Всесоюзного съезда почвоведов Новосибирск 1989 и

Всесоюзного съезда почвоведов Новосибирск 1989 и. II съезда общества почвоведов Санкт-Петербург 1996. На VIII Всесоюзном съезде почвоведов рассматривались в основном вопросы напрямую или косвенным образом затрагивающие проблемы сельского хозяйства интенсификация сельского хозяйства, влияние различных почвенных характеристик на плодородие, проблемы рекультивации почв и т.д в то время как проблеме изменения физических характеристик почв подвергшихся антропогенному влиянию уделялось достаточно мало внимания. Последствия же антропогенного влияния рассматривались в основном с точки зрения их полезности или вредности для сельского хозяйства.

Данный подход с моей точки зрения имеет свои плюсы при рассмотрении изменений физических характеристик почв подвергшихся антропогенному влиянию, давались также рекомендации по восстановлению этих характеристик до первоначального состояния или по их улучшению.

Но у этого подхода есть также и свой минус, который состоит в том, что рассматриваются лишь те физические характеристики почвы, которые, по мнению авторов, влияют непосредственно на плодородие. Тематика IIго съезда общества почвоведов отличалась от тематики VIII Всесоюзного съезда. При по прежнему большой роли вопросов улучшения сельскохозяйственных характеристик почв, возросло количество докладов, посвященных изучению взаимосвязи между различными почвенными процессами.

Возросло также и число работ, характеризующих антропогенное влияние и рассматривающих его последствия для различных видов почв. Далее приводится сравнение докладов, посвященных изучению изменения физических характеристик почв под воздействием антропогенного фактора, рассмотренных на обоих съездах.

Проблема антропогенной нагрузки на почву, как говорилось ранее, на сегодняшний день является весьма актуальной. Одним из аспектов антропогенной нагрузки на почву является интенсивная сельскохозяйственная деятельность. Рассмотрим примеры влияния сельскохозяйственной деятельности на почву. Можно выделить несколько аспектов влияния сельскохозяйственной деятельности на почву Влияние вследствие уплотнения сельскохозяйственной техникой Разрушение структуры вследствие применения различных способов вспашки и культивации Уплотнение почв вследствие выпаса скота Влияние поливов на водный режим, соотношение водной и газовой фаз почвы, на уровень грунтовых вод, засоление и т.д. Влияние удобрений и д.р. веществ, применяемых в сельском хозяйстве, на химический состав, структуру, состав почвенной биоты К вопросу о влиянии сельскохозяйственной техники можно привести исследование Д.И. Золотаревской Новосибирск 1989,ТСХА, Москва Проведено теоретическое и экспериментальное исследование влияния многократных проходов колесных тракторов и других машин на напряженно-деформированное состояние и плотность почвы.

Вязкоупругие реологические свойства уплотняющихся почв описаны дифференциальным уравнением первого порядка, связывающим сжимающие напряжения и скорости изменения напряжении и относительной осадки почвы.

Экспериментально подтверждены пригодность и достоинства практического применения этого уравнения для моделирования закономерности сжатия исследовавшейся дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы при влажности 28. Разработанными в работе методами определены характеристики вязкоупругих свойств этой почвы при различных значениях ее плотности и скорости деформирования. Получены приближенные решения краевых задач о распространении затухающих вязкоупругих волн деформаций сжатия и сдвига, возникающих в почве от воздействия катящихся колес.

Распространение волн описано дифференциальными уравнениями с частными производными четвертого порядка с двумя независимыми переменными с переменными коэффициентами.

На основе найденных решений предложен метод расчетного определения плотности почвы на различной глубине и глубины распространения деформации в почве после одного прохода и ряда проходов колес по одному следу. Расчеты выполняются с учетом параметров ходовой системы и скорости движения машины, вязкоупругих свойств эластичных колес, изменения с глубиной начальной плотности почвы и характеристик ее вязкоупругих свойств по линейной или по квадратичной зависимостям.

Полученные результаты использованы для решения ряда вопросов оптимизации параметров ходовых систем колесных сельскохозяйственных тракторов с учетом агротехнических требований к плотности почвы. Сельскохозяйственная техника не только непосредственно оказывает влияние на физические свойства почв благодаря их уплотнению, но и опосредованно. Определенную проблему в этом смысле представляет предпосевная обработка. В процессе исследования этого вопроса, была выполенена работа Ж. Икрамовым и Ж. Саидмурадовой, Институт Почвоведения АН УзССР, Ташкент в 1989 году. Далее приводится краткое описание этой работы.

