CC BY
36
5. Даербаев А.А. Микроэлементы канд. с.-х. наук / А.А. Даербаев. — Ир-марганец, медь и молибден в солонцовых кутск, 1970. — 27 с.
почвах Омской области: автореф. дис. ...
+ + +
УДК 631.445.24.004.12(571.15) Ю.В. Беховых,
А.Г. Болотов, Е.Г. Сизов
ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕКОТОРЫХ ТИПОВ ЛЕСНЫХ ПОЧВ АЛТАЙСКОГО КРАЯ
Ключевые слова: теплофизические свойства почв, теплоёмкость, теплопроводность, температуропроводность.
Введение
По природным условиям Алтайский край относится к малолесным регионам, в то же время его лесные экосистемы отличаются большим разнообразием по составу пород, продуктивности, строению, возрастной структуре насаждений. Земли лесного фонда занимают 26% от всех земель края [1]. Леса Алтайского края являются богатым источником древесины: сосны, березы, осины. Неоценима роль лесов в предотвращении водной и ветровой эрозии почвы, в регулировании климата и водного баланса территории края.
За исключением малоизученных таёжных почв Салаира почвенный покров лесных областей края представлен главным образом дерново-подзолистыми почвами, сформированными под ленточными борами и серыми лесными почвами березовых лесов Обь-Чумышского междуречья.
Формирование температурных полей в почве определяется её теплофизическими свойствами, которые являются функциями целого ряда почвенно-физических факторов: влажности, гранулометрического состава, плотности, порозности, содержания органического вещества. Поэтому изучение теплофизических свойств почв во взаимосвязи с их генетическими особенностями, характером и степенью увлажнения, уплотнения и аэрации почвенного профиля необходимо для характеристики
почв и прогноза гидротермических режимов почвенных горизонтов.
Объект и методы исследований
Объектом наших исследований были дерново-подзолистые почвы ленточных боров и серые лесные почвы, сформированные под березовыми лесами Обь-Чумышского междуречья.
Предметом исследований являлось изучение особенностей теплофизических характеристик указанных типов почв.
Определение теплофизических свойств почв проводились в лабораторных условиях с использованием метода плоского нагревателя [2]. Влажность определялась методом термостатной сушки [3].
Результаты исследований
Физические и теплофизические характеристики дерново-подзолистых почв ленточных боров Алтайского края были исследованы довольно подробно ранее [46]. Резюмируя данные работы, можно сделать вывод о том, что свойства дерново-подзолистых почв, сформированных в различных климатических зонах могут сильно отличаться по абсолютным значениям. Однако качественный характер изменения теплофизических характеристик исследованных почв одинаков.
Результаты исследования теплофизиче-ских свойств дерново-подзолистых почв зон засушливой и сухой степей Алтайского края при увлажнении, соответствующем почвенно-гидрологическим константам представлены в таблице 1.
Таблица 1
Температуропроводность (а), объёмная теплоёмкость (Ср), теплопроводность (X) дерново-подзолистой почвы юго-западной части ленточных боров Алтайского края (числитель — зона засушливой степи, знаменатель — зона сухой степи)
Глубина, см Значения теплофизических характеристик
Абсолютно сухая МГ ВЗ НВ ПВ
а, 10-6м2/с 0,28 0,38 0,35 0,61 0,37 0,69 0,59 1,05 не опр. 0,95
0-10 Ср, 106 Дж/(м3К) 0,71 1,44 0,81 1,50 0,82 1,51 1,00 1,75 не опр. 3,25
X, Вт/(мК) 0,20 0,54 0,25 0,79 0,28 0,90 0,55 1,50 0,70 2,90
а, 10-6м2/с 0,20 0,45 0,21 0,61 0,25 0,70 0,38 1,12 не опр. 0,66
30-40 Ср, 106 Дж/(м3К) 1,25 1,57 1,27 1,61 1,28 1,70 1,48 1,85 не опр. 3,40
X, Вт/(мК) 0,30 0,70 0,32 0,91 0,34 1,00 0,60 2,00 0,95 2,61
а, 10-6м2/с 0,17 0,29 0,18 0,32 0,19 0,37 0,33 0,70 не опр. 0,28
50-60 Ср, 106 Дж/(м3К) 1,57 1,64 1,62 1,70 1,63 1,71 1,74 1,91 не опр. 3,45
X, Вт/(мК) 0,28 0,48 0,29 0,51 0,30 0,52 0,53 1,13 1,15 1,51
а, 10-6м2/с 0,15 0,40 0,15 0,44 0,15 0,58 0,29 0,98 не опр. 0,60
90-100 Ср, 106 Дж/(м3К) 1,95 1,58 1,99 1,65 2,00 1,68 2,30 1,86 не опр. 3,31
X, Вт/(мК) 0,29 0,62 0,30 0,65 0,31 0,75 0,67 1,70 1,25 2,35
Из анализа данных таблицы 1 следует, что коэффициенты теплопередачи дерново-подзолистой почвы сухостепной зоны имеют существенно (в 2-2,5 раза) более высокие абсолютные значения по сравнению с соответствующими характеристиками почвы зоны засушливой степи для всего почвенного профиля. Значения коэффициента теплоаккумуляции (объёмной теплоёмкости) имеют заметные различия только для верхнего гумусового горизонта. В слое 0-10 см объемная теплоёмкость почвы зоны засушливой степи меньше объемной теплоёмкости зоны сухой степи почти в два раза при одних и тех же почвенно-гидрологических постоянных.
