ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2004, № 2, с. 209-213
УДК 631.437.1
ФИЗИКА ПОЧВ
УДЕЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ГОРИЗОНТОВ ПОЧВ
© 2004 г. Ю. Г. Тштшнник, А. В. Шабатура, И. И. Онищук
Геологический факультет Киевского национального университета им. Тараса Шевченко,
ул. Владимирская, 64, Киев, Украина E-mail: carme@univ.kiev.ua Поступила в редакцию 05.07.2002 г.
Изучено удельное электрическое сопротивление различных генетических горизонтов почв южной части Украинского полесья. С помощью факторного анализа определены и ранжированы по важности причины, которые его обусловливают.
В последние годы изучению электрических свойств почв уделяется большое внимание. Одним из наиболее часто используемых показателей в агро- и геоэкологических исследованиях является удельное сопротивление грунтов (р, Ом м).
Однако следует подчеркнуть, что удельное сопротивление (УС) грунтов ("почво-грунтов") и удельное сопротивление почвы - это отнюдь не одно и то же. Различие между инженерно-геологическим, геолого-экологическим понятием "грунт" и понятием "почва" принципиальное. Электрические свойства грунтов - рыхлых слоев четвертичных отложений - в петрофизике исследованы достаточно детально. Но грунты в петрофизическом смысле являются системами более простыми, чем собственно почвы, их электрические свойства объяснимы с помощью физических и физико-химических моделей высокой степени детерминизма [6]. Электрические же свойства почв обусловливаются большим числом факторов, имеют более сложное происхождение, в большей мере подвержены стохастическим изменениям, а следовательно, в большей степени требуют для своего изучения и описания вероятностных подходов и моделей. Исследованы электрические свойства почв значительно хуже, нежели грунтов, рыхлых горных пород, четвертичных отложений.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Район исследования - Ирпень-Ворзель-Бучан-ская рекреационная зона, южная часть Киевского полесья, около 25 км к западу от г. Киев. Зональные почвы - дерново-подзолистые. Кроме дерново-подзолистых, исследовались дерново-боровые, дерновые (оподзоленные, глееватые, песчаные), луговые и лугово-болотные, аллювиальные и торфяно-глеевые почвы. Особенностью территории является чересполосица почв естественно-
го сложения и различной степени антропогенной преобразованности (для средне урбанизированной рекреационной зоны характерна сложная структура землепользования с большой долей естественных и слабоизмененных ландшафтов). Почвы естественного сложения и их антропогенно-измененные разности изучались совместно. С одной стороны, это увеличивало сложность исследуемых почвенных систем (так как к естественным факторам формирования электрических свойств почв прибавлялись антропогенные) и снижало достоверность вероятностных интерпретаций причин, обуславливающих УС почвенных горизонтов, с другой - давало возможность изучать УС в максимально генерализированном виде, и делать обобщенные выводы, справедливые как для естественных, так и для антропогенно-измененных почв. Тем не менее, в дальнейших исследованиях следует предусматривать раздельное исследование УС почв естественного сложения и антропогенно-измененных.
Эмпирически, постановка исследований была достаточно простой. На 29 точках наблюдения были вскрыты почвенные разрезы, определена вертикальная структура (последовательность) почвенных горизонтов, а затем по методикам Шмарьяна с соавт. [13-14] произведено микро-электрозондирование. В результате для различных почвенных слоев были определенные "индивидуальные" УС.
Величины УС были разбиты на четыре группы - удельные сопротивления гумусовых, гумуси-рованных и оторфованных горизонтов (группа Н), элювиальных и элювиированных (группа Е), иллювиальных и иллювиированных (группа I), глеевых и оглеенных (групп О) горизонтов. В том случае, если в каком-либо генетическом горизонте наблюдались два признака (элювиально-иллювиальный, иллювиальный оглеенный и т.д.), он относился к той группе, признак которой был бо-
Таблица 1. Коэффициенты факторных нагрузок факторов, определяющих значения удельного сопротивления генетических почвенных горизонтов (в скобках дан вклад каждого фактора в общую дисперсию, %%)
Горизонт Факторы
^ (37.61) ^2 (24.84) ^з (23.0) (14.55)
Н -0.524 -0.212 -0.793 0.227
Е 0.814 -0.164 -0.036 0.556
I -0.205 -0.932 0.299 -0.032
О -0.724 0.233 0.448 0.469
лее ярко выраженным. Кроме подразделения значений УС по группам генетических горизонтов, отдельно они были сгруппированы по группам гранулометрического состава почвенных слоев: группа почвенных слоев из песка мелко- и средне-зернистого (ПМС), пылеватого (ПП), супеси легкой и средней (СЛС) и супеси тяжелой и суглинков (СТС). Мощность выборок составила: Н -35 значений УС (от 43 до 12831 Ом м), Е - 10 значений (от 400 до 11745 Ом м), I - 17 значений (от 86 до 8390 Ом м), в - 13 значений (от 12 до 7600 Ом м); ПМС - 22 значения (от 23 до 12831 Ом м), ПП - 19 значений (от 53 до 7660 Ом м), СЛС - 14 значений (от 160 до 1382 Ом м) и СТС - 10 значений (от 12 до 381 Ом м).
