CC BY
122
природой его соединений, а также вариабельностью pH в почвах различных природных зон Алтайского края. Так, в каштановых почвах Кулундинской низменности наблюдается варьирование pH от 6,8 до > 7,1. В черноземах Приобского плато pH варьирует от 6,1 до 6,8. В почвах Бий-ско-Чумышской возвышенности pH изменяется в пределах от 5 до 6,7.
Рассматривая зависимость содержания подвижного марганца от pH почвы, используя информационно-логический анализ, мы выявили, что самое высокое его содержание характерно для pH от 6,5-7,0. Высокое содержание подвижного марганца в почвах Приобского плато можно объяснить накоплением легкорастворимых и обменных форм марганца и отсутствием значительных предпосылок их миграции по профилю.
При увеличении кислотности в почве наблюдается уменьшение содержания подвижных форм марганца, что характерно для почв Бийско-Чумышской возвышенности, где процесс подкисления почвы способствует переходу Mn+4 в Mn+2, обладающего высокой миграционной способностью. Усиливается профильная миграция марганца и обеднение верхнего горизонта почвы подвижным марганцем. В этих почвах уменьшается количество отрицательно заряженных коллоидов, способных удерживать от миграции катионы марганца.
Увеличение pH свыше 7,0, что характерно для некоторых почв Кулундинской низменности, сопряжено с низким со-
Ключевые слова: структура, влажность, объемная масса, химико-минералогический, температура, перенос тепла, гумус, термопара, ультратермостат, температуропроводность.
держанием в почве подвижного марганца и гумуса. Здесь в связи с повышением pH увеличивается содержание труднорастворимых форм марганца.
Вывод
Зная закономерности поведения марганца в почве и выявляя связь между урожайностью культур от содержания в почве подвижного марганца, необходимо изыскивать способы оптимизировать содержание подвижного марганца в почве.
Библиографический список
1. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта / Б.А. Доспехов. — М., 1979. — 416 с.
2. Пузаченко Ю.Т. Информационно-логический анализ в медико-географических исследованиях / Ю.Т. Пузаченко,
A.В. Мошкин // Итоги науки, сер. мед.-геогр. — М., 1969. — Вып. 3. — С. 5-71.
3. Бойченко Е.А. Ферментативные реакции фотосинтеза / Е.А. Бойченко // Вестник АН СССР. — 1951. — С. 55.
4. Вернадский В.И. Геохимия редких и рассеянных элементов в почвах /
B.И. Вернадский. — М., 1957. — С. 238.
5. Пейве Я.В. Руководство по применению микроудобрений / Я.В. Пейве. — 1963. — 222 с.
6. Маданов П.В. Биологическая аккумуляция марганца в почвах Волжско-Камской лесостепи и его доступность сельскохозяйственным растениям / П.В. Маданов. — Казань, 1953. — 203 с.
Введение
Основные климатические факторы окружающей среды, влияющие на плодородие пахотных земель и продуктивность возделываемых на них культур, тесно свя-
+ + +
УДК 631.6:436 Ч.Г. Гюлалыев
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ ПОЧВ С РАЗЛИЧНОЙ ВЛАЖНОСТЬЮ ПО ДАННЫМ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
заны с такими физическими характеристиками, как водный и тепловой режим, на которые можно воздействовать, если будут известны их термические характеристики, включающие теплоемкость, температуропроводность, теплопроводность и теплоусвояемость [1-6]. Доказано, что эти показатели почвы оказывают значительное воздействие на рост и продуктивность растений [1, 2, 6]. Следовательно, проблема влияния агрофизических свойств на урожай почвы сопряжена с проблемой создания благоприятных условий для растений. В этом аспекте определение коэффициента температуропроводности (К) почв различной влажности по данным экспериментальных измерений актуально.
Объекты и методы
Объекты исследования выбраны в орошаемой земледельческой зоне Азербайджанской республики — Кура-Араксинской низменности, представляющей собой обширную депрессию, разделяющую Большой и Малый Кавказ. Значительная часть низменности находится ниже уровня Мирового океана и опускается к Каспию до уровня 28 м с уклоном 0,005-0,001. Реки Кура и Аракс расчленили ее на ряд естественных районов, носящие название степей [3, 7]. Она сложена современными отложениями, являющимися продуктами рек и временных водоемов. Годовая норма лучистой энергии солнца, падающая на 1 м2 поверхности в пределах Кура-Араксинской низменности, в среднем равна 5,028-109^6,076-109Дж, 22% из которой отражается поверхностью земли, 37% расходуется на излучение и только около 41% непосредственно участвует в
Физико-.
