишь во фракциях 0,01-0,005
мм. В светлосерой лесной почве (Личманова>1962) , испытываю­
щей воздействие подзолообразовательного процесса, расширение
молекулярных отношений siOg/BgO,
отмечается тоже во всех
крупных фракциях верхних горизонтов.
В чернозёмах типичном, выщелоченном обыкновенном и южном
каких-либо закономерных изменений молекулярных отношений в
крупных фракциях по профилю почв не отмечается.
Данные валового химического состава помогают уточнить ми­
нералогический состав фракций элементарных почвенных частиц,
играющий важную роль в структурной организации почвенной ма­
ссы.
Минералогический состав фракций элементарных
почвенных частиц.
Минералогический анализ показал, что крупные ( > 0,001 мм)
фракции исследованных почв характеризуются близким минералогичерким составом . Преобладающим минералом является кварц,
содержание которого по мере уменьшения размеров частиц пада­
ет. Следующее место занимают полевые шпаты, сосредоточенные
преимущественно в пылеватых фракциях. И, наконец, слюды, со­
держание которых возрастает с уменьшением размера частиц. В
нижних горизонтах исследованных почв в довольно значительных
количествах содержатся карбонаты.
Форма-частиц и характер их поверхности, т . е . структурные
особенности частиц оказывают существенное влияние на многие
физические и физико-механические свойства. Поэтому при изу­
чении минералогического состава было уделено внимание этим
характеристикам. Во фракциях песчаного размера преимущест13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
венно содержатся плохо окатанный и неокатанный кварц, с не­
ровной поверхностью и часто изъеденный многочисленными уг­
лублениями , трещинами. В пылеватых фракциях содержание ква­
рца падает, при этом возрастает число неокатанных частиц с
острыми углами и неправильной формы. Полевые шпаты предста­
влены плагиоклазами, среди которых встречаются как ортоклаз,
так и микроклин. Подобно кварцу в пылеватых фракциях преоб­
ладают зёрна полевых шпатов неправильной угловатой формы
как свежие, незатронутые процессом выветривания, так и с-из­
менённой поверхностью, мутноватые и в разной степени полити­
зированные. Концентрация слюд во фракциях средней и мелкой
пыли связана как с их лёгкой механической разрушаемостью,
так и с особенностями их отмучивания. Привлекает внимание тот
факт, что размеры зёрен слюд часто превышают размеры криста­
ллов других минералов. Поэтому можно предположить, что скопле­
ние частиц слюд в пылеватых фракциях обусловлено плоской фо­
рмой их частиц, которая снижает скорость падения, благодаря
чему они и оказываются во фракциях мельче 0,01 мм. В рассмс-i
тренкых здесь почвах слюды представлены, в основном, бесцве­
тными чешуйками мусковита и в меньшей степени биотитом.
На основании проведённого исследования и обсуждения лите­
ратурных данных сделан вывод о том, что в большой группе
почв, формирующихся на лёссовидных и лёссовых породах, осно­
вную роль в качестве структурных составляющих играет кварц
и в меньшей степени полевые шпаты.
В почвах, формирующихся на сравнительно молодых делювиально -элювиальных и аллювиальных породах, полевые шпаты мо­
гут несколько преобладать, но по-прежнему кварц составляет
существенную часть крупных фракций.
И, наконец, выделяется группа почв, в которых значитель­
ная часть элементарных почвенных частиц пылеватых и песча­
ных размеров состоит из микроагрегатов.
По минералогическому составу высокодисперсных фракций
( < 0,001 мм), в настоящее время опубликовано большое чис­
ло работ, значительная часть из которых обобщена'в моногра­
фиях Горбунова (1974,1978). Основное внимание в этих рабо-
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тах уделено распределению глинистых и других высокрдисперс -•
ных минералов в профиле почв в связи с их происхождением,
химическими и агрохимическими проблемами* В то же время юс
роль как структурных составляющих изучена ещё далеко недо­
статочно, что, вероятно, связано с большими методическими
трудностями как количественного определения их глинистой
части, так и изучения их свойств. Для того, чтобы рассма­
тривать глинистые минералы в качестве структурных составля­
ющих, необходимо, с одной стороны, иметь хотя бы приближё­
нное представление о количестве различных групп.глинистых
минералов, составляющих эту фракцию, а с другой - знать сво­
йства их поверхности (величину и качество удельных поверх­
ностей, плотность и характер размещения зарядов на этих по­
верхностях). Всё это позволит создать представление о меха­
низмах взаимодействия этих компонентов и их размещении в
v
пространстве.
Поэтому в настоящей работе была предпринята попытка ори­
ентировочной количественной опенки глинистых минералов в
исследованных почвах не только с помощью рентгеновского и
химического методов, но и по величинам эффективных внутрен­
них поверхностей, рассчитываемых по данным изотерм десорб­
ции паров воды (
Farrar, 1963). Наши дополнительные
исследования по определению эффективных удельных поверхно­
стей монтмориллонитов, насыщенных разными катионами, поз­
волили расчитать стандарт для каждого конкретного образца,
что способствовало существенному уточнению этого метода.
Результате исследования показали, что в подавляющем бо­
льшинстве изученных почв преобладают гидрослюды (типа ил—
лита), содержание которых колеблется, в основном, в преде­
лах 30-40 %, достигая в отдельных случаях 57 %. Содержание
минералов с расширяющейся решёткой (группы монтмориллонита)
варьирует преимущественно в пределах 20-35 %, возрастая ино­
гда, например, в иллювиальных горизонтах солонцов до 45 %,
Исключение составляет обыкновенный чернозём (Каменная степь)
в котором, наоборот, преобладают минералы группы монтморил­
лонита (48-63 %), а иллит содержится в пределах 20-25 %. На
третьем' по количеству месте находятся минералы группы као15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
линита и хлориты.
идущую роль в качестве структурных составляющих играют
иллит и, несколько меньше, минералы типа монтмориллонита,
подчинённое, но заметное влияние оказывают каолинит и хлори­
ты.
Тшияние шсокодисперсных фракций элементарных почвенных
чостиц на гидрофизические и другие структурпо-пункцлошигьные
свойства обусловлено не только их минералогически.! составом,
но и способом организации алюмосиликатных слоев з квазикрис­
таллы пли кристаллов в домены, с внешней, или осмотически
активной поверхностью которых и связано развитие диффузной
части двойного электрического слоя и отмеченных выше свойств.
Преимущественно с этими поверхностями взаимодействуют гуму­
совые вещества.
Изменение состава поглощённых катионов, реакции среды и
состава почвенных растворов под влиянием естественного по­
чвообразовательного процесса или в результате антропогенн­
ых воздействий сказывается, презкде всего, на изменении тон­
кое структуры высокодисперсных фракций, и это следует прини­
мать во внимание при разработке методов улучшения структуры
почв.
Лаяекулягппо-ионный уровень структурной организации
почвы и свойства Фракций элементарных почвенных
чпотид.
Оиойства 1г:р:псций зависят как от их размера, так и от миi;epi.viorii4ucKoro :i химического составов, Влияние отмеченных
'риторов появляется через поверхности раздела твёрдой части
';очв с "-сидкой и последней с воздухом. Эти поверхности р а з ­
дала обусловливают Баянсйзипе свойства не только элементар­
ных почвенных частиц, но и почв в целом, так как элементарi'.v.c почвенные частицы представляют тот основной уровень
структурной организации почвы, который определяет её струк­
туру л свойства. Поэтому в работе много внимания уделено
.таким характеристикам поверхностей раздела, каких величина
и качество. Поскольку эти характеристики зависят от взаимс—
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
действующих с твёрдыми поверхностями веществ, постольку при
их определении отдано предпочтение воде - веществу, которое
определяет существо взаимоотношений определяемых поверхно­
стей с окружением.
Имеющийся в настоящее время значительный эксперименталь­
ный материал показывает, что несмотря на специфику строения
и свойств молекулы воды, изотермы адсорбции и десорбции па­
ров воды тлеют вполне отчётливую сигмоидную форму. Поэтому
к ним формально применимо уравнение БЭТ. для расчёта ёмкос­
ти монослоя, покрывающего поверхность раздела твёрдая часть
почвы - вода ( Wm). Несмотря на то, что монослой, рассчи­
тываемый по БЭТ, не является сплошным в геометрическом смы­
сле, энергетически, т . е . по типу взаимодействия с твёрдой
поверхностью, он проявляется достаточно чётко и в этом смы­
сле представляет собой важную характеристическую величину.
Трудности и условность возникают тогда, когда эту величину
переводят в размерность поверхности. В этом случае энерге­
тическая гетерогенность поверхности, состав поглощённых ею
катионов действительно оказывают заметное влияние на хара­
ктер упаковки молекул воды на поверхности твёрдой части
почв и, следовательно, на расчёт площади, занимаемой молеку­
лой воды на поверхности адсорбата. Рассчитываемые таким об­
разом величины удельных поверхностей, в сущности, являются
эффективными величинами, т . е . такими, которые имеют размер­
ность удельных поверхностей, но не всегда совпадают с их
геометрическими размерами.
В ряде случаев, например, при изучении зависимостей меж­
ду поверхностными и ^гидрофизическими свойствами почв, целе­
сообразно пользоваться непосредственно величинами Wm и
( Wm')e, как характеристическими и не прибегать к дополни­
тельным условностям.
