ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2015, № 7, с. 865-871
= ФИЗИКА ПОЧВ
УДК 631.4
ВЛИЯНИЕ ВОДООТТАЛКИВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПОЧВЫ НА УСТОЙЧИВОСТЬ АГРЕГАТОВ ОКУЛЬТУРЕННЫХ ПОЧВ В МОДЕЛЬНЫХ ОПЫТАХ ПО ОРОШЕНИЮ* © 2015 г. Л. Коренкова, П. Матуш
Институт лабораторных исследований геоматериалов, факультет естественных наук, Университет
им. Коменского, 84215, Словакия, Братислава е-mail: korenkova@fns.uniba.sk Поступила в редакцию 16.02.2013 г.
Устойчивость почвенных агрегатов является важным индикатором физического качества почвы. В целях настоящего исследования было предположено, что такие специфические свойства почвы, как водоотталкивающая способность влияют на степень агрегированности почвы и устойчивость почвенных агрегатов. Непосредствено после отбора проб была определена водоотталкивающая способность трех почв, после высушивания на воздухе в течение недели две из них продемонстрировали сопротивление проникновению капли воды, помещенной на поверхность почвы (WDPT test). Исследована устойчивость почвенных агрегатов различного гранулометрического состава размером 0.25—0.5 мм, отобранных из поверхностных слоев (с глубины 5—15 см) шести почв сельскохозяйственных угодий. Методика включает изучение непосредственного воздействия капель воды. Полученные результаты показали, что устойчивость агрегатов почвы возрастает в следующем ряду: содержащая кутаны Luvisol (Siltic) < Haplic Chernozem < Calcic Fluvisol (Humic) < Pellic Vertisol (Mollic, Grumic) < Calcaric Fluvisol (Humic) < Eutric Gleyic Fluvisol. Постепенное улучшение устойчивости почвенных агрегатов может объясняться увеличением содержания органического вещества почвы и его гидрофобных свойств. Хотя водоотталкивающая способность чаще отмечалась в почвах под лесами и травяным покровом, полученные результаты подтвердили, что окультуренные почвы также могут создавать водоустойчивые агрегаты, особенно в случае, когда такие свойства проявляет их органическое вещество в специфических условиях влажности.
Ключевые слова: устойчивость почвенных агрегатов, сельскохозяйственные почвы, почвенные агрегаты, водоотталкивающая способность.
DOI: 10.7868/S0032180X15070059
ВВЕДЕНИЕ
Агрегирование почвы и устойчивость почвенных агрегатов привлекают внимание многих исследователей [1, 26, 27]. Это связано с влиянием устойчивости агрегатов на некоторые аспекты физического поведения почв, в частности, на водопроницаемость и эродируемость [31]. Согласно Департаменту землеустройства, картографии и кадастровой оценки земель [44], в Республике Словакия сельскохозяйственные почвы занимают 2414291 га, что составляет почти половину общей площади всех земель. В этой стране смыв почв считается самым опасным процессом почвенной деградации. 44% пригодных для сельскохозяйственного использования почв потенциально подвержены средней или сильной эрозии [47].
* Работа выполнена при финансовой поддержке гранта VEGA контракт № 1/0203/14.
Процесс эрозии является прямым результатом отрыва частиц почвы каплями дождя и их уноса потоком дождя, либо косвенным результатом плоскостной и овражной эрозии. В случае дождя достаточной интенсивности капли воды ударяются о почву и их кинетическая энергия достаточна для отрыва и перемещения частиц почвы по склону. Основным локальным воздействием является ухудшение качества почвы в результате потери богатого питательными веществами материала из верхних слоев и уменьшение водоудерживающей способности смытых почв. Частицы почвы, оторванные в результате усиливающейся водной или ветровой эрозии, могут переноситься на значительные расстояния. Это приводит к таким проблемам за пределами участков непосредственной эрозии, как заиливание плотин, нарушение озерных экосистем и загрязнение питьевой воды вследствие перемещения наносов и агрохимика-
7
865
866 КОРЕНКОВА, МАТУШ
Таблица 1. Классификация почв и координаты исследованных профилей
Координаты eu gl FL Eutric Gleyic Fluvisol cc FL hu Calcic Fluvisol (Humic) ca FL hu Calcaric Fluvisol (Humic) ha CH Haplic Chernozem LV si ct Luvisol (Siltic, Cutanic) pe VR mo gm Pellic Vertisol (Mollic, Grumic)
N 48044'01.8" 47054'23.3" 49003'19.08" 48017'03.0" 48035'57.3" 48044'46.1"
E 17001'23.9" 17035'26.1" 16039'43.08" 17033'10.9" 17041'07.4" 17008'41.2"
Примечание. Здесь и далее названия почв соответствуют классификации WRB [52].