Исследованные нами разновидности серых лесных почв в силу своего происхождения имеют различный гранулометрический состав. Разрез 1 можно характеризовать как супесчаный, особенно верхние горизонты А,, А,А2, А2В и подстилающую породу, где количество час-
тиц менее 0,01 мм лежит в пределах 1315%. В этом разрезе выделяется иллювиальный горизонт В, в котором количество таких частиц составляет 40,8%.
Разрез 2 суглинистый. В верхней части до глубины 40 см близок к легкосуглинистому, горизонт В тяжелосуглинистый, а нижележащие — среднесуглинистые.
Плотность в этих разрезах варьирует в широких пределах (табл. 2). Так, в первом разрезе в горизонте Ад она имеет значение 971 кг/м3, а с глубиной увеличивается до 1538 кг/м3. Здесь особенно выделяется иллювиальный горизонт В, в котором плотность достигает 1734 кг/м3. Во втором разрезе плотность с глубиной возрастает более равномерно от 1080 кг/м3 в горизонте Ад до 1422 кг/м3 в горизонте ВС.
Плотность твердой фазы и в супесчаном и суглинистом разрезах колеблется незначительно.
В целом, порозность в дерновом горизонте супесчаной почвы имеет более вы-
сокие показатели, чем в суглинистой. Минимальное значение эта величина приобретает также в аномально плотном горизонте А2В супесчаного разреза 1.
Влажность является наиболее существенным фактором, который в естественных условиях формирует комплекс теп-лофизических характеристик почвы.
В таблице 3 приведены водно-физические постоянные серой лесной почвы различного гранулометрического состава. Наименьшие значения гидроконстант отмечены в супесчаном разрезе.
В абсолютно сухом состоянии объемная теплоемкость минимальна в верхнем гумусовом горизонте, особенно в супесчаной почве (табл. 4, 5). Это обусловлено, прежде всего, невысокой плотностью и низким содержанием теплоемкого ор-
Физические свойства серых лесных
ганического вещества. С глубиной теплоемкость серой лесной почвы закономерно увеличивается. Наиболее теплоемким оказывается самый плотный горизонт А2В разреза 1. В целом профиль супесчаной серой лесной почвы более теплоемкий, чем суглинистой (табл. 5).
Температуропроводность генетических горизонтов в абсолютно сухом состоянии определяется плотностью, порозностью и составом почвенных пор. В супесчаном разрезе она максимальна в верхнем дерновом горизонте, где плотность сложения минимальна, а порозность максимальна по своим значениям. С глубиной по мере изменения гранулометрического состава и увеличения плотности температуропроводность снижается, особенно сильно в суглинистом уплотненном горизонте А2В.