Величина ( ~Wm )e даёт представление о количестве воды,
адсорбированном на внешних поверхностях, а точнее, по наше­
му мнению, представляет собой количество воды, пошедшее на
образование первого слоя поверхности раздела вода-воздух
или внешней поверхности адсорбционной плёнки. Это количест­
во таге определяют по данным изотерм десорбций (или адсорб17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ции) воды в интервале Р/Р 0 0,4-0,8, применяя уравнение Фаррера (
Fexrev,
I963),
Результаты исследования мессбауэровской спектроскопией
состояния воды и fit у поверхности монтмориллонита при ра­
зличных относительных давлениях паров воды показали, что пе­
рвое резкое уменьшение гамма-резонансного эффекта происходит
в интервале до P/PQa# 0 , 2 , т . е . в области образования моно­
слоя по БЭТ, далее с повышением P/P Q до 0,65 величина эффек­
та меняется незначительно и, наконец, при P/P Q > 0 , 6 5 снова
начинается резкое уменьшение гамма-резонанса, вызванное уже
утолщением диффузной части двойного электрического слоя, об­
разующегося вокруг квазикристаллов. На этом основании сделан
вывод о том, что в интервале Р/Р 0 до 0,65 заканчивается (на
монтмориллоните) образование адсорбционного слоя воды с по­
ниженной подвижностью и резко изменёнными свойствами.
0 ёмкости этого адсорбционного слоя VC^i предложено судить
по сумме Wm +(W„)e
Поскольку We. представляет количество воды, при котором,
заканчивается формирование поверхности раздела вода-воздух,
постольку напрашивается вывод о том, что при равновесии
соответствующее этому количеству воды относительное давле­
ние её паров можно считать за начало капиллярной конденса­
ции. Это даёт основание для точного определения по изотер­
ме десорбции или адсорбции паров воды начало её конденсации,
которое но приурочено, как это полагали раньше, к какому-то
одному для всех почв Р/Р 0 , а обусловлено структурой твёрдой
части почв и тесно связанного с ней порового пространства.
Рассмотренные выше результаты по мессбауэровской спектро­
скопии позволяют сделать вьшод о том, что в слоях, сорбирую­
щихся при P/P Q выше капиллярной конденсации, возрастает по­
движность молекул воды, в результате чего они получают воз­
можность перемещаться из-под мениска, где она конденсирует­
ся в плёнку, и наоборот.
Влияние поверхностных сил на воду макроскопически прояв­
ляется Б виде расклинивающего давления Р г , теория которо—
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
го развита Дерягиным, Нерпиным, Чураевым и др.
С наличием отрицательного расклинивающего давления в
плёнке и связано её совместное существование с мениском,
где отрицательное капиллярное давление обусловлено кривиз­
ной поверхности раздела вода - воздух.
Для пологой полимолекулярной плёнки, непосредственно при­
мыкающей к водному мениску ( и находящейся с ним в термоди­
намическом равновесии) , справедливо
^г—TL'P
W»
где J5» ~ капиллярное (лапласово)давление мениска, Р - лапласово давление, развиваемое свободной поверхностью плёнки
(Глобус,1969; Железный,1972,1977). Уравнение (I) можно рас­
сматривать как уравнение эквипотенциальной поверхности вода-воздух, что важно для последующей формализации зависимости
свободной энергии воды от влажности почвы.
В работе отмечено, что указанная Железным (1977,1978) во­
зможность получения изотерм расклинивающего давления путём
однозначного перевода в них изотерм адсорбции однокомпонентного пара на твёрдой поверхности имеет существенное значение
для гидрофизики почв, так как получение изотерм адсорбции и
десорбции паров воды для таких сложных и гетерогенных систем
как почва, в сущности, является единственным надёжным экс­
периментальным методом исследования свойств поверхностей ра­
здела при P/P Q до 0,98. При P/PQA*-I удобнее применять капи­
ллярный или тензиометрический метод.
Изотермы десорбции (а в некоторых случаях и адсорбции) во­
ды получены гравиметрическим методом.
Исследования показали, что максимальные величины эффекти­
вных удельных поверхностей отмечаются у фракций*0,001 мм и
резко падает по мере увеличения размера фракций. Во фракциях
одного и того же размера, но выделенных из разных генетичес­
ких горизонтов и разных почв, величины эффективных удельных
поверхностей зависят от минералогического и химического сос­
тава фракции, последнее особенно чётко видно на примере со­
держания гумуса. Влияние минералогического и химического со­
ставов и особенностей почвообразования хорошо прослеживается
на самой поверхностно-активной фракции элементарных почвен6 /6М
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
них частиц ( < 0,001 мм).
Величины эффективных удельных поверхностей в нерасчленённых почвах во многом обусловлены содержанием высокодисперстных фракций элементарных почвенных частиц. Однако, прямой
пропорциональности здесь не отмечается. Во-первых, из-за то­
го, что в пределах илистой фракции величина поверхности си­
льно колеблется в зависимости от минералогического и химиче­
ского состава, а во-вторых, кроме илистых фракций, и другие
фракции вносят вклад в величину поверхности почв в целом.
Расчёт по данным изотерм десорбции паров воды чистых диф­
ференциальных теплот десорбции показывает, что несмотря на
некоторые различия в их величинах между отдельными генетиче­
скими горизонтами исследованных почв, в основном, они харак­
теризуются довольно близкими значениями. Это говорит о том,
что величина поверхностной энергии элементарных почвенных
частиц обусловлена прежде всего их эффективной удельной по­
верхностью. Наблюдающиеся различия в чистых дифференциаль­
ных тешотах десорбции воды связаны с минералогическим и хи­
мическим составами фракций.
Аналогичные закономерности отмечены и для плотностей по­
верхностного заряда, рассчитанных как ёмкость обменных кати­
онов на единицу поверхности (мэкв/м^).
Ряд физических свойств фракций элементарных почвенных час­
тиц и, прежде всего, те из них, которые обусловлены взаимо­
действием с водой, т . е . гидрофизические, механические и рео­
логические тесно связаны с рассмотренными выше поверхностны­
ми свойствами элементарных почвенных частиц.
Влияние как полной, так и внешней эффективных удельных
поверхностей особенно чётко проявляется на максимальной гиг­
роскопической влажности и в меньшей степени на влажностях
нижнего и верхнего пределов пластичности и максимальной мо­
лекулярной влагоёмкости почв. Вероятно, это связано с тем,
что по мере увеличения влажности влияние сил, возникающих
на поверхности раздела твёрдой части с жидкой, ослабевает,
а роль менисковых (капиллярных) сил возрастает. Пластичность
и набухание проявляется только у мелких фракций.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Другой ряд физических свойств элементарных почвенных ча­
стиц составляют такие свойства, которые не зависят от велины поверхностной энергии, но тесно связаны либо с минерало­
гическим и химическим составами элементарных почвенных час­
тиц, либо с их размерами и формой.
К первым относится такое фундаментальное свойство, как
плотность элементарных почвенных частиц, аддитивно склады­
вающееся из плотностей составляющих их минеральных и орга­
нических компонентов и непосредственно не связана с разме­
рами фракций.
Плотность упаковки элементарных почвенных частиц зависит
от их размера и формы, которая обусловлена как минералогиче­
ским составом, так и происхождением элементарных почвенных
частиц. С уменьшением размеров фракций плотность упаковки
падает. Во всех исследованных почвах наименьшая плотность
отмечается во фракции (0,005-0,001 мм), что, вероятно, свя­
зано, во-первых, с тем, что здесь содержится наибольшее ко­
личество ультрамикроагрегатов, содержащих какое-то количес­
тво пор, а во-вторых, с преобладанием здесь минералов с пла­
стинчатой и остроугольной формой.
На основании личных исследований автора и обобщения лите­
ратурных материалов ( KuMena, 1937; Brewer, 1964; Baver,
1959; Kohufce, 1968; Peterson, Cunningham, bletelski, 1963;
Парфёнова,Ярилова 1977,
Paton,
1978) предпринята по­
пытка классификации почвенных структур по соотношению элемнтарных почвенных частиц.
Проведенные нами исследования состава и свойств элемента­
рных почвенных частиц показало, что решающее влияние на стру­
ктуру и свойства оказывают илистая фракция и мелкая пыль. По­
этому в основу предложенной классификации положено содержание
плазмы (в данном случае частиц 4. 0,005 мм).
По соотношению плазмы и скелетных элементарных почвенных
частиц предложено ориентировочно выделять следующие типы
структур. I . Плазменный. Содержание плазмы выше 70 %, И.Скелетно-плазменный.(70-40 %) с подразделением на пылевато^плазменный, пес.чанот-плазмеш!ый_и_пе_счано^пыл£ватр^плазменный.
I I I . Плазменно-скелетный (40-15 %). 1У. Дискретно-плазменный
(15-5 %). У.Скелетный. ( < 5 %)
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Предложенный подход способствует более широкому использо­
ванию микроморфологических наблюдений в почвенно-физических
исследованиях. Он позволяет не только связать организацию
вещества почвы на уровне элементарных почвенных частиц с а г ­
регатным структурным уровнем,, поверхностные явления и энер­
гетическое состояние воды в почве с макроскопическими струк­
турно-функциональными свойствами, но и непосредственно вскры­
вать причины неблагоприятных в агротехническом, мелиоратив­
ном и эрозионном отношениях структур и в конечном счёте на­
ходить наиболее эффективные пути их направленного изменения,
улучшения и оптимизации.