На полях абсолютного большинства хлопкосеющих хозяйств Узбекистана ежегодно применяется интенсивная предпосевная обработка почвы с многократным проходом по полю тяжелых тракторов и других почвообрабатывающих орудий. Это приводит к высокому уплотнению пахотного слоя, особенно орошаемых почв пустынной зоны с тяжелым гранулометрическим составом которое оказывает отрицательное влияние на многие их физические свойства, рост и развитие хлопчатника.

В целях разработки мер борьбы с этим нежелательным явлением авторами в 1985-1989 гг. был проведен полевой опыт на орошаемых тяжелосуглинистых такырных почвах Каршинской степи. Предпосевная обработка почвы осуществлялась с различной интенсивностью и технологией, т.е. с нарастающим числом прохода почвообрабатывающих машин перед посевом хлопчатника по обычному способу и гребням, где в 3-4 раза сокращается число прохода агрегатов по полю по сравнению с последним.

По результатам исследований выявлено, что более высокое уплотнение и ухудшение ряда агрофизических свойств водопроницаемость, твердость, качество крошения, структура и др. почвы наблюдается именно на вариантах опыта с большей кратностью прохода агрегатов по полю. Например, если на варианте опыта однократным проходом тракторов в двух направлениях, величина плотности сложения пахотного слоя 0-3035см почвы за вегетационный период растений находилась в пределах 1,43-1,52 гсм3, то на варианте с трехкратным проходом агрегатов е величина увеличилась до 1,56-1,64 гсм3. На варианте опыта с посевом хлопчатника по гребням, значения объемной массы почвы за его вегетацию были на уровне е оптимальных параметров 1,23-1,40гсм3. Благодаря чему, наилучшие почвенные условия для роста, развития и получения высокого урожая хлопчатника создаются при возделывании его на гребнях, чем на других вариантах опыта.

На II съезде общества почвоведов Санкт-Петербург 1996 проблема влияния интенсивного сельскохозяйственного использования на почву рассматривалась в общем виде. Примером тому может служить представленная далее работа Волокитина М.П Хана К.Ю Сона Б.К. Институт почвоведения и фотосинтеза РАН Пущино Для исследований были выбраны варианты опыта, отличающиеся по сельскохозяйственному использованию почв бессменный чистый пар 5 лет, не косимый луг 7 лет, косимый луг 12 лет, а также озимая пшеница с подсевом трав и травы второго года пользования, находящиеся в пятипольном севообороте.

Несмотря на то, что минимальной нагрузке подвергался пар, именно в этом варианте опыта отмечены наиболее существенные изменения в агрофизических свойствах почвы.

Содержание водопрочных агрегатов в залуженной серой лесной почве в слое 0-12 см было в 8,9-9,4 раза выше по сравнению с пахотным горизонтом почвы, находящейся под паром, и в 1,5-2,4 раза по сравнению с почвой, занятой травами второго года пользования.

Низкая водопрочность почвенной структуры в почве под паром отмечалась и в подпахотном горизонте. Это отразилось на водопроницаемости серой лесной почвы. Коэффициент фильтрации на пару был равен 0,11 мммин, тогда как в вариантах опыта с травами первого и второго года пользования 0,30-0,43 мммин. Водопроницаемость почвы под пропашными и зерновыми культурами также была неудовлетворительной. Отмечено переуплотнение серой лесной почвы, используемой в севообороте.

К концу вегетационного сезона плотность сложения пахотного горизонта возрастала до 1,42-1,52 гсм3 в междурядьях сельскохозяйственных культур и до 1,52-1,57 гсм3 - по колеям. К весне следующего сезона полного разуплотнения почвы не происходило. При увеличении плотности сложения серой лесной почвы с 1,14 до 1,51 гсм3 ее наименьшая влагоемкость г воды г почвы снижалась с 0,42 единицы до 0,24. Доступность воды растениям уменьшалась. С увеличением плотности сложения возрастала механическая прочность почвы.

Межагрегатное сцепление заметно повышалось при плотности сложения почвы свыше 1,3 гсм3 Для улучшения неблагоприятных агрофизических свойств пахотной серой лесной почвы необходимо проведение соответствующих мелиоративных мероприятий. Другой аспект сельскохозяйственного влияния на состояние почв, и , в частности их физические характеристики рассмотренная на втором съезде почвоведов проблема влияния пастбищной нагрузки на гидрофизические свойства почвы. Гаруновым А.А. Прикаспийский институт биологических ресурсов ДНЦ РАН, Махачкала, 1996 данный вопрос был изучен для Терско-Кумской низменности.