тов в водотоки. Пониженная водопоглотительная способность эродированной почвы также может приводить к затоплению земель в низовьях [17]. Устойчивость почвы к дождевой эрозии зависит от напряжения сдвига, определяемого силой сцепления между частицами почвы и внутренним трением. Хорошо структурированная почва с высоким содержанием водостойких агрегатов в пахотном горизонте менее подвержена эрозии и смыву. Действительно, чем больше содержание органического вещества и ила в почве, тем лучше ее структура и более устойчивы ее агрегаты по отношению к разрушающему воздействию капель дождя [40]. Значение и общая роль органического вещества почвы С орг в структурной стабильности агрегатов обсуждались в ряде работ [7, 9, 35]. Некоторые из исследователей уделяли особое внимание влиянию гуминовых веществ на устойчивость почвенных агрегатов [8, 29, 36]. Chaney и Swift [7] применяли мокрый рассев для оценки устойчивости почвенных агрегатов 26 сельскохозяйственных почв с различными свойствами и выявили тесную положительную корреляцию между устойчивостью почвенных агрегатов и содержанием органического вещества. Ими установлено, что этот показатель является определяющим фактором устойчивости почв. Benito и Díaz-Fierros [4] исследовали влияние различных систем земледелия на стабильность структуры почв с различным содержанием органического вещества. Они обнаружили, что уменьшение содержания органического вещества в почве приводит к ухудшению устойчивости ее структуры. Emerson [16] предположил, что органическое вещество стабилизирует почвенные агрегаты, главным образом за счет образования и упрочения связей между частицами внутри них. Окультуривание влияет на устойчивость почвенной структуры и уменьшает количество органического вещества [46] и таким образом уменьшает содержание микро- и макроагрегатов в окультуренной почве [2, 45]. Elliott [14] обнаружил, что окультуривание приводит, в частности, к потере лабильного органического вещества, которое связывает микроаг-
регаты в макроагрегаты. Более того, органическое вещество является первичным субстратом для микрофлоры, а селективная микробная активность является необходимым условием для развития водооталкивющей способности [19, 20], которая усиливает устойчивость почвенных агрегатов к размоканию и распылению [53]. Некоторые неорганические соединения, такие как карбонаты, гидроксиды железа и марганца, кремниевые гели, скрепляющие частицы почвы, также могут улучшать устойчивость почвы к эрозии [21].
Устойчивость почвенных агрегатов во влажном состоянии можно определять с использованием нескольких методов, основанных на общем принципе, что нестабильные агрегаты легче разрушаются в воде, чем стабильные. В настоящей работе исследуется устойчивость воздушно-сухих агрегатов фракции 0.25—0.5 мм, выделенной из почв различного гранулометрического состава. В используемом методе физическое качество почвы оценивается на основании ее способности сохранять свою структуру под влиянием активных воздействий: сильный ливень после погоды, способствующей поверхностному высушиванию.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Почвенные агрегаты шести сельскохозяйственных почв отбирали из гор. А (5—15 см) в различных экспериментальных точках восточной Словакии. Классификация почв [52] и координаты GPS каждой точки опробования приведены в табл. 1.
Пробы, высушенные на воздухе и просеянные сквозь сито с размером отверстий 2 мм, обрабатывали стандартным образом для определения почвенных характеристик. Для определения устойчивости почвенных агрегатов отделяли изолированные нативные воздушно-сухие агрегаты размером 0.25—0.5 мм. В пробах определяли влажность, гранулометрический состав, содержание органического углерода, органического вещества и кальция, рН и водоотталкивающую спо-
Таблица 2. Некоторые физические и химические свойства исследуемых почв
Показатель eu gl FL cc FL hu ca FL hu ha CH LV sl ct pe VR mo gm
Песок, % 9.1 4.4 25.4 4.6 2.0 3.7
Пыль, % 39.1 54.6 49.4 63.4 65.3 30.3
Ил, % 51.8 41.0 25.2 32.0 32.7 66.0
С орг, % 2.0 2.3 1.0 1.2 0.8 1.2
Органический углерод, % 6.7 6.0 6.9 4.6 3.6 7.7
рН KCl 5.1 7.4 7.5 6.5 7.2 4.5
CaCO3, % 0 23.5 6.9 0.3 0.6 0
Влажность, %* 4.1 2.4 2.3 3.6 2.4 7.4
WDPT, с* 37 0 0 0 0 67
MED, %* 6 0 0 0 0 8
* Определяли для воздушно-сухих проб почвы.
Примечание. WDPT — время проникновения капли воды в почву; MED — тест молярности капли этанола.
собность (табл. 2). Все анализы проводили в трех повторностях, и определяли средние значения.
Фракции гранулометрического состава: песок (2—0.05 мм), пыль (0.05—0.002 мм) и ил (<0.0002 мм) определяли пипетным методом Но-вака [18]. Содержание органического углерода почвы (С орг) определяли методом мокрого сжигания [48]. Содержание органического вещества — методом термогравиметрии. Значение рН почвы определяли в суспензии почвы с 1 М KCl (1 : 2.5) с использованием рН-электрода [24]. Содержание карбонатов кальция определяли методом кальци-метрии [18]. Объемную влажность (%) измеряли методом гравиметрии. Водоотталкивающую способность определяли по времени проникновения капли воды в почву (WDPT test) методом, описанным Watson и Letey [51], а устойчивость — с использованием теста "молярности капли этанола" (MED test), впервые предложенного теми же авторами и позднее развитого King [28]. На основании результатов WDPT-теста почва считалась водоотталкивающей, если время, необходимое для просачивания капли воды, превышало 5 с [6, 10]. В соответствии с классификацией, предложенной Dekker и Ritsema [12], были выделены 5 классов водоотталкивающей способности почв: I (смачивающаяся): WDPT < 5 с; II (слабо водоотталкивающая): WDPT = 5—60 с; III (умеренно во-доотталкивающаяй): WDPT = 60—600 с; IV (сильно водоотталкивающая): WDPT = 600—3600 с; V(чрезвычайно водоотталкиваю
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.