ГЛАВА III
АГРЕГАТНЫЙ СТРУКТУРНЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ
ВЕЩЕСТВА ПОЧВЫ
Рассмотрены условия и.механизмы связывания элементар­
ных почвенных частиц и разделения почвенной массы на микрои макроагрегаты.
Изучение влияния оптимальных доз полимеров как гидрофи­
льной, так и гидрофобной природы на величины эффективных
удельных поверхностей (полной, внешней и внутренней) и их
качество позволило сделать вывод о диффузном характере раз­
мещения полимеров в почвах , аналогичном до некоторой сте­
пени размещению гумусовых веществ. Такой характер размеще­
ния полимеров в почвах и затруднённость полного покрытия
ими поверхностей элементарных почвенных частиц, вероятно,
связано с тем, что крупные молекулы полимеров, блокируя вхо­
ды в тонкие поры, препятствуют их проникновению в это прост­
ранство и исключают возможность их контакта с поверхностью
частиц. Заметное влияние на размещение полимеров в почвах
оказывает вязкость полимеров.
Подчёркнуто, что вопрос о размещении полимеров в почвах
является одним из важнейших при решении проблемы улучшения
с их помощью структуры и физических свойств почв.
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Существенное влияние на агрегатообразование оказывает
содержание воды в почве (Виленскай,1945; Вершинин,1958).
Хартман и Де Боодт (Hartman.De Boodt,I9?4) попытались свя­
зать влажность оптимального структурообразования с величиной
первого критического потенциала воды (Нерпин,1967) и зависи­
мостью капиялярно-сорбционного потенциала от влажности почвы.
G этой зависимостью связаны в почве процессы набухания и уса­
дки, приводящие к возникновению в почвенной массе напряжений,
образованию плоскостей непрочности и расчленению почвенной
массы на отдельные фрагменты или агрегаты.
Структура фракций микроагрегатного состава.
Микроекопические исследования и изучение распределения эле­
ментарных почвенных частиц по размерам во фракциях микроагре­
гатного состава, выделенных из серой лесной почвы, чернозёма
типичного мощного, тёмнокаштановой почвы, глубокостолбчатого
солонца и краснозёма, показали, что они состоят как из агре­
гированных и неагрегированных частиц. Строгой приуроченности
микроагрегатов и неагрегированных частиц к фракциям определё­
нного размера не обнаружено. Неагрегированные элементарные
почвенные частицы содержатся во всех фракциях микроагрегатно­
го состава, а их соотношение с микроагрегатами в той или иной
фракции зависит от почвообразующей породы и типа почвообразо­
вания.
Свойства фракций микроагрегатного состава.
Такие свойства фракций, как эффективные удельные поверх­
ности (полная, внешняя и внутренняя), ёмкость катионного об­
мена, плотность твёрдой фазы и плотность упаковки фракций
обусловлены соотношением в этих фракциях агрегированных и не­
агрегированных частиц, а ход их изменений в зависимости отразмера фракций повторяет ход изменения во фракциях отмечен­
ного соотношения.
Порозность сухого насыпного образца фракций микроагрегат­
ного состава выше, чем у такого же размера фракций элемен­
тарных почвенных частиц. Это говорит о том, что во фракциях
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
микроагрегатного состава появляется новое, очень важное в
агротехническом и мелиоративном отношении свойство - внутриагрегатная порозность.. Это свойство становится доминиру­
ющим у микроагрегрегатов.
Структура и свойства макроагрегатов.
Макроагрегаты представляют собой обособившиеся в проце­
ссе периодического иссушения и увлажнения фрагменты почве­
нной массы, размер которых в большинстве случаев достаточ­
но велик для того, чтобы содержать элементарные почвенные
частицы в соотношениях, близких к существующим в почве в
целом. Поэтому гранулометрический, минералогический и хими­
ческий составы и связанные с ними такие характеристики, как
эффективная удельная поверхность и ёмкость катионного обме­
на довольно близки между собой во фракциях разного размера.
Наблюдающиеся колебания рассмотренных выше величин, вероят­
но, обусловлены неоднородностью распределения элементарных
почвенных частиц в почвенном профиле, которая частично уна­
следована от материнской породы, а частично приобретена в
процессе почвообразования,
В то же время результаты наших исследований, проведённых
на почвах тёмнокаштанового и каштанового комплексов, показы­
вают, что порозность агрегатов, наряду с тесной связью её с
генезисом почв, проявляет достаточно чёткую тенденцию к её
увеличению (особенно в верхних горизонтах) с увеличением ра­
змера агрегатов. Это, очевидно, связано с тем, что с увели­
чением размеров агрегатов появляется возможность вовлечения
в них более крупных пустот, что и сказывается на увеличении
порозности.
Структура и свойства макроагрегатов оказывают определяю­
щее влияние на характер зависимости гиббсовой свободной эне­
ргии воды от её содержания. Шарма и Уехара ( sbarma, lie—
Нага, 1968) показали, что даже на почвах с водоустойчивой стру­
ктурой (низкогумусные латосоли) влияние размера агрегатов на
характер зависимости гиббсовой свободной энергии вода от вла­
жности почвы проявляется только при потенциалах'воды выше 24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 10 Дж/кг (или приблизительно 100 см эквивалентного напора
водного столба). В почвах о менее водоустойчивой структурой
кривые, характеризующие зависимость гиббсовой свободной эне­
ргии воды от влажности почвы, для агрегатов крупнее I мм
практически совпадали. В то время как для агрегатов мельче
I мм отличались как от рассмотренных выше, так и между собой,
проявляя при этом чёткую зависимость от гранулометрического
состава агрегатов. (
Amemiya , I965)
В наших исследованиях комплекса почв тёмнокаштановой, ка­
штановой и светлокаштановой подзон тоже не удалось получить
для агрегатов < I мм зависимостей капиллярно-сорбпионного
потенциала воды от её содержания в почве, достоверно отлича­
ющихся от аналогичных кривых для почв в целом. Отсрда следу­
ет вывод о том, что характер этой зависимости отражает влия­
ние на энергетическое состояние воды всех структурных уров­
ней организации почвы, включая и агрегатный.
Это и определяет её большую информационную ёмкость. Поэ­
тому Чайлдс ( Childs
,1940) назвал её характеристической
кривой почвенной влаги, а Глобус (1969) основной гидрофизи­
ческой характеристикой почвы. Однако, работавший в 1973 - 1975 г . г . Международный комитет по терминологии в области
физики почв, в составе которого работал и автор настоящей •
работы, отметил неопределённость и неточность этих терминов
и предложил заменить их на более строгий и непосредственно
отвечающий физическому смыслу этой зависимости термин "кри­
вая водоудерживающей спосооности почвы", или для краткости
"кривая водоудерживаемости" почвы. (
Bolt and otli.
)
ГЛАВА
ГУ
ТЕРМОДИНАМИКА ВОДЫ В ПОЧВАХ
Обсуждены различные подходы к выбору независимых перемен­
ных, определяющих потенциал воды в почвах. Показано, что
включение расклинивающего давления, которое, строго говоря,
не является независимой переменной величиной, в анализ проб­
лемы выбора независимых переменных способствует уточнению их
выбора и устранению существующих ранее неясностей в отношении
родя адсорбционных сил в изменении энергетического состояния
воды.
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11а основе теории фазового равновесия проанализированы ме­
тоды измерения потенциала воды в почве и сведены в единую
систему.
Отмечено, что в настоящее время для определения зависимо­
сти капиллярно-сорбционного потенциала от влажности почвы
применяют несколько методов (тензиометрический, метод мемб­
ранного пресса и метод сорбционного, равновесия с парами воды).
Измерение потенциала воды этими методами требует много време­
ни, тая как они основаны на равновесии потенциалов в почве и
измеряемой фазе к тому же, в диапазоне средних влажностей изза низкой гидравлической проводимости почвы достижение равно­
весия затруднено, что не всегда позволяет получить надёжный
результат. Поэтому исследователи давно пытались формализовать
эту зависимость (
Qardner, 1919; V a g e l e r , A l t e n , 1932; V i s s e r
1969; Gardner, H i l l e l , Benyomini, 1970» Rogowski, 1972;
Варазашвили и Петрова, 1974; Мичурин, 1975; Kutilek , 1978;
Судницын 1979)
В нашей работе предложен новый, теоретически обоснованный
подход к определению зависимости между капиллярно-сорбционным
потенциалом воды и её содержанием в почве.
Из-за сильного влияния поверхности твёрдой части почвы на
взаимодействующие с ней молекулы воды зависимость ^ ( W )
в адсорбционных плёнках трудно предсказать и поэтому её при­
ходится определять экспериментально. В случае смачивающей
плёнки, как это показано ранее, можно предполагать, что неод­
нородность поверхности твёрдой части уже не оказывает суще­
ственного влияния на зависимость ^ ( W ) и она определя­
ется ионно-электростатической составляющей расклинивающего
давления, которую в общем виде можно представить как D
В
—J3~-Jrfir
(2), где п и Б - константы. Послед­
няя характеризует взаимодействие смачивающей плёнки с адсор­
бционной. Для такого сложного и гетерогенного тела как почва,
трудно расчитать эту константу и поэтому её, вероятно, надо
определять экспериментально. Однако, Глобус (1974) показал,
что вычисленные константы неплохо совпадали с эксперимента26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
льными, что и дало ему основание считать, что в диапазоне
средних влажностей действуют ионнс—электростатические силы.