Почвы пастбищ Терско-Кумской низменности, расположенные на засоленных морских отложениях, в настоящее время подвергаются вторичному засолению, вызванному отрицательными последствиями антропогенных и техногенных воздействий на них. Основной причиной является ненормированная пастьба скота и техногенное нарушение пастбища много автодорог на пастбищах. При нерегламентированной пастьбе скота сильно уплотняется верхний слой почвы 1,3-1,4 гсм3, тогда как его значение в заповедном режиме составляет 1,0-1,1 гсм3. Это сопровождается увеличением физического испарения под воздействием сильных ветров 15-30 мс. и более.

Коэффициент увлажнения в этих почвах составляет 0,25-0,30, что остро диктует необходимость обводнения территории. В опытах Гарунова и д.р. ДНЦ РАН, Махачкала, 1996 максимальное количество продуктивной влаги 67,1 тга отмечается в слое 20-25 см при нагрузке 3-4 овцы на 1 га, минимальное количество 24,0 тга в слое 0-5 см. Следует отметить, что с увеличением нагрузок запас продуктивной влаги в слое 0-5 см уменьшается, тогда как с глубиной этот показатель увеличивается.

Это объясняется превышением запасов влаги, приходящихся на единицу объема при относительно высоких значениях объемной массы. Важным показателем, характеризующим экологическое состояние почв пастбищ, является изменение содержания глинистых частиц в слое 0-5 см. Количество частиц размером более 0,01 мм при увеличении нагрузки несколько уменьшается, что свидетельствует о разрушении верхних слоев светло-каштановых почв в условиях увеличения пастбищных нагрузок при плотности 1 овца на 1 га количество их составляет 29,5 , при уменьшении отводимой на одну овцу площади 0,25 га оно составляет 25,4 о. В экологическом плане показатели водопроницаемости, полученные для 0-5 см, при увеличении объемной массы по абсолютной величине, приводят к уменьшению количества воды, просачивающейся по вертикали за единицу времени.

Как уже указывалось ранее для второго съезда 1996 г характерен более интегральный подход к проблемам антропогенного воздействия на почвы.

Примером может послужить рассмотрение Манучаровым А.С. и Харитоновым Г.В. Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова Институт водных и экологических проблем ДВО РАН, Хабаровск влияния мелиорации на реологические свойства луговых текстурно дифференцированных почв Среднеамурской низменности и способов оценки этого влияния.

Трудности сельскохозяйственного использования и оценки влияния осушительной мелиорации на продуктивность луговых текстурно-дифференцированных почв Среднеамурской низменности заключаются в том, что своеобразие климатических условий в Среднем Приамурье способствует быстрой минерализации органического вещества, деградации и распылению пахотного слоя. Исследования Манучарова и д.р. Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова Институт водных и экологических проблем ДВО РАН, Хабаровск показали применимость реологических методов для оценки структурного состояния почв и его изменения в результате мелиорации и освоения. Реологические характеристики исследуемых почв дифференцированы по профилю в соответствии с профильной дифференциацией гранулометрического и микроагрегатного составов и физико-химических свойств при влажности верхней границы пластичности.

При влажности максимального набухания горизонты различаются по реологическому поведению цикл нагрузка - разгрузка гумусово-аккумулятивный горизонт характеризуется тиксотропией, для элювиально-глеевого и иллювиального отмечается реопексия, петли которой больше в гор. Big, обладающем повышенным содержанием водопрочных агрегатов.

Осушительная мелиорация и освоение неоднозначно влияют на структурное состояние поверхностных горизонтов на макро уровне почвенные макроагрегаты преобладают процессы дезагрегации, на уровне микроагрегатов - процессы агрегации почвенной массы.

В пахотном горизонте резко падает число водопрочных агрегатов, снижаются пределы прочности, но при этом снижаются тиксотропные свойства горизонта. В элювиально-глеевом горизонте также падает число водопрочных макроагрегатов, однако, на микро уровне происходит некоторое улучшение структуры увеличивается как удельная мощность разрушения структуры, так и пределы прочности структуры. Внесение лигнинно-пометного компоста приводит к улучшению структурно-механических свойств пахотного горизонта исследуемых почв по сравнению с контролем повышается уровень микроагрегации вещества, реологические кривые характеризуются дилатансией, что связано с увеличением водопрочности структуры горизонта.

