ФИЗИКА ^^^^^^^^^^^^^^^^ ПОЧВ
УДК 631.4
АНИЗОТРОПИЯ СТРОЕНИЯ И МИКРОПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ПОР НА АГРЕГАТНОМ УРОВНЕ ОРГАНИЗАЦИИ ТЕКСТУРНО-ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОЙ ПОЧВЫ*
© 2011 г. Е. Б. Скворцова, В. А. Рожков
Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7
e-mail: eskvora@mail.ru Поступила в редакцию 19.10.2010 г.
Анизотропность почвенных пор в текстурно-дифференцированных почвах является важным поч-венно-генетическим признаком. Морфометрическое изучение почвенных шлифов с вертикальной и горизонтальной ориентировкой показало, что поровое пространство текстурно-дифференцированной светло-серой лесной почвы на агрегатном уровне организации в разных горизонтах обладает изотропным, анизотропным и частично анизотропным строением. В горизонтах с пластинчатой структурой анизотропия порового пространства в значительной степени обусловлена анизометрич-ностью структурных отдельностей. В горизонтах с массивной не разделенной на агрегаты структурой появление анизотропных признаков может быть вызвано особенностями строения современных и реликтовых биогенных пор. Для выявления общей анизотропности порового пространства почвы достаточно исследовать наиболее информативные и генетически обусловленные признаки: форму, площадь и ориентацию пор. В исследованной почве изменчивость размеров пор в вертикальных шлифах выражена сильнее, чем в горизонтальных, что согласуется с положением об анизотропности почвенного профиля в целом. Благодаря фиксированной вертикальной и горизонтальной ориентировке шлифов полученные данные могут быть интегрированы в полнопрофильную анизотропию почвенных свойств. При этом для профильно-генетического анализа строения и изменчивости порового пространства почвы вертикальные шлифы более информативны, чем их горизонтальные аналоги.
ВВЕДЕНИЕ
Проблема анизотропии почвенной массы актуальна для всех уровней пространственной организации почвы. В том числе эта проблема актуальна для агрегатного уровня, который обладает наибольшей педогенной специфичностью и четко отражает различия в структуре пород и почв.
Одним из ведущих показателей пространственной организации почвы на агрегатном уровне является строение тонких почвенных макро-пор. Почва, будучи биокосным полидисперсным телом, пронизана порами разного размера и различного генезиса. На агрегатном уровне широко распространены многопорядковые поры упаковки почвенных структурных отдельностей (межагрегатные полости). Помимо этого во всех почвах присутствуют биогенные поры (каналы, камеры) и во многих почвах — поры механического и физико-химического генезиса (трещины, пузырьковые поры, поры выщелачивания).
Многопорядковость, полигенетичность и тесная связь с почвенной структурой создают условия для формирования неоднородности порового пространства в различных направлениях. Мас-
* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проект № 10-04-00353-а.
штаб этой неоднородности допускает ее визуализацию и исследование в микроморфологических почвенных шлифах. Как правило, микроморфологические исследования проводят в шлифах, имеющих вертикальную ориентировку (вертикальный срез почвы). Однако пространственная изменчивость пор более информативно описывается путем сопряженного изучения вертикальных и горизонтальных шлифов. Срезы различной ориентировки позволяют диагностировать возможную анизотропию строения и микропространственной изменчивости почвенных пор.
Явление анизотропии почвы, несмотря на его повсеместное распространение и попытки использования в моделировании почвенных процессов [15—17], до настоящего времени изучено недостаточно. Наиболее полно исследована анизотропия почвенного покрова и почвенных профилей [4—7, 12—14, 18, 19]. В последнее время появились данные об анизотропности физических и химических свойств в отдельных почвенных горизонтах [8, 12]. Хорошо известна микроанизотропия минеральных зерен и глинистых новообразований почвы [1, 3, 9]. Однако анизотропные свойства видимого в шлифах порового пространства остаются мало исследованными. Цель работы — показать различия в строении и микропро-
Таблица 1. Группировка пор по форме и ориентации [11]
Обобщенный фактор формы Г = (Я + 1)/2 Форма пор
<0.2 трещиновидная
а 0.21-0.4 вытянутая изрезанная
к в о е 0.41-0.6 изометричная изрезанная
рм ир по пф 0.61-0.8 изометричная слабоизрезанная
урГ о п 0.81-1.0 округлая
и Отклонение длинной оси поры от вертикали Ориентация пор
а к в о и ац <30о вертикальная и субвертикальная
р и Ж е и 31-60° наклонная
п уппр урГ р о о п 61-90° горизонтальная и субгоризонтальная
странственной изменчивости почвенных пор в шлифах с вертикальной и горизонтальной ориентировкой на примере текстурно-дифференцированного профиля светло-серой лесной почвы.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводили в Тульской области РФ на территории лесного массива Тульских засек. Объектом исследования является светло-серая лесная почва на слабокарбонатных лёссовидных суглинках. Профиль этой почвы позволяет визуализировать и изучить строение порового пространства при различных изометричных и анизометричных агрегатных структурах — комковатой, пластинчатой, ореховатой, массивной.