Толщину смачивающей.плёнки в (2) удобнее выразить через
число монослоёв воды и, таким образом, ввести в (2) непосре­
дственно величину влажности почвы W£ , для которой расчи­
тывают потенциал воды ^
. Так как рассматривается только
смачивающая плёнка, то из Wi необходимо исключить количест­
во воды, приходящееся на адсорбционный слой ( Wo.) t a р а з ­
ность ( Ц/^ — Wcc
) отнести к количеству воды, размещённо­
му на внешней поверхности адсорбционного слоя ( \(/т ) е . Под­
ставив в (2) ])(/j —ЭД,/ f w O e
вместо "Z получим
^=-в/[т-и/(\^)е]п
с»
Функции такого.вида в логарифмических координатах пред­
ставляют прямую линию. На рис. I видно, что нанесённые на
логарифмическую сетку результаты экспериментально определё­
нных величин (fJ и
ty^-V^o/fW^Je
, полученных мето­
дами сорбции паров воды, мембранного пресса и лабораторным
тензиометрическим, довольно хорошо ложатся на прямую линию
и, следовательно, подтверждают предположение, что зависи­
мость ^(\\/)
в этом интервале вл&жностей хорошо апроксимируется функцией ( 3 ) .
Пересечение этои прямой с ординатой даёт численное значе­
ние константы В, котброе представляет собой величину капиллярно-сорбционного потенциала воды при влажности образования
первого слоя смачивающей плёнки 9ас • Следовательно, выраже­
ние ( 3 ) можно представить как
Зная Уг& можно найти п по уравнению
fyK^fyYb-nfyfw-MftwXJ
(5)
Поскольку для проведения прямой достаточно небольшого чис­
ла точек, то можно ограничиться лишь теми экспериментальны27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
%т)
Рис. I . Зависимость логарио^ла капиллярно-сорбционного
потенциала воды от логарифма толщины смачиваю­
щей плёнки.
*№*
аоь..*—.»
•9.8*40°
"*>*•''•
-9.8ЧД04
<0* Н.СМ 60ДН.СТ
-&&Ы0<¥.Аж7кГ
Рис. 2. Зависимость между содержанием плёночной влаги и
капиллярно-сорбцяонным потенциалом воды.
Обозначения к рис. 1,2 и 3 .
• - метод сорбции паров воды
х - метод мембранных прессов
о - лабораторный тензиометрический метод.
Чернозём обыкновенный,гор.А1 - ненарушенная структура - I ,
нарушенная структура - 1а; 131 - 2 и 2а соответственно.
Дерново-подзолистая почва,rop.AI - 5 и 5а; гор.А2 - 4 и 4а.
Каштановая почва 7 гор.С1 - 3 и За.
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ми точками, которые получены методами, позволяющими сравните­
льно легко и надёжно определить капиллярно-сорбционный потен­
циал воды при соответствующих влажностях почвы. К числу тагах
методов относятся методы сорбции паров воды и лабораторный
тенаиометрический метод, так как они обеспечивают достижение
надёжного равновесия. Предложенный расчётно-эксперименталышй
метод позволяет исключить сложный и ненадёжный метод мембра­
нного пресса из определения зависимости ^ ' ( W ) и, следо­
вательно, уточнить, ускорить, упростить и удешевить определе­
ние кривой водоудерживаемости.
ГЛАВА
У
СТРОТУРНО^УНКЦИОНАЛЫШ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ
Попытки связать кривые водоудерживаемости почв с различны­
ми формами воды в почве с их важнейшими агрофишческими сво­
йствами были сделаны рядом исследователей OchofieId, 1935.1953;
Kohnko,1940,196SjRichard3,Weaver,1'yw-;Sudo,'1968
) . Однако,
это осуществляли путём механического перенесения эмпирически
установленных на той или иной почве так называемых водно-фи­
зических*' констант" на кривую водоудерживаемости, связывая в
дальнейшем как формы вода в почве, так и её агрофизические
характеристики с определёнными, едиными для всех почв уров­
нями энергетического состояния воды. Неудивительно, что и с ­
следователи, работающие на других почвах, часто не находи­
ли соответствия между физическими характеристиками, опреде­
лёнными по кривым водоудерживаемости почв, и путём их опре­
деления традиционными методами. (Долгов,1948; Роде, 1965)
С позиций развиваемой автором настоящей работы концеп­
ции отмеченные выше несоответствия между физическими хара­
ктеристиками почв, .определёнными по кривым водоудерживае­
мости, и измеренными другими методами - результат эмпирич­
ности и односторонности энергетической концепции, не учиты­
вающей того, что области перехода почвенной влаги из одной
формы в другую и связанные с ними гидрофизические и физикомеханические свойства явяляются функциями структуры почвы,
а не одной из её функций - свободной энергии воды. Послед29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
няя, хоть и обусловлена структурой почвы, но однозначно не
определяет е ё , поскольку зависимость структуры от функции
является менее жёсткой, чем функции от структуры* Если оп­
ределённая структура при-соблюдении относительно стабиль­
ных условий выполняет более или менее определенную функцию,
то одна и та же функция может выполняться весьма различны­
ми структурами. Это хорошо можно видеть на примере совпа­
дения в некоторых областях кривых водоудерживаемости, ха­
рактеризующих различные почвенные структуры,
В основу рассматриваемой здесь концепции положен струк­
турно-функциональный закон, согласно которому области пере­
хода почвенной влаги из одной формы в другую и связанные о
ними гидрофизические, механические и реологические свойст­
ва являются функциями структуры твёрдой части почв и поэто­
му отмечаются на кривых водоудерживаемости при различных,
но закономерно изменяющихся с изменением гранулометричес­
кой структурной составляющей, энергетических уровнях воды,
характерных для каждой почвенной структуры.
Предложенный в главе 1У расчётно-экспериментальный ме­
тод определения кривой водоудерживаемости почвы позволяет
теоретически обоснованно, строго и точно, опираясь не на
качественные представления о геометрических формах воды,
физико-химических, механических и термодинамических её ос­
обенностях, а на природу и количественную оценку сил, удер­
живающих воду в каждой конкретной почве, определить на кри­
вых области перехода- воды из одной формы в другую и связан­
ные с ними структурно-функциональные физические свойства
почв.
Поскольку при потенциалах воды ниже J ^ вода находится под
сильным влиянием поверхности твёрдой части почвы и свойства
воды сильно изменены по сравнению с теми, что наблюдаются в
объёме, постольку эту величину можно использовать для того,
чтобы найти на кривой водоудерживаемости область перехода
прочносвязанной плёночно-адсорбционной воды в плёночно-стыковую.
Как видно на рис. 3,нанесённке на кривые водоудерживае30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мости,величины У закономерно смещаются в сторону более ни­
зких величин по мере утяжеления гранулометрического состава
почв и довольно хорошо ложатся на прямую линию, пересекаю­
щую ось потенциалов при 15,5 кДж/кг ( pF = 5 , 2 ) , тангенс
угла наклона которой к оси влажностей приблизительно равен
0,3.
Связь между ^£ с и соответствующими им влажностями аппрок­
симируется следующей зависимостью
Кё-15$00г6-т
(6)
Наблюдения за динамикой усадки почв показали, что в этой
области нормальная усадка, при которой изменение объёма поч­
вы происходит пропорционально изменению влажности, переходит
в остаточную, когда изменения объёма почвы не происходит и
достигается предел усадки. Следовательно, определённая по кри­
вой водоудерживаемости в этой области влажность будет соот­
ветствовать влажности предела усадки.
Используя рассчитанные по предложенному методу константы
(fJ и п , можно найти на кривых водоудерживаемости область
перехода плёночно-стыковой воды в плёночно-капиллярную, рас­
считав зависимость между содержанием пленочной влаги VC/^ и
капиллярно-сорбционным потенциалом ^
по уравнению:
которое отличается от предложенного ранее Нерпиным (1975)
лишь более общим видом, позволяющим использовать в расчётах
отмеченные выше константы, а также тем, что по уравнению (7)
tyru рассчитывается только для' смачивающей плёнки. Здесь Wn
- влажность при дашом насыщении ( к г / к г ) , \(/ - влажность,
при которой определяется содержание плёночной влаги ( к г / к г ) ,
££. - капиллярно-сорбпдонный потенциал (Дж/кг) при влажно­
сти W , у - поверхностное натяжение воды (ДкДг), 3616=
= ' м
- площадь одномолекулярного слоя массой в I г ,
где / • - число Авогадро, С2 - площадь, занимаемая молекулой
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
воды на поверхности адсорбента (при плотной упаковке воды UJ
равна 1 0 , 8 - К Г 1 6 м 2 ) , М - молекулярная масса воды. Некоторые
из рассчитанных в пределах стачивающей плёнки зависимостей
показаны на рис. 2*
На кривых отчётливо видны области с высоким, но близким
друг к другу содержанием плёночной влаги и достаточно выра­
женным его максимумом при определённом и характерном для ка­
ждой почвы капиллярно-сорбционном потенциале воды. Существо­
вание этого максимума Нерпин (1975) объясняет тем, что с по­
вышением капиллярно-сорбционного потенциала воды одновремен­
но действуют два противоположных фактора: увеличение толщины
плёнок и сокращение их площади. Первое резкое сокращение
площади плёнок происходит при заполнении пор между элементар­
ными почвенными частицами, т . е . согласно С.Б.Нерпину при пе­
рвом критическом капиллярно-сорбционном потенциале воды ( ^ ) .