Таблица 2 почв Обь-Чумышского междуречья
Горизонт Глубина, см Плотность, кг/м3 Плотность твердой фазы, кг/м3 Порозность, % Гумус, % Частицы <0,01, мм
Супесчаная почва
Ад 0-8 971 2600 62,65 3,8 13,84
А1 8-22 1324 2650 50,04 2,0 13,80
а1а2 22-56 1450 2650 45,28 1,6 13,12
а2в 56-70 1734 2650 34,57 2,0 21,52
В 70-95 1497 2650 43,51 0,8 40,80
ВС 95-130 1538 2650 41,96 0,3 27,56
Суглинистая почва
Ал 0-4 1080 2600 58,46 6,1 28,96
А1 4-21 1052 2600 59,54 3,8 27,76
а1а2 21-38 1492 2650 43,70 1,9 26,56
В 38-70 1364 2700 49,48 2,1 43,52
ВС 70-120 1422 2700 47,33 1,5 31,40
Таблица 3
Водно-физические постоянные серых лесных почв (% от массы)
Глубина МГ (1,35 МГ) ВЗ (0,7 НВ) ВРК НВ ПВ
Супесчаная почва
0-8 2,59 3,50 6,57 9,38 64,53
8-22 1,66 2,24 5,82 8,31 37,79
22-56 0,88 1,19 5,28 7,54 31,23
56-70 2,94 3,97 8,61 12,30 19,93
70-95 8,36 11,29 16,72 23,89 29,06
95-130 5,79 7,82 13,03 18,62 27,28
>130 2,55 3,44 7,25 10,35
Суглинистая почва
0-4 4,67 6,30 12,34 17,63 54,13
4-21 4,25 5,74 11,93 17,04 56,6
21-38 4,37 5,91 11,87 16,95 33,56
38-70 8,23 11,12 17,01 24,30 36,28
70-120 5,93 8,00 13,40 19,15 33,29
>120 5,84 7,88 13,36 19,09
В суглинистом разрезе дерновый горизонт более плотный, чем в супесчаном. Однако в нем содержится заметно больше гумуса, поэтому температуропроводность дернового горизонта в этом разрезе закономерно ниже (табл. 2, 5).
При переходе от гумусового горизонта к почвообразующей породе теплопроводность, как правило, возрастает (табл. 4, 5). Особенно наглядно это видно в однородном по гранулометрическому составу суглинистом разрезе серой лесной почвы, в котором теплопроводность является функцией плотности сложения генетических горизонтов и содержания в них органического вещества. В более сложном по гранулометрическому составу супесчаном разрезе имеются особенности распределения коэффициента теплопроводности в различных горизонтах.
Объемная теплоемкость при увлажнении линейно увеличивается. Наиболее сильный рост отмечается в более плотных генетических горизонтах. В супесчаном разрезе близки по значениям теплоемкости верхние гумусовые горизонты Ад и А,, а также горизонты А,А2 и ВС.
Увлажнение вызывает резкий рост температуропроводности. При этом до некоторого значения влажности она увеличивается, а затем следует ее снижение.
В горизонтах разного гранулометрического состава эта влажность может быть различной. В легких супесчаных слоях почвы она близка к НВ, в суглинистых — к ВРК.
Теплопроводность при водонасыщении резко увеличивается, но при достижении указанных выше границ влажности (в супесчаных слоях почвы — НВ, в суглинистых — ВРК) ее рост замедляется, достигая «насыщения». Наибольший рост теплопроводности испытывают наиболее плотные генетические горизонты серой лесной почвы. В таблицах 4 и 5 приведены значения теплофизических коэффициентов при различных гидроконстантах. Наиболее динамично изменяется температуропроводность супесчаных почвенных горизонтов. В наименее плотном горизонте Ад супесчаной почвы эти изменения достигают 100%. В менее гумусированном горизонте А,А2 более 200%.
Можно отметить, что при всех гидроконстантах в суглинистом профиле температуропроводность нижележащих горизонтов оказывается меньше, чем верхних, менее плотных. В супесчаном разрезе имеет место некоторый разброс, обусловленный неоднородностью гранулометрического состава.