Группы значений УС обрабатывались с помощью целетрансформированного факторного анализа, хорошо зарекомендовавшего себя в геохимии при выявлении причин загрязнения окружающей среды [1, 11].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В табл. 1 представлены результаты факторного анализа величин удельного сопротивления почв, сгруппированных по генетическим почвенным горизонтам. Согласно данным таблицы, самым сильным фактором (вклад в общую дисперсию 37.6%) определяется повышение удельного сопротивления элювиальных и элювиированных горизонтов при одновременном снижении такового в почвенных горизонтах, подверженных ог-леению. Мы интерпретируем ^ как фактор водного режима почвы. Нет необходимости доказывать, что его проявление в гор. Е и в полесских почв противоположно по своей физической сути и геохимическим результатам. Акцентировать необходимо то, что воздействие ^ носит комплексный характер и в общем случае не сводимо к какому-то одному следствию промывного режима горизонтов Е или избыточного увлажнения гор. в. С некоторой условностью можно сказать, что воздействие на почву "распадается" на некие "подфакторы", наиболее важными из кото-
рых в аспекте формирования электрических свойств гор. Е и в являются следующие.
Повышенная влагонасыщеность гор. в и, наоборот, относительно пониженная гор. Е означает не что иное, как наличие в них соответственно большего и меньшего количества проводящей субстанции - почвенного раствора, являющегося электролитом. Естественно, что это обусловливает лучшие проводящие свойства (и соответственно меньшие р) глеевых и оглеенных горизонтов в сравнении с элювиальными и элювирован-ными. По [2] мы рассчитали среднее значение наименьшей влагоемкости (% от веса почвы) для гор. Е и в почв Украины. Для первых оно составило 14.8%, для вторых - 31.9%. По некоторым данным [5], удельное сопротивление песчаного грунта падает с 10000 Ом м при влажности 2-3%, до 200 Ом м при 100%. Оросительные мелиорации уменьшают удельное сопротивление почв на 15-20% [12].
Другой важной составляющей фактора "водный режим" в аспекте формирования электропроводящих свойств почвы является вымывание из гор. Е илистых частиц и, наоборот, обогащение таковыми гор. в (которые в большинстве случаев "по определению" являются "тяжелыми", в смысле гранулометрического состава, генетическими горизонтами). Это также повышает УС первых и уменьшает его во вторых. Известно, что сопротивление песчано-глинистых смесей снижается от 200 Ом м при 1% содержании глины до 10 Ом м при 100% ее содержании [5, с. 39].
Немаловажную роль, по нашему мнению, играет зависимость насыщения почвенного поглощающего комплекса (ППК) ионами. Почва или ее генетический горизонт, ППК которого имеет большое количество поглощенных ионов, очевидно, при прочих равных условиях будет более электропроводимой, чем почва или генетический горизонт с менее насыщенным ППК. Согласно нашим расчетам по "Атласу почв Украинской СССР" [2], сумма поглощенных катионов в гор. в почв Украинского полесья составляет в среднем 5.6, а в гор. Е - 2.0 мг-экв на 100 г почвы. Кроме того, ППК торфяных и глеевых почв на 1-2 порядка более насыщен Н+ и А13+, чем дерново-подзолистых [8].
Еще один "подфактор", определяемый фактором "водный режим почвы", который статистически достоверно может влиять на повышение проводимости гор. О и на снижение таковой гор. Е, заключается в большей растворимости гидро-ксидов двухвалентных железа и марганца, характерных для восстановленной обстановки глеевых и оглеенных горизонтов, по сравнению с гидро-ксидами Ее3+ и Мп3+, которые преобладают в верхних, более окисленных горизонтах полесских почв. (Произведение растворимости Ее(ОН)3 -
1.6 х 10-39, а Ре(ОН)2 - 7.9 х 10-16, Мп(ОН)3 - 1 х 10-36, а Мп(ОН)3 - 2.2 х 10-13).
- второй по важности фактор формирования электропроводящих свойств почв изученного региона; благодаря ему снижается сопротивление иллювиальных и иллювиированных горизонтов. Мы полагаем, что наиболее логичным объяснением является влияние на электропроводящие свойства почвы гранулометрического состава. Именно в гор. I, как горизонтах вмывания, обогащения глинистыми частицами и полуторными окислами, этот фактор должен проявляться наиболее отчетливо и последовательно. Выше фактор утяжеления гранулометрического состава почвенных горизонтов, как фактор повышения их электропроводимости, уже рассматривался. Но рассматривался он "на правах" подфактора (в комплексе с другими составляющими а не самостоятельной причины. Принципиальное отличие фактора "влияние гранулометрического состава" в гор. О и I заключается в том, что, во-первых, его утяжеление является факультативным (оглеенными могут быть и песчаные, мало обогащенные глинистыми частицами горизонты - в том случае, если они подстилаются водоупором: в районе наших исследований - тяжелой суглинистой мореной или мергелями киевской свиты), а в гор. I утяжеление гранулометрического состава носит облигатный характер. Поэтому оно, как причина уменьшения УС почвы, и проявляется с наибольшей полнотой именно в иллювиальных
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.