Поэтому есть основания принимать капиллярно-сорбционныи потен­
циал воды при максимальном содержании почвенной влаги за j ^ ,
а область потенциалов с близкими к нему величинами областью
перехода плёночнс—стыковой влаги в плёночно-капиллярную. Пе­
ренеся значение этих потенциалов на кривые водоудерживаемости почвы (на рис. пунктирные линии) можно легко убедиться в
том, что (f£i подобно tye закономерно смещаются в сторону их
более низких величин по мере утяжеления гранулометрического
состава и лежат на прямой, тангенс угла наклона которой бли­
зок к 0 , 3 , но пересекающей ось потенциалов в точке, прибли­
зительно равной-14,7 Дж/кг или эквивалентному напору водного
столба 150 см ( рр = 2 , 1 8 ) . Расчёт эффективного радиуса при
этом потенциале показывает, что он раген 10 мкм и соответству­
ет расстоянию, на которое распространяется влияние поверхност­
ных сил вглубь жидкого компонента (Дистлер и К о б з а р е т ^ Э б ? ) .
Отмеченная закономерность объясняется тем, что в тяжёлых
по гранулометрическому составу почвах поры между элементарны­
ми почвенными частицами мельче, чем в лёгких и поэтому их з а ­
полнение и сокращение площади плёнок начинается при более низ­
ких капиллярнс—сорбционных потенциалах воды. С укрупнением ча­
стиц и увеличением размеров пор между ними их заполнение будет
начинаться при более высоких потенциалах воды. Так будет про32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
должаться до тех пор, пока радиус пор не достигнет размера
максимально•возможной толщины плёнки и не начнёт её превы­
шать. В порах с радиусом большим этого поверхностные силы и
толщина плёнки не оказывают влияния на заполнение пор.
Связь между Ш'и соответствующими им влажностями-в поч­
вах разного гранулометрического состава подчиняется зависимо­
сти, аналогичной ( 6 ) , но отличающейся от неё только числовым
коэффициентом.
%^4^7es'^
.(в)
Установленная закономерность позволяет сделать важный ме­
тодический вывод о том, что для определния *f£ и связанных
с ним функциональных физических свойств почв нет необходимо­
сти прибегать к отмеченным ранее довольно сложным и трудоем­
ким расчетам.Для этого достаточно найти пересечение кривой
водоудерживаемости с отмеченной выше прямой, проведённой ли­
бо по логарифмам потенциалов, рассчиташшх по ( 8 ) , или просто
под углом 16,7° к абциссе (£д 16,7 = 0,3) из точки на оси
потенциалов, соответствующей логарифму потенциала-14,7 Дж/кг
(pfr = 2,18)
С областью перехода плёночно-стыковой влаги в плёночнокапиллярную и особенно с ^ у связан ряд важнейших структурнофункциональных физических свойств почв.
Прежде всего из (оизической сущности первого критического
капиллярно-сорбционного потенциала воды следует, что при &
происходит нарушение сплошности заполнения водой основного
объёма пустот, образующихся между элементарными почвенными
частицами, что приводит к "разрыву" капиллярной связи между
различными участками воды в значительной части объёма пор по­
чвы. Следовательно, влажность почвы при f%. должна соответ ствовать "влажности разрыва капиллярной связи" (ЛРК). Как ви­
дно из таблицы I определение БРК по методу, предложенному
Г.Зацкевич (1966), несмотря на его недостаточную строгость и
грубость (точность около I %), действительно оказывается
очень близкой к в л а ж н о с т и ^ . Отсюда следует, что с появле­
нием возможности определения у£ по кривой водоудерживаемости,
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
появляется теоретически обоснованный, точный, сравнительно
простой и надёжный метод определения ЕРК в почве как ненару­
шенной, так и нарушенной структуры.
С рассматриваемой областью перехода связано резкое изме­
нение прочности почвы в зависимости от её влажности и пере­
ход почвы из твёрдообразнсто вязкоупругого тела в твёрдообразное упруговязкоб или из полутвёрдой консистенции в плас­
тичную. Так как при потенциалах ниже <// вода в почве нахо­
дится преимущественно в виде плёнок, переходящих на контак­
тах между частицами в мениски с большой кривизной, то послед­
ние обуславливают развитие в точках контакта довольно больших
контракционных сил, достаточно прочно удерживающих частицы
друг с другом. Однако, площадь этих менисков мала и при соот­
ветствующих напряжениях связь между частицами нарушается.
По мнению Хусзара (
ниаваг , 1976) деформационное пове­
дение почвы в этом интервале влажностей вполне удовлетворите­
льно описывается физической моделью Пойнтинга-Томсона (на
рис. 3-а)
При потенциалах выше $
силы сцепления несколько ослабе­
вают, однако, резко возрастает площадь контактных менисков,
что приводит к возможности смещения частиц относительно друг
друга без нарушения связи между ними. Начиная с влажности,
соответствующей f& и вплоть до влажности, при которой силы
сцепления ослабевают настолько, что при смещении частиц нару­
шается связь между ними, и почва переходит в состояние плас­
тичности (граница текучести), почва ведёт себя.как упруго-вя­
зкое, пластичное тело, поведение которого как показали иссле­
дования
Sudo, Higashiyama, Xamazaki
(1965), хоро­
шо описывается моделью Барджерса(рис. З-б).
Поскольку при влажности fe происходит переход из полутвё­
рдого состояния в пластичное, постольку эта точка соответст­
вует нижней границе пластичности. Результаты определения ниж­
ней границы пластичности методом опускающегося конического .
пенетрометра (
Campbell ,
I976) указывают на их хоро­
шую сходимость с влажностью ^ (табл. I)
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица I
Результаты определения гидрофизических свойств почв полевыми и лабораторными
методами и по кривым водоудерживаемости почв
(влажность, % от твёрдого компонента почвы)
Горизонт:Максимальная:Палева*г: Влажность предела Влажность Влажность: Блажноси>:Влажность: Влажность
и
: капиллярно- : влаго-•:
разрыва : цредела :оптималь-: начала
текучести
при
глубина,:с орбвдонная :ёмкость
капилляр-: пластич­•:ная для появления
см
:влагоёмкость:
: • по
ной : ности :агрегиро-:липкости
по
: вания :
: кривой Аттерберсвязи :
%
: почв
:
:водоудегу
:рживае: мости
AT 2-I0
А2 25-30
В 70-80
26,0
18,1
23,0
28,6 •
21 9
22,3
А I 20-30
В I 50-60
В 2 85-95
40,8
35,4
28,5
40,2
34 3
28,0
А I 5-15
В I 25-32
С I 51-65
28,5
28,8
23,0
26,8
26,2
21,5
Дер Н О В О - п о д з о л и с т а я
33,0
32,3
20,8
20.3
21,0
19,8
20,5
12,5
13.4
12,0
25,5
25,3
18,7
18,0
18,8
Чернозём
о б ы к н о в е н н ый
45,5
44,8
29,5
31,0
31,3
40,6
41 9
25 6
25,0
27,8
31,5
33,0
22|8
22|0
20,8
К а и ' а н ов а я
22,5
34,2
33,1
23,0
22,5
32 2
22 I
21,8
32,7
22,0
24,1
19,7
19,0
27 0
19,0
21,0
14 0
19,0
19,7
11,3
17,5
30,0
26,0
23,0
28,4
24,5
21,2
23,0
23 0
19 0
21,9
21 I
17,5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Появление у почвы липкости, т . е . способности прилипать к
другим предметам при минимальной нагрузке, тоже связано с об­
ластью перехода плёночно-стыковои влаги в пленочно-капилляр­
ную. При потенциалах воды ниже ^ липкость у почвы практиче­
ски отсутствует из-за сравнительно небольшой доли смоченной
поверхности, приходящейся на всю поверхность контактирующего
с почвой предмета. Однако, эта площадь резко возрастает при
слиянии менисков и заполнении пор водой, что приводит к появ­
лению у почвы липкости при влажности, близкой к влажности^ ,
Влажность почвы, при которой появляется липкость, являет­
ся важным агротехническим показателем, поскольку липкость по­
чвы оказывает существенное влияние на работу сельскохозяйст­
венных машин»
Оптимальные условия для образования прочных, более или ме­
нее округлой формы агрегатов складывается тояе в области пе­
рехода плёночно-стыковои влаги в пленочно-капиллярную. Свобо­
дная энергия поверхности вода-воздух при влажности, близкой к
влажности </>£ , в основном, ещё определяется площадью повер­
хности плёнки, которая при перемешивании и рыхлении почвы по­
чвообрабатывающими орудиями стремится принять вместе с почвен­
ными частицами форму с наименьшей поверхностью, т . е . шарообра­
зную, и поэтому почва распадается на агрегаты более или менее
округлой формы. С понижением влажности размер образуемых а г ­
регатов уменьшается, что и сказывается на плотности упаковки
почвенных частиц. Плотность упаковки возрастает и при влажностях выше, чем влажность ^ . т . к . в этих случаях почвен­
ные частицы, получая возможность скольжения относительно друг
друга, реализуют основную тенденцию дисперсных тел - стрем­
ление к возможно плотной упаковке. Сокращение площади плёнок
приводит к тому, что они уже не в состоянии сформировать а г ­
регаты зернистой формы и поэтому при рыхлении и перемешивании
почвенная масса распадается на довольно крупные и плотные ко­
мки и глыбы, не оказывающие существенного влияния на упаковку.