основных процессах, протекающих в подстилающей поверхности.
В соответствии с вышеизложенным нами экспериментально в лабораторных условиях изучены теплофизические характеристики лугово-сероземных, сероземно-луговых и пойменно-луговых почв в зависимости от широкой гаммы значений исходных влажностей при фиксированной объемной массе и температуре.
Во всех этих почвах образцы для исследования взяты из перегнойно-аккуму-лятивного горизонта. Лугово-сероземная почва содержит гумуса 2,05%, а сумма легкорастворимых солей — 0,175; серо-земно-луговая почва содержит гумуса — 2,60, и легкорастворимые соли составляют 0,064; пойменно-луговая почва содержит гумуса — 2,17, а сумма легкорастворимых солей здесь составляет 0,098%.
Почвенные образцы, взятые на разных тестовых участках, заметно отличаются по физико-химическому составу (табл. 1). Исследования термических характеристик почвы обычно проводятся на основе метода регулярного режима, о теоретическом обосновании и преимуществах которого было изложено в литературе [2].
В настоящей работе предлагается модифицированный вариант акалориметра.
Последний заполняется исследуемой почвой с заданными параметрами. Регулированию поддаются влажность, плотность, а также состав почвы. Способ исследования позволяет нам изменять один из перечисленных аргументов, оставляя постоянными остальные.
Влажностные характеристики теплофи-зических коэффициентов изучались в интервале от гигроскопической влажности до предельно полевой влагоемкости через каждые 4%.
Таблица 1
1й состав почв
Название Содержание фракций, %; размер, мм Содержание ионов, %
почвы < 0,001 < 0,01 НСО3- а- SO42- Са2+ Mg2+
Лугово-сероземная 24,36 43,24 0,061 0,035 0,018 0,050 Нет Нет
Сероземно-луговая 32,28 44,36 0,005 0,001 0,016 0,010 0,024 Нет
Пойменно-луговая 33,12 70,08 0,039 0,019 0,024 0,006 0,005 0,022
Экспериментальная часть
Экспериментальная установка состоит из ультратермостата типа и-10. Температура воды регулируется контактным термометром. Настройка температурного режима термостата производится специальным магнитным приспособлением и переключением электрических нагревателей на требуемую ступень мощности накала. Сигнальная лампа контролирует режим работы контактного термометра в течение всего эксперимента.
Дифференциальная термопара, изготовленная из хромель-капеля диаметром 0,33 мм, надежно экранировалась и подключалась к заземленной клемме измерителя. В измерительную часть схемы входил трехточечный самопищущий потенциометр типа КСП-4, чувствительность которого была увеличена в 37 раз при помощи манганового проволочного регулируемого сопротивления. Допустимая погрешность показаний потенциометра, выраженная в процентах от нормирующего выходного сигнала, не превышает величина ±0,5.
Результаты и их обсуждение
На рисунке демонстрируется зависимость коэффициента температуроводно-сти от исходных влажностей верхних пахотных горизонтов Ап исследованных нами почвенных разностей при одинаковых значениях плотности, равной 1400 кг/м3. Как можно заметить, каждая почва имеет свою характеристическую кривую, достигающую максимальных значений при различном значении исходных влажностей. Наибольшую максимальную величину имеет лугово-сероземная почва. Далее следуют по порядку убывания: пойменно-луговая и сероземно-луговая почвы. Однако следует отметить, что каждая почва достигает свою максимальную величину по-разному. Например, при влажности, равной 6%, можно увидеть, что наибольшую температуроводность имеет лугово-сероземная почва (~29-10-8м2/с), наименьшую — сероземно-луговая почва (~20,6- 10-8м2/с) и пойменно-луговая почва.
Далее, анализируя влажностные кривые температурапроводности этих почвенных разностей, замечаем, что начиная со значений исходных влажностей, равных приблизительно 12%, уже наблюдается увеличение численной величины коэффициента температуропроводности. Однако и при этой влажности наибольшее значение
температуропроводности наблюдается у лугово-сероземной, а наименьшее — у сероземно-луговой почвы (рис.). Такой порядок в распределении величины коэффициента температуропроводности почв сохраняется вплоть до влажности, равной примерно 16%, когда лугово-сероземная почва достигает максимального значения. Эта влажность для лугово-сероземной почвы является критической. Дальнейшее увеличение исходных влаж-ностей вызывает спад величины коэффициента температуропроводности лугово-сероземной почвы. Начиная примерно с 16%-ной исходной влажности в поведении зависимости температуропроводности поименно-луговой и сероземно-луговой почв наблюдается тенденция к сближению их абсолютных величин. Пойменно-луговая почва достигает своего максимума при 22%, а сероземно-луговая почва — при 20%-ной влажности. Их максимальные величины равны приблизительно 33,3 и 33,24 10-8 м2/с. Дальнейшее увеличение влажности вызывает уменьшение величины температуроводности как пойменно-луговой, так и сероземно-луговой почв. Причем по абсолютной величине они почти не отличаются. Если рассмотреть область влажностей, при которых температуропроводность достигает максимального значения, то можно увидеть, что ширина максимума также дифференцированно зависит от объектов исследования. Например, наибольшая ширина максимума наблюдается в случае поименно-луговой почвы, наименьшая — в случае сероземно-луговой почвы.