Таблица 4
Значения теплофизических коэффициентов в серых лесных почвах супесчаной разновидности при различных гидроконстантах (объемная теплоемкость (cp), температуропроводность (а), теплопроводность (Л)
Теплофизические характеристики Абсолютно сухая МГ (1,35 МГ) ВЗ (0,7 НВ) ВРК НВ ПВ
Ад (0-8 см)
Ср-106, Дж/(м3-К) 0,729 0,834 0,871 0,996 1,111 3,354
а-10т6, м2/с 0,350 0,812 0,88 1,147 1,215 0,472
X, Вт/(м-К) 0,255 0,677 0,767 1,142 1,349 1,583
А,А2 (22-56 см)
Ср-106, Дж/(м3-К) 1,723 1,776 1,795 2,043 2,181 3,620
а- 10т6, м2/с 0,305 0,5 0,576 0,987 1,076 0,492
X, Вт/(м-К) 0,525 0,888 1,034 2,017 2,347 1,781
А2В (56-70 см)
Ср-106, Дж/(м3-К) 1,856 2,070 2,144 2,482 2,750 3,304
а- 10т6, м2/с 0,260 0,76 0,86 0,988 0,912 0,567
X, Вт/(м-К) 0,483 1,573 1,844 2,452 2,508 1,873
В (70-95 см)
Ср-106, Дж/(м3-К) 1,768 2,292 2,476 2,817 3,266 3,591
а-10~6, м2/с 0,233 0,768 0,714 0,669 0,615 0,593
X, Вт/(м-К) 0,412 1,760 1,768 1,884 2,009 2,129
Примечание. НСР0 95Ср=2,24%, НСР0 95а=3,67%, НСР0 95Л=3,89%.
Таблица 5
Значения теплофизических коэффициентов в серых лесных почвах суглинистой разновидности при различных гидроконстантах (объемная теплоемкость (cp), температуропроводность (а), теплопроводность (Л)
Теплофизические характеристики Абсолютно сухая МГ (1,35 МГ) ВЗ (0,7 НВ) ВРК НВ ПВ
Ал (0-4 см)
Ср-106, Дж/(м3-К) 1,031 1,243 1,317 1,590 1,829 3,481
а-1С6, м2/с 0,32 0,746 0,792 0,837 0,781 0,413
X, Вт/(м-К) 0,699 0,927 1,043 1,331 1,429 1,438
А1 (4-21 см)
Ср-106, Дж/(м3-К) 0,958 1,146 1,211 1,484 1,710 3,453
а-1С6, м2/с 0,336 0,734 0,795 0,837 0,78 0,398
X, Вт/(м-К) 0,491 0,841 0,963 1,242 1,334 1,374
А1А2 (21-38 см)
Ср-106, Дж/(м3-К) 1,763 2,037 2,133 2,505 2,823 3,595
а-1С6, м2/с 0,270 0,753 0,789 0,76 0,703 0,526
X, Вт/(м-К) 0,947 1,534 1,683 1,904 1,985 1,891
ВС (70-120 см)
Ср-106, Дж/(м3-К) 1,728 2,081 2,204 2,526 2,868 3,711
а-1С6, м2/с 0,299 0,493 0,52 0,528 0,502 0,469
X, Вт/(м-К) 0,517 1,026 1,146 1,334 1,440 1,740
Примечание. НСР0 95Ср=2,24%, НСР0 95а=3,67%, НСР0 95Х=3,76%.
Теплопроводность серой лесной почвы как супесчаной, так и суглинистой разновидностей при различных гидрологических постоянных также определяется в первую очередь плотностью сложения генетических горизонтов (табл. 4, 5).
Особенности изменения тепло- и температуропроводности дерново-подзолистой и серой лесной почв можно объяснить, проанализировав почвенно-физи-ческие показатели, а также качественный состав почвенных пор и характер их обводнения.
Известно, что в дерново-подзолистой супесчаной почве преобладают крупные поры, которые, судя по порозности аэрации при НВ, составляют 76-80% общей порозности, а в песчаных горизонтах количество крупных пор, не способных удерживать влагу, еще больше (85-87% от общей порозности), что обеспечивает дискретное состояние почвенной влаги во всем интервале естественного увлажнения почвы [7]. При НВ в супесчаных горизонтах обводнено 20-44% пор, а в песчаных — 12-23%. Поэтому в дерново-подзолистой почве наиболее благоприятные условия для теплопередачи создаются при увлажнении, равном НВ и выше. В этих условиях пародиффузный механизм теплообмена будет существенно увеличивать эффективное значение тепло- и температуропроводности. В нижних, более
плотных горизонтах паропроницаемость уменьшается, что приводит к резкому замедлению роста теплопроводности.
В серых лесных почвах теплоперенос наиболее полно проявляется при увлажнении в интервале от влажности завядания до влажности разрыва капиллярных связей. В этом случае в почве обводнено 4060% пор, и вся влага активно участвует в контактной теплопроводности, кроме того, не возникает помех и для пародиффу-зионного теплопереноса.