Исследованный разрез заложен на выровненном участке пологого склона северной экспозиции под широколиственным разновозрастным лесом. В составе насаждений преобладает дуб с участием липы, ясеня, клена. Лесная подстилка средней мощности, темно-бурая, в верхней части состоит из малоперегнивших листьев и другого растительного опада, в нижней — из полуперегнивших растительных остатков с примесью ор-гано-минельного мелкозема. Почвенный профиль имеет следующее строение: AY (0—20 см) — AEL (20-30 см) - BEL (30-40 см) - B1 (40-55 см) -В2 (55-100 см) - ВС (100-150 см) - С (>150-170 см) (индексы горизонтов даны по "Классификации почв России", 2004 г.). Гумусовый горизонт профиля по структурному состоянию разделяется на два подгоризонта: комковато-порошистый AY (0-5 см) и зернисто-комковатый AY" (5-20 см).
Образцы в виде микромонолитов размером 4 х х 3 х 4 см отбирали из всех генетических горизонтов почвенного профиля. Из микромонолитов
изготавливали шлифы размером 3 х 3 см, отражающие вертикальный и горизонтальный срезы почвы с ненарушенным сложением. В шлифах с помощью компьютерного анализа изображения в полях зрения размером 2 х 2 см измеряли все видимые макропоры диаметром 0.2—2.0 мм. В верхних почвенных горизонтах эти поры составляют в основном межагрегатную пористость. В нижних горизонтах с массивной и/или крупнопризматической структурой поры данного размера в поле зрения 2 х 2 см являются преимущественно внут-рипедными.
Для каждой поры определяли величину ее площади мм2), периметра (Р, мм), продольного и поперечного габаритов (соответственно Ь и Б, мм). По результатам измерения рассчитывали средние арифметические значения и показатели варьирования морфометрических показателей: среднее квадратическое отклонение и ошибку среднего. Кроме того, для каждой поры определяли величину фактора формы (полусумму показателей округлости Я = АпБ/Р2 и изометричности I = Б/Ь) и показатель ориентации (угол отклонения длинной оси поры от вертикального направления в плоскости шлифа). На основании полученных данных определялись эмпирические распределения пор в шлифах по пяти классам формы и трем классам ориентации (табл. 1).
Распределение пор по ориентации в вертикальных шлифах характеризует реальную вытя-нутость пор в вертикальном, наклонном или горизонтальном направлениях. В горизонтальных шлифах ориентация дает представление о синхронности залегания пор в горизонтальных срезах почвы.
При обработке полученных результатов использовали методы многомерной статистики [10].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Визуальный анализ шлифов показал разнообразие структурного состояния генетических горизонтов светло-серой лесной почвы (рис. 1). Верхняя часть гумусового гор. АУ' характеризуется комковато-порошистой структурой. Наряду с ор-гано-минеральными комковатыми агрегатами, в почвенной массе и в порах присутствует множество мелких выбросов подстилочных беспозвоночных. Материал горизонта слабо уплотнен, однако тенденция к комковатости хорошо прослеживается как в вертикальных, так и в горизонтальных шлифах. Нижняя часть гумусового гор. АУ'' имеет характерную для серых лесных почв сложную полигенетичную структуру, представленную округло-комковатыми и зернистыми агрегатами, а также обильными выбросами дождевых червей и другой почвенной мезофауны. Размеры агрегатов варьируют в широких преде-
II
АУ
АУ"
AEL
BEL
Рис. 1. Строение почвы в вертикальных (I) и горизонтальных (II) шлифах из генетических горизонтов светло-серой лесной почвы.
Рис. 1. Продолжение.
Таблица 2. Морфометрические параметры пор в различных срезах почвы
Морфометрические показатели
Горизонт Объем выборки (количество измеренных пор) площадь (мм2) периметр (мм) габариты (мм)
поперечный продольный
М s М s М s М s
Вертикальные шлифы
AY 191 0.29 0.87 2.69 2.88 0.44 0.4 0.96 0.87
AY" 338 0.4 0.97 3.24 3.34 0.55 0.56 1.17 0.99
AEL 228 0.44 1.81 4.71 4.86 0.54 0.56 1.86 1.66
ВЕЕ 187 0.51 1.35 4.98 4.42 0.57 0.63 2.04 1.71
В1 219 0.24 0.24 3.38 2.52 0.45 0.29 1.39 0.96
В2 287 0.16 0.25 1.57 1.13 0.32 0.2 0.63 0.42
ВС 266 0.17 0.35 1.71 1.20 0.3 0.19 0.69 0.48
С 248 0.12 0.16 1.46 0.91 0.28 0.14 0.61 0.35
Гориз онтальные шлифы
AV 188 0.36 1.32 3.09 2.85 0.48 0.41 1.1 0.9
AY" 387 0.4 0.84 3.38 3.39 0.57 0.52 1.15 0.9
AEL 321 0.2 0.31 2.53 2.09 0.43 0.32 0.91 0.6
ВЕЕ 217 0.26 0.4 2.63 2.29 0.42 0.3 1.05 0.77
В1 203 0.34 0.49 2.77 2.47 0.5 0.36 1.07 0.82
В2 249 0.19 0.31 1.79 1.41 0.35 0.23 0.72 0.54
ВС 256 0.14 0.18 1.47 0.87 0.31 0.17 0.59 0.31
С 263 0.17 0.15 1.86 1.47 0.31 0.18 0.78 0.51
Примечание. М — среднее арифметическое значение; s — среднее квадратическое отклонение.
лах. Агрегаты имеют изометричное строение и рыхлую упаковку. Благодаря изометричности агрегатов почва в вертикальных и горизонтальных шлифах обладает сходным строением.
Горизонты элювиальной толщи почвы отличаются хорошо выраженной пластинча
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.