50 ■щфмЧМ
АО 30 20 10
5 10 ]: 20 црщ Исжржш Елъошасг^ г-..
Т1
30
Рис. Зависимость коэффициента температуропроводности почв от влажности при объемной массе р = 1400 кг/м3:
1 — лугово-сероземная;
2 — сероземно-луговая; 3 — пойменно-луговая
Теперь постараемся физически обосновать поведение температуропроводности в зависимости от изменения влагосо-
держания почв. В области малых исходных влажностей, соответствующих примерно гигроскопической влажности, как мы видели, величины коэффициента температуропроводности минимальны. С точки зрения физики почвы гигроскопическая вода удерживается поверхностью почвенных частиц и поэтому слабо участвует в процессах переноса тепла. Естественно, что эти значения коэффициента температура-проводности близки к значению темпера-турапроводности твердых частиц почвенной системы. Переход исходных влажно-стей в область рыхлосвязанной воды вызывает рост теплопереноса во всех почвах. Это объясняется тем, что рыхлосвя-занная вода более подвижна, она заполняет межпоровые пространства, вытесняя воздух, плохо проводящий тепло. Это, в свою очередь, ускоряет процесс переноса и, естественно, увеличивает скорость выравнивания температуры. При достижении интервала влажностей, когда в почве превалирует свободная вода, все почвенные поры заполнены водой, причем последняя сама также участвует в процессах переноса тепла. Коэффициент температуропроводности приближается к своему максимальному значению. Эта область влажностей соответствует его критическому значению. С дальнейшим увеличением влажности температуропроводность почвы падает. Это обычно объясняется формой зависимости между тепло-физическими характеристиками. Видимо, наряду с формой зависимости между те-плофизическими характеристиками при значениях влажности, превышающих ее критическую величину, существенную роль играет также и перераспределение влаги в акалориметре. При этом вода, концентрируясь в центре акалориметра, где находится «холодный» конец термо-
пары, становится причиной обратного потока влаги, которая, в свою очередь, способствует обратному потоку тепла.
Далее проведем комплексный анализ динамики коэффициента температурапро-водности и влияющих на него факторов. Рассматривая область влажностей, включающую гигроскопическую и рыхлосвя-занную влагу, мы видим, что кривая луго-во-сероземной почвы расположена выше. Сравнивая содержание глинистых частиц, находим, что лугово-сероземная почва имеет легкий механический состав, поэтому вода здесь очень быстро заполняет межпоровое пространство и становится одним из основных факторов в передаче тепла. Такая тенденция наблюдается до достижения критической величины температуропроводности. Аналогичное сравнение показало, что в случае пойменно-луговой почвы механический состав очень тяжелый, и поэтому коэффициент температуропроводности ее меньше. Соответствуя механическому составу, критическая влажность ее расположена правее.
Для обобщения экспериментальных данных все результаты подвержены вариационно-статической обработке на ЭВМ и получена следующая эмпирическая формула, связывающая коэффициент температуропроводности от влажности при фиксированной плотности
104К = ä-e(w-wkp)2, (1)
где К — коэффициент температуропроводности м2/с;
W — влажность, %;
WKP — влажность, при которой коэффициент К достигает максимального значения, %;
А — максимальное значение коэффициента К;
В — показатель кривизны.