В подтверждение вышесказанного об изменении подхода к рассмотрению видов антропогенного воздействия можно привести также доклад Тихонравовой П.И.Почвенный институт им,В.В.Докучаева, Москва, 1996 о антропогенном влиянии на процессы теплообмена в дерново-подзолистых суглинистых почвах. Процесс теплообмена в почве определяется в первую очередь ее теплофизическими свойствами теплоемкостью, тепло - и температуропроводностью.

Освоение и интенсивное сельскохозяйственное использование дерново-подзолистых почв, проведение агротехнических мероприятий приводит к изменению всего комплекса теплофизических показателей. При распашке целинных под лесом и освоении дерново-подзолистых почв в пахотном горизонте наблюдается рост теплофизических показателей, что определяется уменьшением содержания гумуса в результате вовлечения в этот слой rop. A1, А1А2, А2, уплотнением и снижением общей пористости. Меняется характер изменения теплофизических показателей верхнего слоя 0-30 см в процессе увлажнения.

Температуропроводность пахотного слоя освоенной почвы в процессе увлажнения возрастает более интенсивно, чем целинной, интенсивность роста величины теплопроводности имеет иной характер - в целинной почве она выражена более четко, чем в освоенной. Характер изменения объемной теплоемкости в процессе увлажнения этих почв практически не меняется.

Так, при влажности 23 от объема температуропроводность слоя почвы 0-30 см под лесом составляет 129 от значения этого показателя для абсолютно сухой почвы и 138 соответственно для освоенной. При окультуривании освоенных почв, по мере увеличения в пахотном горизонте содержания гумуса, общей пористости, уменьшения плотности сложения происходит изменение теплофизических показателей в сторону их снижения. Тепло - и температуропроводность пахотного горизонта высоко окультуренной гумуса около 4,5 , плотность 1,07-1,10 гсм3 почвы при оптимальном увлажнении в 1,8 раза ниже освоенной по сравнению с гор. А1 целинной только в 1,3 раза. Глубокое на 50-60 см рыхление подпахотных горизонтов дерново-подзолистых почв способствует снижению теплопроводности в зоне рыхления в среднем в 1,5 раз, температуропроводности - в 1,3 раза, объемной теплоемкости - в 1,1 раз по сравнению с контролем.

Почвоведение равно как и биология является наукой имеющей дело со множеством частных случаев в каждом из которых необходим свой индивидуальный подход.

Но, разумеется, почвоведение, как и другие науки, не может существовать без своих парадигм и моделей, которые вносят упорядоченность и возможность систематизации в различные частные, порой непонятные случаи. На VIII Всесоюзном съезде почвоведов Новосибирск 1989 большое внимание уделялось и моделированию антропогенных нагрузок. Рассмотрим модель уплотнения почвы под действием внешних нагрузок, предложенную С.В.Нерпиным, Б.С.Нерпиным, О.В.Романовым Агрофизический институт, г. Ленинград, 1989. Рассматривая деформационные свойства почвы целесообразно выделить иерархические уровни, различающиеся по характеру внутренних и внешних связей макроуровень, к которому относится вся область распространения напряжений, возникающих при действии внешних нагрузок уровень почвенных агрегатов уровень коллоидных и других почвенных частиц.

Дискретность и иерархичность почвенной структуры определяют трансформацию напряженного состояния при переходе от верхних к нижним уровням структуры. Например, при нулевом значении девиатора напряжений на макроуровне он не равен нулю на следующих уровнях, что и определяет возможность пластического изменения формы почвенных агрегатов.

Закономерности, определяющие кинетику деформаций на каждом уровне, выступают затем в обобщенном виде в качестве закономерностей, определяющих равновесие и кинетику на следующем, более высоком уровне.

Так закономерности относительного смещения отдельных коллоидных частиц под действием совокупности внешних сил и внутренних поверхностных сил трансформируются в закономерности деформации почвенных агрегатов затем последние - в закономерности деформации почвы как сплошной среды на макроскопическом уровне. Деформационные свойства почвы существенно зависят от содержания в ней влаги усадка и набухание почвы меняет прочностные и деформационные е характеристики на всех иерархических уровнях содержание влаги определяет и фильтрационное сопротивление уплотнению особенно при заполнении макропор, когда возможность внутреннего стока жидкости отсутствует.

Развитие к настоящему времени теории поверхностных сил в коллоидных системах, почвенная гидромеханика и макроскопическая теория деформаций вязко-упругопластических тел позволяют перейти от измененных общих концепций к построению фундаментальных и прикладных математических моделей уплотнения почв под действием движителей сельскохозяйственной техники.

В