Дальнейшее повышение почвенной влажности — от НВ и выше в дерново-подзолистой почве и от ВРК до НВ в серой лесной почве, а вместе с тем уменьшение объема паровоздухоносных пор в почве приводит к уменьшению паропроницае-мости, что замедляет рост тепло- и температуропроводности. В верхних гумусовых слоях, а также в горизонтах с меньшей плотностью и большим объемом крупных пор затухающий эффект тепло- и температуропроводности почвы с ростом влажности выражен слабее, чем в плотных и тонкопористых по сложению горизонтах. Причем наиболее резко замедляется рост этих коэффициентов в профиле дерново-подзолистой почвы.
Выводы
В дерново-подзолистой почве наиболее благоприятные условия для теплопередачи
создаются при увлажнении, равном НВ и выше.
В серых лесных почвах теплоперенос наиболее полно проявляется при увлажнении в интервале от влажности завядания (ВЗ) до влажности разрыва капиллярных связей (ВРК).
Библиографический список
1. http://www.doc22.ru/facts/statisti cs/587--2005-2009 [Электронный ресурс].
2. Болотов А.Г. Определение теплофи-зических свойств капиллярно-пористых тел импульсным методом с использованием технологии визуального программирования / А.Г. Болотов, Ю.В Беховых, Г.А. Семёнов // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. — 2010. — № 6. — С. 37-40.
3. Вадюнина А.Ф. Методы исследования физических свойств почв / А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина. — М.: Агро-промиздат, 1986. — 416 с.
4. Макарычев С.В. Теплофизические свойства дерново-подзолистых и серых
УДК
Ключевые слова: адаптивность, стабильность, аллелопатия, семена, тестер, донор, вытяжка, сельдерей, петрушка, пастернак, укроп.
Введение
Аллелопатия — это один из способов взаимодействия между растениями (и другими организмами), осуществляемый посредством метаболитов, выделяемых в окружающую среду [1].
Аллелопатия является фактором, обеспечивающим поддержание равновесия в экологических системах, последовательную смену растительных сообществ. Выполняет регуляторную функцию онтогенетического развития и фитоценотического
лесных почв Алтайского края / С.В. Макарычев, Л.М. Татаринцев, Л.Н. Макары-чева // Земледельно-оценочные проблемы и рациональное использование земли в Алтайском крае: сб. научных трудов. — Барнаул, 1986. — С. 150-159.
5. Теплофизическое состояние почв Алтая в условиях антропогенеза / Ю.В. Беховых [и др.]; под ред. С.В. Ма-карычева. — Барнаул: Изд-во АГАУ, 2006. — 362 с.
6. Беховых Ю.В. Сравнительный анализ физических и теплофизических свойств дерново-подзолистых почв ленточных боров Алтайского края в зонах засушливой и сухой степи / Ю.В. Беховых // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. — 2009. — № 9. — С. 32-38.
7. Панфилов В.П. Особенности поведения влаги в супесчаных и суглинистых ав-томорфных почвах в связи с их порозно-стью / В.П. Панфилов, Н.И. Чащина / / Изв. СО АН СССР. Биология. 1975. — Вып. 1. — С. 3-7.
взаимоотношения. Познание принципов химических взаимоотношений растений способствует пониманию роли агрофито-ценозов, предшественников, монокультуры, повторных посевов, степени насыщенности севооборотов, почвоутомления [2].
Использование знаний об аллелопати-ческих свойствах семян весьма эффективно в практике селекции, семеноводства и селекции [3, 4].
Аллелопатический эффект подвержен значительной изменчивости в зависимости от эндогенных и экзогенных факторов, в том числе от биологических особенностей как растений доноров, так и акцепторов [5]. Это свидетельствует о целесообраз-
+ + +
581.524:635.53 А.Ф. Бухаров,
Д.Н. Балеев, А.Р. Бухарова
ОЦЕНКА АДАПТИВНОСТИ И СТАБИЛЬНОСТЬ ПРОЯВЛЕНИЯ АЛЛЕЛОПАТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ЭКСТРАКТОВ ИЗ СЕМЯН ОВОЩНЫХ СЕЛЬДЕРЕЙНЫХ КУЛЬТУР