Отсюда следует, что самую низкую плотность упаковки почвенных
частиц можно ожидать при влажности образования агрономически
ценных агрегатов. Это обстоятельство и было использовано
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
V,A*ftf H , w водн.ст.
-э.ано5 io7f
,
л
-9.SHQ* \06
ft П
- т \ о г w5•9.8W* №А
•9.М-404 Ш5-
Л
\
\
\\
\
•
Жс4
\
\
-
Б
,V»w& ~
•9.8Ш в « f
n
u
-Ш<Ю* ЛО^Н
4\«
о
cu
6.1
5a3>
йз
O'.A
0:5
2a 4 4a
o.s
0:7
"*W,r/r
-: r c. 3. Связь структурно-функпрональных физических свойств почв с кривыми
нодоудеряявающей способности почз.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вершининым (1958) и позже Хартманом и Де Боодтом ( Hartman,
De Boodt, 1974) при. определении оптимальной для агрегирова­
ния влажности почвы методом уплотнения при разных влажностях.
Однако, следует отметить, что этот метод очень трудоёмок,
груб и субъективен, т.к. уплотнение зависит от числа ударов.
Представленные в таблице I результаты определения оптимальной
для агрегирования почвы влажности по методу П.В.Вершинина по­
казывают, что они вполне удовлетворительно совпадают с влаж­
ностью при № . Однако, предложенный в настоящей работе под­
ход позволяет определить влажность, оптимальную для агреги­
рования почв, теоретически обоснованно, строже, точнее и
проще.
Принимая во внимание, что влажность при Щ{ в то же время
очень близка к влажности нижней границы пластичности и влаж­
ности начала появления липкости у почвы, есть основания пола­
гать, что здесь складываются оптимальные для механической об­
работки почвы условия. Необходимо отметить, что совпадение
величин влажности оптимальной агрегации с влажностью физичес­
кой спелости почвы и влажностью предела пластичности ранее
отмечали Рыжов и Ефимов (1938), Бахтин (1969).
Исследования Бахтина (1969) показали, что при физической
спелости .почвы происходит не только оптимальное крошение, но
и отмечается оптимальное удельное сопротивление почвы при па­
хоте, которое с изменением влажности почвы сначала понижает­
ся, и, достигнув определённого минимума, начинает снова воз­
растать. В нашей работе показано, что минимальное удельное
сопротивление почвы при пахоте приходится на область перехода
плёночно-стыковой влаги в плёночно-капиллярную.
Бахтин (1969) установил, что удельное сопротивление почв
при пахоте увеличивается с повышением скорости вспашки. В за­
висимости от последней находятся и условия крошимости почвы.
Поэтому с изменением скорости вспашки почвы изменяется и ве­
личина оптимальной для её обработки влажности. В нашей работе
обращено внимание на то, что интервал изменений этих оптима­
льных влажностей, как показали результаты исследований, доволь
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
но хорошо совпадает с интервалом, в котором наблюдаются близ­
кие величины содержания плёночной влаги (рис. 2 ) , т . е . с об­
ластью перехода плёяочно-стыковой влаги в плёночнс—капиллярную, ограниченную на рис. 3 прямыми пунктирными линиями. От­
сюда можно сделать вывод о том, что оптимальные для механиче­
ской обработки почв условия характеризуются не одной величи­
ной влажности, а интервалом влажностей. Точки пересечения
нижней пунктирной прямой с кривыми водоудерживаемости дают
величины оптимальных для обработки почв влажностей при высо­
ких скоростях. Проведённая через середину этого интервала
прямая даёт, при пересечении с кривыми водоудерживаемости,
величины оптимальных влажностей при средних влажностях. И,
наконец, верхняя пунктирная прямая отмечает на кривых водо. удерживаемости почв влажности, оптимальные для обработки при
низких влажностях.
Расчётно-экспериментальный метод определения зависимости
^(^позволяет найти на кривой водоудерживаемости область пе­
рехода плёночно-капиллярной воды в капиллярную. Бак видно на
рис.3 это отмечается там, где зависимость ^(w) начинает
отклоняться от расчётной вследствие того, что определяющее
влияние на удерживание воды в почве начинают оказывать капи­
ллярные силы, чутко реагирующие на неоднородность в распреде­
лении пор по размерам. Величину влажности в этой точке можно
назвать максимальной капиллярно-сорбционной влагоёмкостью
( \Х/ц<с»
) . В, тех случаях, когда зависимость P(W) опре­
деляют на образцах с ненарушенной структурой, ^X'/wcв до­
статочно хорошо совпадает с полевой влагоёмкостью при усло­
вии, что горизонт, в котором определяют эту величину, не под­
стилается плотными малопроницаемыми горизонтами или слоями
почвы. В противном случае нижележащие водоупорные горизонты
подпирают воду и тем самым повышают величину полевой влагоём­
кости по сравнению с максимальной кашиллярно-сорбционной, до­
ведя её почти до полной влагоёмкости за счёт заполнения всего
перового пространства. Это хорошо видно на примере данных,
представленных в таблице I
. Полученные результаты позво­
ляют дать физическое обоснование полевой влагоёмкости, ранее
считавшейся чисто эмпирической величиной. Её физический смысл
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
состоит в том, что при влажности, соответствующей полевой
влагоёмкости, происходит смена капиллярного механизма удержи­
вания и передвижения воды в почве на 'капиллярно-сорбционный.
Подобно отмеченному ранее,- *р , соответствующие величи­
нам WMKCB , закономерно смещаются на кривых водоудерживаемости в сторону их более низких величин и лежат на прямой,
пересекающей ось потенциалов в той же точке, как и прямая,
на которой лежат % , т . е . при ^ =-14,7 Дж/кг. Однако, та­
нгенс угла наклона её близок к 0 , 1 .
Связь между величинами максимальной капиллярно-сорбционной .
влагоёмкости в различных почвах и соответствующими. им потенци­
алами воды можно аппроксимировать следующей зависимостью
Кксг'ЯЪ**"*1"9
(9)
Пересечение отмеченных выше прямых в одной точке убедите­
льно подтверждает её физический смысл, состоящий в том, что
при данном потенциале отмечаются максимально возможное рас­
пространение ионно-электростатических сил: и максимальная
толщина плёнки на плоской поверхности.
При максимальной толщине плёнок почвенные частицы расходят­
ся так далеко, и силы сцепления между ними ослабевают настоль­
ко, что при смещении частиц друг относительно друга связь меж­
ду ними нарушается, и почва переходит в состояние текучести.
Поскольку поверхность плёнки приближается к плоской и, следо­
вательно, её кривизна не оказывает существенного влияния на
энергетическое состояние воды, постольку последнее полностью
определяется <р =-14,7 Дж/кг. Поэтому, проведя из этой точки
прямую, параллельную оси влажностей, до пересечения с кривой
водоудерживаемости почвы, получим на их пересечении влажность,
соответствующую границе текучести. При влажности выше этой по­
чва ведёт себя как вязкопластичное тело Бингама-Шведова и на­
ходится в состоянии текучести (рис. 3-в).
Следует, отметить, что эту точку, вероятно, можно принять и •
за границу пор инфильтрации, поскольку в порах с радиусом
>Ю мкм остаётся пространство, свободное от влияния поверх40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ностных сил, и поэтому преимущественно по ним будет происхо­
дить проникновение воды в почву, т . е . её инфильтрация в ни­
жние горизонты.
Предлагаемая концепция позволяет дифференцированно, т . е .
с учётом конкретных почвенных структур, подойти к классифика­
ции пор по функциям. Как видно на р и с . з выделяются следую­
щие категории пор: I - поры инфильтрации, I I - поры аэрации
или легкодренируемые поры, I I I - влагопроводящие поры, 1У - влагосохраняющие поры. Кривые сушки почвенных образцов по­
казывают, что начиная с влажности, соответствующей Щ_' , ско­
рость сушки резко сокращается, что и способствует относитель­
ному сохранению воды в почве. В то же время гидравлическая
проводимость воды остаётся ещё сравнительно хорошей, хотя и
понижающейся с изменением влажности почвы. У - поры, занятые
адсорбированной прочно связанной водой с изменёнными физичес­
кими свойствами.
""
Кривая водоудерживаемости почв позволяет определить осно­
вные характеристики взаимодействующего с водой норового прост­
ранства прчв-г_ его объём а О
, поверхность жидкой части поч­
и
вы <jJ*=yjCf' Рс/в
гидравлический радиус
6
'"'iSjt
о » "^ также связанные с ними распределение пор по ра­
змерам -^у. г ' и гидравлическую проводимость ненасыщенных и на­
сыщенных водою почв. Последнюю можно расчитывать, суммируя г и ­
дравлическую проводимость последовательного ряда объёмов пор,
выделенных по кривой водоудерживаемости.
К,=ШШ
(10)
Аналогичным путём можно определить зависимость гидравличе­
ской проводимости от влажности
Здесь m - число классов, на которые разделена кривая водоудер­
живаемости, 6 = 1 - соответствует классу пор с наименьшей вла41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ясностью, при которой рассчитывается гидравлическая проводи­
мость, а £ = т соответствует влажности при насыщении, I =
=J
- соответствует той влажности, при которой рассчитыва­
ется гидравлическая проводимость.