Таблица 2
Значения коэффициента температуропроводности (К - 108 м2/с), найденные из эксперимента и вычисленные по формуле (1) при р = 1400 кг/м3 объемной массе
W, % К-108 ' х ' w эксп м2/с К-108 ' х ' w выч м2/с Отн. ошибка, о/ % W, % К-108 ' х ' w эксп м2/с К-108 ' х 'w выч м2/с Отн. ошибка, о/ % W, % К-108 ' х ' w эксп м2/с К-108 'х 'w выч м2/с Отн. ошибка, о/ %
сероземно-луговой А = 824161,16, В = 535,92 лугово-сероземной А = 408766,80, В = 820,14 пойменно-луговой А = 630633,2, В = 667,62
5,3 21,500 20,835 -3,09 2,1 22,764 23,098 1,48 4,2 23,788 23,886 0,40
8,0 23,810 24,698 3,73 8,0 34,332 34,987 1,91 8,0 27,836 27,769 -0,25
12,0 27,214 28,986 6,52 12,0 39,019 39,404 0,98 12,0 31,046 30,710 -1,09
16,0 30,947 31,558 1,96 16,0 40,273 40,876 1,50 16,0 32,474 32,475 0,01
20,0 33,130 32,416 -2,15 18,0 39,551 40,508 2,42 20,0 33,235 33,063 -0,53
24,0 31,837 51,558 -0,88 20,0 38,699 39,404 1,82 24,0 31,989 32,475 1,51
28,0 30,613 28,986 -5,27 24,0 37,000 34,987 -5,43 - - - -
Параметры А и В находятся методом наименьших квадратов и зависят от влажности. С помощью найденных значений А и В по формуле (1) вычислены значения К. В таблице 2 приведены также вычисленные (Квыч) и экспериментальные значения (Кэксп.) температуропроводности и их сходимость.
Сравнивая значения коэффициента К, полученные экспериментально с вычислениями по формуле (1), находим, что средняя относительная ошибка колеблется от 0,01 до 9,34% (табл. 2.), что вполне приемлемо для практических расчетов при составлении различных почвенно-мелиоративных проектов.
Выводы
При фиксированной объемной массе определен ход влажностных характеристик почв. Установлено наличие максимума на кривой k (V) и зависимость его положения от физических свойств почвы. Выявлено, что все исследуемые почвенные разности при одинаковых значениях соответствующих параметров (влажности, объемной массы и температуры) имеют различные теплофизические характеристики, зависящие от состава почвы.
Установлено, что сначала с увеличением исходных влажностей теплофизические характеристики почв увеличиваются интенсивно, далее, достигнув своих максиму-
мов, при критической влажности температуропроводности уменьшаются.
Библиографический список
1. Бондаренко С.Ю. Анализ теплофи-зического состояния почвенного состояния почвенного профиля / С.Ю. Бондаренко, С.В. Макарычев, И.В. Гефке / / Вестник АГАУ. — 2007. — № 10 (36). — С. 13-18.
2. Герайзаде А.П. Термо- и влагопере-нос в почвенных системах / А.П. Герай-заде. — Баку: Элм, 1982. — 136 с.
3. Герайзаде А.П. О зависимости между электро и теплофизическими характеристиками почв / А.П. Герайзаде, Н.Б. Троицкий, Ч.Г. Гюлалыев / / Почвоведение. — 1987. — № 3. — С. 43-48.
4. Макарычев С.В. Особенности напочвенного покрова и теплофизические свойства черноземов приобья / С.В. Макары-чев // Вестник АГАУ. — 2006. — № 2 (22). — С. 25-29.
5. Макарычев С.В. Структурно-функциональная концепция теплофизического состояния почв / С.В. Макарычев // Вестник АГАУ. — 2008. — № 3 (41). — С. 5-9.
6. Макарычев С.В. Теплофизические свойства и режимы в антропогенно-нарушенных почвах / С.В. Макарычев, М.А. Мазиров. — М., 2003. — 153 с.
7. Морфогенетические профили почв Азербайджана / под ред. Ш.Г. Гасанова. — Баку: Элм, 2004. — 202 с.
+ + +
УДК 631.425.2:631.58:633.11 (571.15) М.Л. Цветков
ВОДНЫЙ РЕЖИМ ПОЧВЫ ЗЕРНОПАРОВОГО СЕВООБОРОТА ПРИ МИНИМАЛИЗАЦИИ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ В УСЛОВИЯХ ПРИОБЬЯ АЛТАЯ
Ключевые слова: водный режим почвы, зернопаровой севооборот, минима-лизация основной обработки почвы, запасы продуктивной влаги в почве, вла-гонакопительный эффект предшественника, усвоение осадков вневегетацион-ного периода, наименьшая влагоем-кость почвы.
Сообщение 1
Введение
Вода для условий Алтайского края является одним из основных лимитирующих факторов плодородия почвы.
Из всего многообразия способов регулирования водного режима почв коснемся только агротехнических приемов, а именно, приемов обработки почвы, создающих наиболее благоприятное строение.