В предложенном нами методе Ц(@) рассчитывают на основе
уравнения Козени-Кармана, в котором вместо общей порозности
и удельной поверхности твёрдой части почвы использован соот­
ветствующий объём перового пространства л Qi , занятого во­
дой, и его удельная поверхность Сож . Кроме того, в уравне­
ние введён коэффициент -^§н(отношение данной части объёма
пор к общей пористости), показывающий вклад данного.объёма
пор в гидравлическую проводимость почвы в целом.
vp,ej> - плотность воды , д - гравитационная постоянная ,
1\_- вязкость воды, С - коэффициент формы, Т - коэффициент из­
вилистости пор. Произведение СТ является величиной постоянной
и равной приблизительно 5. Рассмотренный метод расчёта гидра­
влической проводимости в зависимости от влажности почвы отли­
чается от предложенных ранее ( ChiXds, Collins-George, 1950;
tlarscball, 1958; Millinoton, 'Quirk, 1961; Kunze a . o . 1968;
Green, Corey, 1971; Denning e..o. , 1974
) тем,
что даёт вполне удовлетворительную сходимость с эксперимента­
льными даншфи без подгоночного коэффициента.
Наконец, рассматриваемая здесь концепция позволяет по-ново­
му подойти к классификации форм почвенной влаги.
Обсуждая различные классификации форм и категорий почвенной
влаги, Роде (1965) отмечал, что даже наиболее удачная из них
классификация Долгова (1948) претендует на универсальность, в
то время как по отношению к влаге различные по гранулометриче­
скому составу почвы и грунты имеют некоторые принципиальные
отличия. Поэтому схема Долгова, по мнению Роде, скорее соответ­
ствует почвам я грунтам суглинистого состава. Пытаясь устра­
нить этот недостаток, Роде даёт две схемы форм почвенной вла­
ги: одну для почв песчаного состава и другую для суглинистого.
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Из предложенной здесь структурно-энергетической концепции
дифференцированный подход (т.е. с учётом гранулометрического
состава, структуры и свойств почвы) вытекает как следствие,
и это хорошо видно на рис.3.
В основу предлагаемой классификации, также как и в пред­
ложенных ранее другими авторами, положены природа сил, удер­
живающих воду в почве, и подвижность воды, но рассмотренные
выше расчётные методы позволили в каждой конкретной почве
достаточно строго определить границы действия этих сил и,
следовательно, границы между различными формами почвенной
влаги, а также выделить плёночнс—стыковую и плёночно-капиллярную влагу.
Кроме того, исходя из рассмотренной в главе I концепции
иерархии уровней структурной организации почвы, вероятно, це­
лесообразно классификацию форм и категорий почвенной влаги
разделить на две части, В первой из них рассмотреть классифи­
кацию форм почвенной влаги в объёме почвенного горизонта, его
части или какого-то слоя почвы, в пределах которого сохраня­
ются более или менее однородный состав и структура почвенной
массы; ко второй относить виды почвенной влаги, связанные с
особенностями почвенного профиля и окружающей почву среды.
И, наконец, едва ли целесообразно вводить в качестве специфи­
ческих форм воды в почве её агрегатные состояния. Достаточно
отметить, что вода в почве встречается во всех трёх фазах.
С учетом указанных замечаний можно предложить' выделение
следующих форм почвенной влаги.
Химически связанная, кристаллизационная иди гидратная
вода. В.Р.Волобуевым (1974) показана тесная связь содержания
этой.воды с энергетикой почвообразования и генетическими осо­
бенностями почв. На рис. 3 не обозначена.
Прочносвязанная плёночно-адсорбционная вода. Потенциал во­
да в этом состоянии ниже {^с . На рис. 3 - А.
ТЬгёночно-стыковая вода. Капиллярно-сорбционный потенциал
этой воды находится а интервале между J^ c и у^ . На рис;3 43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Плёночно-капилляоная ВРЯД. Находится между ^ и потенциа­
лом, соответствующим максшдальной капиллярно-сорбционной в л а гоёмкости fciiKce • И* Р и с « 3 ~ в *
Капиллярная вода.Расположена м е ж д у ^ < с в и потенциалом, с о ­
ответствующим максимальной толщине, плёнки на плоской поверх­
ности - 1 4 , 7 Дж/кг ( pF * 2 Д 8 ) . На р и с . 3-Г.
Капиллярно—гравитационная в о д а . Соответствует такому её
энергетическому состоянии, при котором капиллярно-сорбционный потенциал выше-14,7 Д к / к г . На р и с . 3 - Д.
Б работе показано, что достоверных различий в величинах
У " 1 , определённых на образцах с ненарушенной (монолитики) и
нарушенной (насыпные образцы с естественными агрегатами)
структурой не обнаружено в диапазоне влажностей нижеИ^ксз .
Этот факт объяснён сглаживающим действием расклинивающего
давления на нерегулярности в распределении пор по размерам
в данном интервале влажностей.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
1 . Развита концепция иерархии структурных уровней органи­
зации почвы. На её основе расширено и уточнено понятие т е р ­
мина "структура почвы".
2 . Показано, что исходным структурным уровнем, определя­
ющим специфику почвы как ц е л о г о , являются элементарные п о ч ­
венные частицы, обуславливающие с одной стороны, характер
протекающих на их поверхностях ионно-молекулярных процессов,
а с другой - геометрию порового пространства. Агрегирование
элементарных почвенных частиц приводит лишь к увеличению п е ­
рового пространства преимущественно за счёт образования пор
крупных размеров.
3 . Предложена структурно-энергетическая теорич гидрофизи­
ческих, механических и реологических свойств почв, в основу
которой положена зависимость этих свойств как от структуры
твёрдой части почвы, т а к и от свободной энергии воды в них.
4 . Показано, что кривая водоудерживающей способности п о ­
чвы, характеризующая зависимость капиллярнс—сорбщонной с о ­
ставляющей свободной энергии воды от её содержания в почве,
отражает взаимодействие воды с твёрдой частью почвы на всех
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
уровнях организации последней, что и обуславливает её боль­
шую информационную емкость.
5.Установлено, что значительная часть отмеченной выше
кривой подчиняется зависимости % = - ^ (Wi ~\5(^/(Wm)e]*
На этой основе предложен расчёгно—экспериментальный метод
определения кривой водоудерживающей способности почвы.
6. Предложенный метод определения кривой водоудерживаемости почвы позволил рассчитать и найти на кривых, харак­
теризующих различные по гранулометрическому составу почвы,
области перехода вода из одной формы в другую.
7. Установлено, что эти области перехода закономерно
смещаются в зависимости от гранулометрического состава
почв.
а) Области перехода прочносвязанной плёночно-адсорбционной воды в плёночно-стыковую вполне удовлетворительно л о ­
жатся на прямую, тангенс угла наклона которой близок к 0,3
и пересекающую ось потенциалов в точке * близкой к 1550 Дж/кг.
б) Области перехода плёночно-стыковой воды в плёночнокапиллярную тоже лежат на прямой, тангенс угла наклона кото­
рой близок к 0 , 3 , но пересекающей ось потенциалов в точке,
близкой к-14,7 Дж/кг.
в) Области перехода плёночно-капиллярной воды в капилляр­
ную вполне удовлетворительно ложатся на прямую, пересекающую
ось потенциалов в той же точке-14,7 Дж/кг, однако, тангенс
угла наклона её близок к 0 , 1 .
8. Показано, что с отмеченными областями перехода форм во­
ды связаны важнейшие структурно-функциональные физические
свойства почв. С областью перехода плёночно-стыковой воды в
плёночно-капиллярную связаны влажности: разрыва капиллярной
связи, нижней границы пластичности, начала появления липко­
сти, оптимального агрегирования и оптимальной для механиче­
ской обработки почвы. С областью перехода плёночно-адсорбционной воды в плёночно-стыковую связан предел усадки почвы,
а с переходом плёночно-капиллярной воды в капиллярную связа­
на максимальная капиллярно-сорбцаонная влагоёмкость, совпа­
дающая в большинстве случаев с полевой вяагоёмкоетыо.
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
9. На основе установленных,закономерностей разработана
система методов определение и расчёта по кривым водоудерживаемости основных струетурно-функпиональных физических
свойств почвы. Предложен метод расчёта по кривой водоудерживаемости гидравлической проводимости ненасыщенных и насы­
щенных водою почв.
10. Установленные закономерности позволили дифференциро­
ванно, т . е . с учётом гранулометрического состава и структу­
рных особенностей почв подойти к классификации форм почвен­
ной влаги и пор по функциям, а также установить пределы, в
которых почва ведёт себя как упругохрупкое, упруговязкое и
вязкопластичное тело.
11. Предложен подход к классификации почвенных структур
цо соотношению плазмы и скелетных элементарных почвенных
частиц, позволяющий не только связать организацию твёрдой
части почвы на уровне элементарных почвенных частиц с аг­
регатным уровнем и етруктурноЦ&увкциональными физическими
свойствами, но и непосредственно вскрывать цричины неблаго­
приятных в агротехническом, мелиоративном и эрозионном от­
ношении структур и, в конечном'счёте-, находить наиболее эф­
фективные пути их направленного изменения и улучшения.
Список работ, опубликованных по теме
- диссертации
1. Некоторые свойства фракций механических элементов- ком­
плекса почв светлокаштановой подзоны. "Вестник Московского
университета?"сер.биологическая,* 4, 1958, отр. 93-102.
2. Характеристика активной поверхности фракций механиче­
ских элементов комплекса почв светлокаштановой подзоны.
"Научн.докл.высшей школн'.сер.Еиол.науки, ft 3, 1959, стр.237-242.
З.Химический и минералогический состав фракций механиче­
ских элементов комплекса почв светлокаштановой подзоны.
"Научн.докл.высшей школнп,сер.Биол.науки,№ I , I962, стр.193-199.
4.0 характере ультрапористости фракций механических эле­
ментов комплекса почв светлокаштановой подзоны. "Научн.докл.
высшей школы," сер.Биол.науки,№ 3, 1963, стр. 189-192.
46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5 . Влияние поверхностных сил на термодинамический потен­
циал почвенной влаги. Первая годичная научная отчётная кон­
ференция. -Виолого-почвенный факультет МГУ. Рефераты докла­
дов, 1964, стр. 286-287. Изд. МГУ.
6. Термодинамический метод исследования поведения воды в
системе почва - растение. "Сельскохозяйственная биология'',
№ 4,.1966, стр. 538-548.
7. О потенциале почвенной влаги.(1Научн.докл.Высшей школы,"
сер.Еиол.науки,№ 3,1967, стр. I I 9 - I 2 8 .
8. Характеристика активной поверхности мощного чернозёма
и составляющих его фракций механических алементов.(/Научн,
докл.высшей школы," сер.Еиол.науки, № 6, 1967, стр. I 3 I - I 3 4 .
(в соавторстве).
9. Термодинамические основы методов измерения потенциала
почвенной влаги. Тезисы докладов 1У Всесоюзного Делегатского
съезда почвоведов, кн. I , Алма-Ата, 1970, с т р . 102-103.
10. Термодинамика воды в почвах. Тезисы докладов Рабоче­
го совещания по проблеме обмена энергией в системе почварастение-атмосфера. Баку, 1970, стр. 13-14. Изд. "ЗЛМ"
1 1 . К оценке величины внешней и внутренней удельных по­
верхностей твёрдой фазы почв. "Почвоведение", № 10, 1971,
с т р . 50-57 (в соавторстве),
12. Химический и минералогический состав фракций механик
ческих элементов комплекса почв тёмно-каштановой подзоны.
"Почвоведение", № 8, 1972, стр. II2-I23 (в соавторстве).
13. Свойства фракций механических элементов комплекса
почв тёмно-каштановой подзоны. "Вестник Московского универ­
ситета", сер.биологическая, К 3 , 1973,стр. 103-108 (в соав­
торстве),
14. К вопросу об измерении потенциала почвенной влаги
криоскотаческим методом. "Метеорология и гидрология", № 9,
1973, стр. 56-65 (в соавторстве).
1 5 . К определению понятия "структура почвы", "Вестник
Московского университета", сер.Биология,Почвовед*ние, №3,
1974, стр. 26-31.
16. Перспективы использования различных направлений в ра­
звитии учения о почвенной влаге. Труды X Международного кон47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
гресса почвоведов, т . I , М. "Наука", I974i стр. 25-33 (в
соавторстве).
- 17.Характеристика энергетики воды в некоторых основных ти­
пах почв Европейской части СССР. Сб. "Жизнь земли" вып.Ю, ,
Изд. МГУ, 1974, стр. 146-152 (в соавторстве).
18. Поверхностные явления в почвах и направленное измене­
ние свойств почв.<Научн.докп.высшей школы," сер.Биол.науки,
№ 12, 1975, стр. 7-15.
19. Характеристика энергетики воды в почвах. Сб."Пробле­
мы сельскохозяйственной науки в Московском Университете".
Изд. МГУ, 1975, стр. 96-99 (в соавторстве).
20. О некоторых путях превращения соединений Fe в почвах.
"Почвоведение", № 2 , 1975, стр. 35-40.( в соавторстве ) , •
2 1 . Плотность и порозность агрегатов комплекса почв тёмнокаштановой и каштановой подзон. "Почвоведение",! 1,1976,
стр. 58-65 (в соавторстве);
22. Состав и строение фракций микроагрегатов некоторых т и ­
пов почв. "Вестник Московского университета", сер. биология,
почвоведение, № I , 1976, с т р . 100-106 (в соавторстве).
23. Изучение состояния .воды, связанной поверхностью као­
линита, насыщенногоН+, Nd",M^z методом ЯГЛР. "Почвоведе­
ние", № 4, 1976, стр. 156-160 (в соавторстве).
24. Исследование Fe -органических соединений почв мето­
дом ЯГР. "Почвоведение", № 7, 1976, стр. 128-134 [в соавто­
рстве),
25. Психрометрическая установка для измерения равновесно­
го относительного давления пара. "Научн.докл.высшей школы,"
сер.Еиол.науки, №5, 1976, стр.120-122 (в соавторстве).
26. Изучение состояния воды в дисперсияхН, Ма2, / £ + 3 - монтмориллонита методом ЯГЛР высокого разрешения. "Вестник
Московского университета", сер.биология,почзоведение, № 4 ,
1976, стр. 94-98 (в соавторстве).
27. Новый метод расчёта зависимости между проводимостью •
воды и её содержанием в почве. "Вестник Московского универ­
ситета,' сер. ХУ11, почвоведение, № 3 , 1977, стр. 51-56.
28. Агрофизическая характеристика почв тёмно-каштанового
комплекса южной части Приволжской возвышенности. В монограф.
"Агрофизическая характеристика почв степной и сухостепной
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
зон Европейской части СССР", ГЛ.,"Колос", 1977, стр. 155-163
(в соавторстве)*
29. Изучение состояния обменных катионов железа в монтмо­
риллоните методом ядерного гамма-резонанса. "Научн.докл.высшей школы," № 5 , 1977, стр.119-122 (в соавторстве).
30. К оценке методов измерения внешней удельной поверхно­
сти почв. Тезисы докладов У Делегатского съезда Всесоюзного
общества почвоведов, кн.1,Минск, 1977, стр. 103-105 (в соав­
торстве).
3 1 . Характеристика основных физических свойств почв с помо­
щью кривой их водоудерживающей способности. Тезисы докладов
научно-методического совещания по теме "Улучшение водно-физи-ческих свойств почв в целях повышения их плодородия". Москва,
1977, стр. 46-47.
32. Изучение методом ЭПР процессов извлечения железареагентом Мера-Джексона. "Почвоведение", № 2 , 1978, стр.
102-106. (в соавторстве).
33. Соотношение между полным, кагошшрно-сорбционным и ос­
мотическим потенциалами воды в почве „"Почвоведение", й 12,
1978, стр.121-125. (в соавторстве).
34. Свойства поверхности раздела между твёрдой и жидкой
фазами почв. Сб. "Проблемы почвоведения", М., "Наука",стр.
27-33 (Е соавторстве).
35. Методологические принципы и методическое значение кон­
цепции иерархии уровней структурной организации почвы. "Вест­
ник Московского университета",сер.ХУП, почвоведение, № I ,
1979, стр. 3-10.
36. Влияние полимеров гидрофильной и гидрофобной природы
на свойства поверхности почвенных частиц. "Агрохимия", № I ,
1979, стр.85-89 (в соавторстве).
37. Кривая водоудерживаемости почвы (основная гидрофизи­
ческая характеристика).В монограф, "Почвенно-биогеоценотические
исследования в лесных биогеоценозах". Изд. Московского уни­
верситета, 1980, стр. 80-108.
38. Изучение состояния воды, связанной поверхностью монт­
мориллонита и каолинита, насыщенных различными катионами,
методом ЯМР высокого разрешения. Сб."Связанная вода в дис­
персных системах", вып. 5.Изд. Московского университета,
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1980, стр. 105-109.
3 9 . К проблеме теоретического анализа и синтеза в науке о
почве. Сб."История и методология естественных наук", сер.
почвоведение.Изд. Московского университета, 1980,стр. 24-31.
40. Новый подход к определению зависимости капиллярно-сорбционного потенциала воды от влажности почвы. "Почвоведение"
В 10,1980,стр.68-79.
4 1 . Структурно-энергетическая концепция гидрофизических
свойств почв и её практическое применение. "Почвоведение",
№ 12, 1980, с т р . 35-45.
42. Теоретические основы и практическое применение струк­
турно-функциональной концепции гидрофизических и физико-ме­
ханических свойств почв. Тезисы докладов Всесоюзной конфере­
нции "Мелиорация, использование и охрана почв Нечернозёмной
зоны".Изд.Московского университета, 1980, стр.75-76.
43. Ine energy s t a t e of s o i l moisture as r e l a t e d to s o i l
f a b r i c . "Geoderma", N 12, 1974-, стр. 183 - 189.
. 44. Soil Pbisics Terminology. "Bulletin of International
Society of Soil Science", H 4-9» Rome, 1976, стр. 2 6 - 36.
{в соавторстве).
45.'Eiffeet of s o i l conditioners on surface properties of
s o i l s . Tkird International Symposium on Soil Conditioning.
Gent, 1976, CTp. 427 - 4-30.
i
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Подл, к печати
Заказ /621
Физ. п. л.З, ££
Тираж /%*)
Уч.-нэд. л
Изд-ао Московского университета. Москва, К-9.
ул. Герцена, 5/7.
Типография Изд-ва МГУ. Москва, Ленгоры
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
11
Размер файла
1 341 Кб
Теги
927
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа