ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2022. No. 2
НАУКИ О ЗЕМЛЕ SCIENCES OF EARTH
Научная статья УДК 631.435
doi: 10.18522/1026-2237-2022-2-36-46
ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ПОЧВЫ В РАЗНЫХ ШКОЛАХ ПОЧВОВЕДЕНИЯ
О.С. Безуглова1, В.Э. Болдырева2, И.В. Морозов3, С.С. Тагивердиев4^, С.Н. Горбов5
1,2,3,4,5Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия
1 osbesuglova@sfedu.ru
2 maskow@mail.ru 3migovad@sfedu. ru 42s-t@mail.ru^
5 sngorbov@sfedu.ru
Аннотация. Рассмотрены применяемые в настоящее время классификации почв по гранулометрическому составу: отечественная (Н.А. Качинского) и зарубежные (министерства сельского хозяйства США и Всемирной справочной базы почвенных ресурсов). Представлены некоторые разночтения в природе объекта исследования (элементарных почвенных частиц), в ширине границ основных текстурных классов, а также в необходимости учитывать при классифицировании возможные пути их формирования. Под этим углом зрения исследовано 57 индивидуальных почвенных образцов чернозёма обыкновенного карбонатного Ростовской области. Сравнительный анализ данных гранулометрического анализа проводился по результатам, полученным методом лазерной дифракции, поскольку он не имеет принципиальной связи ни с одной из рассматриваемых классификаций и в силу этого свободен от сложившихся стереотипов. Возможность выбора условий почвообразования, представленная в отечественной классификации, при интерпретации экспериментальных данных оказывается решающей. В рассматриваемом примере она позволяет оценить разновидность текстурного класса как глины - от легкой до тяжелой - в зависимости от того, к какому типу почвообразования отнесен почвенный образец. Вследствие разночтений в определении границ основных текстурных классов наблюдается перераспределение элементарных почвенных частиц, тогда как по факту их количество не изменяется. Все эти отличия имеют особенное значение при проведении исследований международными научными коллективами и сопоставлении данных, полученных в разных странах.
Ключевые слова: классификация почв по гранулометрическому составу, элементарные почвенные частицы, метод лазерной дифракции, чернозём обыкновенный
Благодарности: исследования выполнены при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках госзадания (Южный федеральный университет, проект № 0852-2020-0029) с использованием оборудования ЦКП «Биотехнология, биомедицина и экологический мониторинг» и ЦКП «Высокие технологии» Южного федерального университета, а также при государственной поддержке ведущей научной школы Российской Федерации (НШ-449.2022.5).
Для цитирования: Безуглова О.С., Болдырева В.Э., Морозов И.В., Тагивердиев С.С., Горбов С.Н. Интерпретация результатов гранулометрического анализа почвы в разных школах почвоведения // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2022. № 2. С. 36-46.
Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
© Безуглова О.С., Болдырева В.Э., Морозов И.В., Тагивердиев С.С., Горбов С.Н., 2022
Original article
INTERPRETATION OF THE RESULTS OF PARTICLE SIZE ANALYSIS OF SOILS BY VARIOUS SCHOOLS OF SOIL SCIENCE
O.S. Bezuglova1, V.E. Boldyreva2, I.V. Morozov3, S.S. Tagiverdiev4в, S.N. Gorbov5
1'2'3'4'5Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia
1 osbesuglova@sfedu.ru
2 maskow@mail.ru 3migovad@sfedu. ru 42s-t@mail.ruB
5 sngorbov@sfedu.ru
Abstract. The article discusses a few of today's applicable soil classifications in terms of their texture: the one by A. Kachinsky (Russians) and other two - by the US Department of Agriculture (USDA) and the World Reference Base for Soil Resources (WRB). The article also presents several discrepancies in the nature of the source of research (primary soil particles), the width of the borders of the key textural classes, and also in the need to take into account possible ways of their formation when classifying. Bearing it in mind, we have studied 57 separate soil samples of the Calcic Chernozem of the Rostov Region. The comparative study of the results of the particle-size distribution analysis was performed based on the results obtained with the help of the laser diffraction method, since it is not directly related to any of the above classifications, thus being free from whatever lasting stereotypes.
The choice of options for the conditions of soil formation as presented in the Russian classification seems a key decisive parameter while interpreting experimental results. In the example under consideration, this classification allows for defining the variety of a textural class as clay (from light to heavy) depending on what type of soil formation the sample may be related to. Due to some discrepancies in determining the boundaries of the textural classes, we have observed redistribution of primary soil particles whereas their factual amount remains unchanged. All these differences are vital nowadays in view of globalization and boost in the number and importance of international research.
Keywords: soil texture classification, primary soil particles, laser diffraction method, Calcic Chernozem
Acknowledgments: the research was financially supported of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation within the framework of the state task (Southern Federal University, project No. 08522020-0029) using the equipment of the Center for Collective Use "Biotechnology, Biomedicine and Environmental Monitoring" and the Center for Collective Use "High Technologies", Southern Federal University, as well as state support of the leading scientific school of the Russian Federation (NSh-449.2022.5).
For citation: Bezuglova O.S., Boldyreva V.E., Morozov I.V., Tagiverdiev S.S., Gorbov S.N. Interpretation of the Results of Particle Size Analysis of Soils by Various Schools of Soil Science. Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Natural Science. 2022;(2):36-46. (In Russ.).
This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC-BY 4.0).
Введение
Гранулометрический состав является фундаментальной генетической характеристикой почвы, от которой зависят практически все её свойства в целом. В этом сходятся мнения большинства учёных-почвоведов, однако вследствие самостоятельного развития почвоведения разных стран, в том числе относительной изоляции советской школы, возникла несогласованность в использовании понятий и терминов различными национальными школами почвоведения [1-3]. И если само определение понятия гранулометрического состава как относительного соотношения частиц или механических элементов, выраженного в процентах, совпадает, то далее наблюдается целый ряд разночтений. В настоящее время они касаются того, что именно представляют собой элементарные почвенные частицы (ЭПЧ) и какую размерность имеют границы фракций основных текстурных классов, не совпадают также методы определения гранулометрического состава, соответственно, и интерпретация полученных данных. К числу проблем, осложняющих вопросы классификации и систематики, несомненно, следует отнести сложность и разнообразие самого объекта исследования [4].
Принято считать, что ЭПЧ - это обособленные обломки горных пород и минералов, а также аморфные соединения (органические и органоминеральные), все элементы которых находятся в химической взаимосвязи и не поддаются пептизации общепринятыми методами, применяемыми при подготовке почвы к гранулометрическому анализу. Понятие ЭПЧ в физику почв было введено А.Д. Ворониным [5]. Из приведенного определения следует, что выполнение гранулометрического анализа почв предполагает выбор метода, в том числе способов подготовки образца к анализу и количественного учёта, с соблюдением условий, при которых в анализируемую суспензию непременно попадут механические элементы различного происхождения - минеральные, органические и органоминеральные. Это требование вытекает из представлений о природе, происхождении, составе и свойствах ЭПЧ. В этом, на наш взгляд, кроется главное противоречие, потому как почвоведы США, Канады, Великобритании и ряда других стран под механическими элементами подразумевают только частицы минерального происхождения [6-8]. Эти отличия отражены и в способах предварительной подготовки образцов к гранулометрическому анализу, принятых в различных странах, в соответствии с разными представлениями об объекте количественного учета.
Проблема несогласованности в базовом понятии и, как следствие, в классификации ЭПЧ вызывает необходимость поиска путей устранения данных несоответствий, определения возможности сопоставления классификаций и сравнительного анализа данных, получаемых учеными разных стран в этой области. Отсюда вопросы: какова вероятность применения обобщенного метода исследования гранулометрического состава для согласования характеристик изучаемого объекта? Какие дополнительные теоретические и прикладные исследования необходимо провести для определения дальнейшего развития, или же различия между рассматриваемыми классификациями столь существенны, что в рамках международного сотрудничества возможно лишь одновременное определение гранулометрического состава почв с использованием двух подходов (методов, классификаций) и с внесением соответствующих поправок, минимизирующих недопонимание [2].
Цель данной работы - изучить некоторые из существующих противоречий российской и зарубежных классификаций ЭПЧ и почв по гранулометрическому составу, определить их величину и значимость на современном этапе развития почвоведения.
Объекты и методы
Методологический принцип, положенный нами в основу исследований: проводить сравнительный анализ классификаций можно только в том случае, если сопоставимы объекты классификационных построений, методы пробоподготовки, методы количественного учета, результаты исследований, а в итоге и объекты дефиниций. Исходя из этого, была выбрана следующая схема проведения сравнительного анализа: подготовка почвы к анализу - количественный учет ЭПЧ по фракциям - интерпретация результатов - сравнительный анализ схем и классификаций.
Для обеспечения репрезентативности были исследованы 57 индивидуальных почвенных образцов чернозёма обыкновенного карбонатного, отобранных из разрезов, заложенных на ООПТ «Персиановская степь», Ростовская область, и в Ботаническом саду Южного федерального университета, г. Ростов-на-Дону.
Предварительная подготовка образца почвы по методикам, принятым в российском почвоведении, позволяет учитывать ЭПЧ различной природы. Зарубежные школы почвоведения (США, Великобритания) используют методы, которые позволяют учитывать только механические элементы минерального происхождения. В эксперименте нами принята пробоподготовка по Качин-скому в модификации Долгова - Личмановой, не предусматривающая устранение частиц органической и органоминеральной природы.
В качестве способа количественного учета был выбран метод лазерной дифракции, использовали блок мокрого диспергирования лазерного анализатора размера частиц Analysette 22 NanoTec (ISO 13320-1:1999). Этот метод в последнее время всё чаще используется для исследования гранулометрического состава почв [7, 9-12]. В нём предусмотрена возможность выставлять необходимые границы фракций, характерные для сравниваемых классификаций, и определять фракционный состав образца таким образом, что возможен дальнейший пофракционный сравнительный анализ полученных результатов. Данный метод принципиально не связан ни с одной из сравниваемых классификаций, что, на наш взгляд, позволяет использовать его в качестве независимого от сложившихся стереотипов в специальных исследованиях практической направленности.
Программное обеспечение метода позволяет произвести необходимые настройки процесса, в том числе выбрать длительность диспергирования, число измерений, временные интервалы и пр. Нами были заданы необходимые для различных классификаций границы фракций.
Для интерпретации полученных результатов были использованы следующие классификации почв по гранулометрическому составу:
- классификация почв по механическому составу Н.А. Качинского [13];
- классификация текстуры почвы Министерства сельского хозяйства США (USDA) [8];
- классификация Всемирной справочной базы почвенных ресурсов [14].
Результаты исследования
В табл. 1 представлены в обобщенной форме разночтения сравниваемых классификаций. Основная несогласованность проявляется в различных представлениях о природе ЭПЧ, но к ней добавляется и разница в классификационных построениях, основанных на размере частиц.
Таблица 1 / Table 1
Разночтения между отечественной и некоторыми зарубежными классификациями ЭПЧ / Discrepancies among Russia and some USA and UK PSP classifications
Страна Объект гранулометрического анализа Границы между фракциями, мм Источник
песка и пыли пыли и ила
Россия Частицы минеральной, органомине-ральной, органической природы 0,05 0,001 [5, 13, 15]
США, Канада (ШВА) Частицы минерального происхождения 0,05 0,002 [8, 16, 17]
Великобритания и некоторые другие европейские страны ^КБ) Частицы минерального происхождения 0,063 0,002 [6, 14]
Так, согласно принятой в России классификации Н.А. Качинского [13], в почвах встречаются ЭПЧ различных размеров - от >3 мм до <10-4 -10-5 мм. Для удобства последующей систематики почв по гранулометрическому составу все механические элементы объединяются в определенные группы и/или фракции ЭПЧ. В зарубежной научной литературе используется так называемая международная классификация, одобренная I Международным конгрессом почвоведов в Вашингтоне в 1927 г. Несоответствие фракционных границ рассматриваемых нами классификаций представлено в табл. 2.
Различия, отмеченные в размерности фракций, оказываются не столь существенными на фоне различий в подходах к выполнению гранулометрического анализа, которые отражаются как на изучении состава и свойств самих ЭПЧ, так и на определении гранулометрического состава почв в целом. Поэтому для того, чтобы провести детальное сравнение рассматриваемых классификаций, нами был проведен модельный эксперимент с оптимизацией всех этапов производства гранулометрического анализа почв с учетом особенностей каждой классификации.
Для интерпретации результатов, полученных методом лазерной дифракции, за рубежом используется трехчленная классификация почв по гранулометрическому составу [10]. Её отличие от российской не только в смещении границ основных классов, как показано в табл. 2, но и в том, что при оценке результатов в ней не принимается во внимание разница в условиях почвообразования. Учитывая, что зарубежные классификации при определении текстурного класса почвы ограничиваются определением только минеральных ЭПЧ, это можно признать обоснованным. В российском почвоведении, как уже было отмечено выше, при определении гранулометрического состава и классификационной принадлежности используются ЭПЧ различного происхождения, поэтому учет условий среды, в которых проходило формирование ЭПЧ, представляется необходимым. Обусловлено это тем, что почва, по определению В.В. Докучаева, - функция, которая находится в зависимости от климата, живых организмов, почвообразующей породы и рельефа, следовательно, и все ее компоненты находятся в той же зависимости. Поэтому при определении ее текстурных классов пренебрегать условиями почвообразования методически неправильно.
Таблица 2 / Table 2
Фракционные границы и их несоответствие в классификациях почв по гранулометрическому составу Н.А. Качинского, по данным Всемирной справочной базы почвенных ресурсов (WRB) и министерства сельского хозяйства США (USDA) / Fraction boundaries and their differences among the soil texture classifications by N. A. Kachinski, World Reference Base for Soil Resources (WRB),
and the U.S. Department of Agriculture (USDA)
Н.А. Качинский USDA WRB Фракция
Фракция Размер фракций ЭПЧ, мм
Ил < 0,001 < 0,002 < 0,002 Clay (глина)
Мелкая пыль 0,001-0,005
0,002-0,05 0,002-0,063 Silt (пыль)
Средняя пыль 0,005-0,01
Крупная пыль 0,01-0,05
Песок мелкий 0,05-0,25 0,05-0,1 0,063-0,125 Very fine sand (очень мелкий песок)
0,1-0,25 0,125-0,20 Fine sand (мелкий песок)
Песок средний 0,25-0,5 0,25-0,5 0,20-0,63 Medium sand (средний песок)
Песок крупный 0,5-1,00 0,5-1,00 0,63-1,25 Coarse sand (крупнозернистый песок)
Гравий 1,00-3,00 1,00-2,00 1,25-2,00 Very coarse sand (очень крупнозернистый песок)
В табл. 3 представлены результаты определения гранулометрического состава, полученные методом лазерной дифракции, для горизонта С чернозёма обыкновенного карбонатного, глубина залегания которого (100-145 см) делает его, казалось бы, наименее подверженным влиянию окружающей среды. Интерпретация проводилась по классификации Н.А. Качинского, учитывающей тип почвообразования. Результаты показали, что при интерпретации экспериментальных данных решающим оказывается выбор типа почвообразования: разновидность текстурного класса глины определяется от легкой до тяжелой в зависимости от того, к какому типу почвообразования отнесена почва. Так, если разновидность почвы определяется в соответствии с действительным типом почвообразования, то гранулометрический состав классифицируется как легкоглинистый. При таких же показателях для почв подзолистого типа почвообразования гранулометрический состав определили бы как среднеглинистый, а для солонцов - как тяжелоглинистый.
Таблица 3 / Table 3
Результаты определения гранулометрического состава почвы в горизонте С чернозёма обыкновенного карбонатного (Ботанический сад Южного федерального университета) и их интерпретация по Н.А. Качинскому / Results of defining the primary soil particles composition of the soil at horizon C of Calcic Chernozem at the Botanical Garden of Southern Federal University and their interpretation by N.A. Kachinski
Фракция Размер фракций ЭПЧ, мм Содержание ЭПЧ, %
Ил <0,001 6,44±0,10
Мелкая пыль 0,001-0,005 36,29±0,27
Средняя пыль 0,005-0,01 22,36±0,85
Крупная пыль 0,01-0,05 19,36±0,34
Песок мелкий 0,05-0,25 15,55±1,00
Песок средний 0,25-0,5 0,00±0,00
Песок крупный 0,5-1,00 0,00±0,00
Гравий 1,00-3,00 0,00±0,00
Сумма частиц < 0,01 % 65,09±1,06 Степной тип почвообразования Глина лёгкая
Обсуждение
Анализ полученных результатов показал, что изменение градации илистой фракции в зарубежных классификациях с 0,001 мм (классификация Качинского) на 0,002 мм (классификации USDA и WRB) приводит к увеличению ее количества в последних в 1,5-2 раза. Соответственно, и в содержании общей пыли наблюдаются существенные различия, поскольку верхняя граница илистой фракции изменена (сдвинута).
Суммарное количество физического песка чаще всего совпадает, так как граница этой фракции во всех рассматриваемых нами классификациях находится приблизительно на одном уровне. Похожие закономерности в отношении общего количества песка установили М. В. Вайчис, И. П. Маж-вила [18] при исследовании почв Литвы двумя методами - Качинского и ФАО (Фере).
Однако если рассматривать различия по фракциям песка, картина меняется. Покажем это на примере почвы горизонта С чернозёма обыкновенного карбонатного (табл. 4). Общее количество песка в образце составило 15,55 %, и по классификации Качинского весь он определяется как фракция мелкого песка. USDA выделяет фракцию очень тонкого песка, куда попадает 0,03 %, остальные 15,52 % классифицируются как тонкий песок. В классификации WRB вследствие расширения границ среднего песка распределение песчаных частиц более дробное: фракция среднего песка -0,01 %, тонкого песка - 12,62 %, а очень тонкого - 2,92 %.
Таблица 4 / Table 4
Гранулометрический состав горизонта С чернозёма обыкновенного карбонатного в контексте обсуждаемых классификаций / Particle-size distribution of the C horizon of ordinary carbonate chernozem in the context of the discussed classifications
Н.А. Качинский USDA WRB
Фракция Размер фракций ЭПЧ, мм Содержание ЭПЧ, % Фракция Содержание ЭПЧ, % Размер фракций ЭПЧ, мм Содержание ЭПЧ, % Размер фракций ЭПЧ, мм Содержание ЭПЧ, % Фракция
Ил <0,001 6,44±0,10 Ил 6,44±0,10 <0,002 17,41±0,27 <0,002 17,41±0,27 Clay
Мелкая пыль 0,001-0,005 36,29±0,27 Пыль 78,01±0,19 0,002-0,05 67,04±0,22 0,002-0,063 67,04±0,22 Silt
Средняя пыль 0,005-0,01 22,36±0,85
Крупная пыль 0,01-0,05 19,36±0,34
Песок мелкий 0,05-0,25 15,55±1,00 Песок 1,00-0,25 15,55±0,28 0,05-0,1 0,03±0,01 0,063-0,125 2,92±0,41 Very fine sand
0,1-0,25 15,52±0,27 0,125-0,20 12,62±0,38 Fine sand
Песок средний 0,25-0,5 0,00±0,28 0,25-0,5 0,00±0,00 0,20-0,63 0,01±0,00 Medium sand
Песок крупный 0,5-1,00 0,00±0,00 0,5-1,00 0,00±0,00 0,63-1,25 0,00±0,00 Coarse sand
Гравий 1,00-3,00 0,00±0,00 Гравий 0,00±0,00 1,00-2,00 0,00±0,00 1,25-2,00 0,00±0,00 Very coarse sand
Почва по гранулометрическому составу
Глина легкая Silty loam (пылеватый суглинок)
На начальных этапах формирования классификаций механических элементов градации размерности частиц были обусловлены возможностями оборудования, которым располагали исследователи (размерность ячеек сит, мощность микроскопа). Затем сказалась преемственность, которой в той или иной степени обладают все рассматриваемые классификации. Например, фракция, которую позже Уитни назвал фракцией тонкого песка, впервые была выделена Осборном,
вероятно потому, что таковы были возможности оборудования, которым он располагал. Ученые смещали, преобразовывали, дополняли существующие границы фракционных классов. Находились различные обоснования разделения частиц по размерам, чаще всего математические. Например, разные размерные классы предлагалось определять на последовательной математической основе десятичной логарифмической шкалы, причем каждый последующий класс должен был делить размер предыдущего класса пополам, определяя ширину фракционных границ [19]. В результате исследователи в стремлении создать удобную и простую в использовании и запоминании классификацию отдалялись от главного, что должно определять границы основных гранулометрических классов, - природы происхождения частиц.
Первым к необходимости уточнения и обоснования фракционных границ с позиции химических, физических, физико-химических и физико-механических свойств пришел А. Аттерберг [20]. Он исследовал коагуляционную способность механических элементов почв различной крупности, определив глинистые свойства для частиц размером <0,02 мм, тогда как в отечественной классификации эта граница - 0,01 мм. Верхняя граница илистой фракции (<0,002 мм) также обоснована исследованиями свойств ЭПЧ, а именно резко выраженной пластичности. Однако исследования П.Ф. Мельникова [21], Е.И. Кочериной [22], А.И. Личмановой [23], В.М. Безрука [24] сместили границу до 0,001 мм. Тем не менее до настоящего времени в этом вопросе нет единого мнения и высказываются предложения о сдвиге границы в сторону увеличения до 0,002 мм [3]. Это мнение явно заслуживает внимания, потому что, как справедливо отмечают авторы, это облегчило бы сопоставление результатов, полученных исследователями разных школ почвоведения, и сократило бы время отбора пробы для определения илистой фракции в пипет-методе, что тоже немаловажно. Однако такая поправка к классификации гранулометрических элементов осложнит сопоставление с уже имеющимися в базах данных и в литературе прошлых лет результатами исследований. Хотя она и не изменит принципов определения класса почв по гранулометрическому составу, но, вероятно, повлияет на величину всех расчетных параметров, в которых используется содержание ила в почве. Например, в чернозёмах обыкновенных карбонатных определением гранулометрического состава методом лазерной дифракции установлено, что на долю разницы между 0,001 и 0,002 мм приходится до 13,5 %. Тем не менее, по нашему мнению, необходимо проведение специальных исследований с разными типами почв по детальному изучению этого вопроса.
Насколько важно адекватное установление границ между классами гранулометрических элементов, явствует из следующего примера. Границу между мелкой и средней пылью, установленную в 0,005 мм, важно различать не только в генетическом почвоведении, но и в дорожном почвоведении, и в строительстве. Обусловлено это тем, что в более крупных фракциях свойства пластичности и липкости, а также способность к набуханию отсутствуют. Фракции размерностью ниже указанной границы обладают цементирующей способностью, что особенно важно в процессе структурообразования [13].
Различия в интерпретации данных по содержанию пыли рассмотрим на примере образца из горизонта В1 чернозёма обыкновенного карбонатного (табл. 5).
Зарубежные системы не разделяют пыль на более мелкие фракции, как это предусмотрено классификацией Н.А. Качинского. Однако если сравнить суммарное количество пыли, учтенное методом Качинского, - 86,89 %, с содержанием пылеватых частиц по USDA - 82,40 % и по WRB -88,30 %, то разница очевидна. Уменьшение количества пыли при определении по версии USDA происходит вследствие того, что из-за смещения границы ила на 1 мкм в сторону увеличения пылеватая часть теряет 4,49 %, они попадают во фракцию ила.
Сравнивая количество пыли по Качинскому и WRB, следует отметить, что в международной классификации выход пыли больше, чем по классификации Качинского, - 88,30 и 86,89 соответственно, несмотря на то что часть пылеватых частиц (0,001-0,002) перешла во фракцию ила. Это произошло за счет сдвига верхней границы общей пыли по версии WRB по сравнению с классификацией Качинского - 0,063 против 0,05 соответственно. Как следствие, все частицы размером 0,063-0,05 мм, которые по Качинскому относятся к мелкому песку, пополнили собой фракцию пыли, а это 5,90 %.
Вследствие изменения границ основных текстурных классов, а соответственно, и изменения количества ЭПЧ, составляющих эти классы, при диагностировании приведенной в данном примере почвы гранулометрический состав оценивается как более тяжелый либо более легкий, в
зависимости от того, какой классификационной системой пользуется исследователь. Естественно, что разночтения в названии, не отражают реальное положение, так как в действительности количество ЭПЧ различных размеров в исследуемой почве не изменяется. На примерах, приведенных в табл. 4, 5, видно, что применение различных классификаций к одному и тому же почвенному образцу, иными словами, к одному и тому же относительному содержанию ЭПЧ, привело к смещению текстурного класса в сторону утяжеления при оценке по версии зарубежных классификаций.
Таблица 5 / Table 5
Гранулометрический состав почвы из горизонта В1 чернозёма обыкновенного карбонатного в контексте обсуждаемых классификаций / Particle-size distribution of the B1 horizon of ordinary carbonate chernozem in the context of the discussed classifications
Н.А. Качинский USDA WRB
Фракция Размер фракций ЭПЧ, мм Содержание ЭПЧ, % Фракция Содержание ЭПЧ, % Размер фракций ЭПЧ, мм Содержание ЭПЧ, % Размер фракций ЭПЧ, мм Содержание ЭПЧ, % Фракция
Ил <0,001 2,26±0,18 Ил 2,26±0,18 <0,002 6,75±0,76 <0,002 6,75±0,76 Clay
Мелкая пыль 0,001-0,005 15,97±0,76 Пыль 86,89±5,93 0,002-0,05 82,40±5,37 0,002-0,063 88,30±2,71 Silt
Средняя пыль 0,005-0,01 15,74±2,78
Крупная пыль 0,01-0,05 55,18±3,29
Песок мелкий 0,05-0,25 10,86±1,11 Песок 1,00-0,25 10,86±6,06 0,05-0,1 10,83±6,04 0,063-0,125 4,95±3,31 Very fine sand
0,1-0,25 0,03±0,02 0,125-0,20 0,00±0,00 Fine sand
Песок средний 0,25-0,5 0,00±0,00 0,25-0,5 0,00±0,00 0,20-0,63 0,00±0,00 Medium send
Песок крупный 0,5-1,00 0,00±0,00 0,5-1,00 0,00±0,00 0,63-1,25 0,00±0,00 Coarse sand
Гравий 1,00-3,00 0,00±0,00 Гравий 0,00±0,00 1,00-2,00 0,00±0,00 1,25-2,00 0,00±0,00 Very coarse sand
Почва по гранулометрическому составу
Суглинок средний Silt (пылеватая)
Заключение
Отсутствие единых номенклатурных построений и методических подходов к классификациям ЭПЧ, общепринятых в научном сообществе, приводит к тому, что исследователи применяют различные методы и критерии для группировки механических элементов. При этом в классификациях, отличающихся между собой по принципиальным вопросам, часто используются одни и те же названия, что создает дополнительные трудности. Осложняется интерпретация в процессе работы над переводными статьями, поскольку под одним и тем же термином, например «пыль - silt», понимаются различные по размеру частицы, что, в свою очередь, приводит к затруднению применения международного опыта в отечественных исследованиях, а также может осложнять обзор публикаций в нашей сфере исследований.
Метод лазерной дифракции не связан ни с одной из сравниваемых классификаций, что позволяет использовать его в качестве независимого от сложившихся стереотипов. Преимуществом метода в подобного рода исследованиях является и то, что в нем предусмотрена возможность выставлять необходимые границы фракций, характерные для сравниваемых классификаций. Это
позволяет определять гранулометрический состав образца таким образом, что возможен дальнейший пофракционный сравнительный анализ количества входящих в них ЭПЧ.
Анализ полученных результатов показал, что вследствие изменения верхней границы ила в зарубежных классификациях по сравнению с классификацией Качинского происходит увеличение количества илистой фракции в первых - от 1,5 до 2 раз. Изменение границы ил - пыль вносит отличия и в содержание пыли.
Существующие разночтения в определении границ основных текстурных классов в классификациях Качинского, с одной стороны, и USDA, WRB - с другой, приводят к изменению количества ЭПЧ, составляющих эти классы, что сопровождается разногласиями в диагностике почвы по ее гранулометрическому составу. Это отражается в названии, тогда как реальное количество ЭПЧ различных размеров в образце не изменяется.
При определении текстурных классов почвы по Качинскому учет условий почвообразования обязателен, и как показали наши исследования, пренебрежение ими приводит к ошибкам в диагностике почвы по гранулометрическому составу.
Список источников
1. Шеин Е.В. Гранулометрический состав почв: проблемы методов исследования, интерпретации результатов и классификаций // Почвоведение. 2009. № 3. С. 309-317.
2. Морозов И.В., Безуглова О.С. Классификация элементарных почвенных частиц в разных школах почвоведения // Фундаментальные исследования. 2011. № 12-2. С. 281-285.
3. Yudina A.V., Fomin D.S., Kotelnikova A.D., Milanovskii E.Yu. From the Notion of Elementary Soil Particle to the Particle-Size and Microaggregate-Size Distribution Analyses: A Review // Eurasian Soil Science. 2018. № 51 (11). Р. 1326-1347.
4. Безуглова О. С. Роль и значение классификационных построений в почвоведении // Междунар. журн. экспериментального образования. 2011. № 7. С. 20-22.
5. Воронин А.Д. Основы физики почв. М.: Изд -во Моск. ун-та, 1986. 244 с.
6. Дюшофур Ф. Основы почвоведения. Эволюция почв. М.: Прогресс, 1970. 591 с.
7. Ryzak M., Bieganowski A. Methodological aspects of determining soil particle-size distribution using the laser-diffraction method // J. of Plant Nutrition & Soil Science. 2011. № 174. Р. 624-633.
8. Soil survey manual. Soil Survey Division Staff. United States Department of Agriculture. 2017. № 18. 120 р.
9. Болдырева В.Э., Безуглова О.С., Морозов И.В. К вопросу об определении гранулометрического состава почв с использованием метода лазерной дифракции // Науч. журн. Российского НИИ проблем мелиорации. 2019. № 1 (33). С. 184-194.
10.Mako G.T., Weynants M., Rajkai K., Hermannb T., Toth B. Pedotransfer functions for converting laser diffraction particle-size data to conventional values, British Society of Soil Science // European J. of Soil Science. 2017. Vol. 68. Р. 769-782.
11. Хазарьян В.Э. Сравнительный анализ методов пипетки и лазерной дифракции // Ломоносов-2013 : тез. докл. XX Междунар. науч. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. Москва, 8-12 апреля 2013 г. М.: МАКС Пресс, 2013. С. 218-219.
12. Shein E.V., Milanovsky E.Yu., MolovA.Z. The granulometric composition: the role of soil organic matter in data distinctions between sedimentation and laser diffraction analysis // Eurasian Soil Science. 2006. № 13(39). P. 84-90.
13. Качинский Н.А. Физика почв. М.: Высшая школа, 1965. Ч. 1. 324 с.
14. IUSS Working Group WRB: World Reference Base for Soil Resources 2014, Update 2015 // World Soil Resources Reports. 106. Rome: FAO, 2015. 203 р.
15. Шеин Е.В. Полевые и лабораторные методы исследования физических свойств и режимов почв: метод. руководство. М.: Изд-во Моск. ун-та. 2001. 200 с.
16. РоуэлД.Л. Почвоведение: методы и использование. М.: Колос, 1998. 486 с.
17. Juma N. G. The Pedosphere and its Dynamics // A Systems Approach to Soil Science. Vol. 1 : Introduction to soil science and soil science resources. Edmonton: Salman University of Alberta, 1999. 315 р.
18. Вайчис М.В., Мажвила И.П. Сравнительные исследования и оценка гранулометрического состава почв Литвы методами Н.А. Качинского и ФАО // Почвоведение. 2009. № 3. С. 318-324.
19. BlottS.J., Pye K. Particle size scales and classification of sediment types based on particle size distributions: Review and recommended procedures // Sedimentology. 2012. № 59 (7). Р. 2071-2096.
20.Atterberg A. Die mechanische Bodenanalyse und die Klassifikation der Mineralboden Schwedens // Int. Mitt. Bodenkd. 1912. № 2. S. 312-342.
21. Мельников П.Ф. Состав и свойства глинистой части некоторых почв и грунтов // Учен. записки Моск. ун-та. 1949. № 133. С. 58-60.
22. Кочерина Е.И. Некоторые химические и физические свойства отдельных механических фракций дерново-подзолистой почвы // Почвоведение. 1954. № 12. С. 22-28.
23. Личманова А.И. Некоторые свойства механических фракций светло-серой лесной почвы // Почвоведение. 1962. № 6. С. 58-69.
24. БезрукВ.М. Геология и грунтоведение : учебник. М.: Недра, 1977. 256 с.
References
1. Shein E.V. The particle-size distribution in soils: problems of the methods of study, interpretation of the results, and classification. Eurasian Soil Science. 2009;42(3):284-291.
2. Morozov I.V., Bezuglova O.S. Classification of soil primary particles at different schools of soil science. Fundamental'nye issledovaniya = Fundamental Research. 2011;(12-2):281-285. (In Russ.).
3. Yudina A.V., Fomin D.S., Kotelnikova A.D., Milanovskii E.Yu. From the notion of primary soil particle to the particle-size and microaggregate-size distribution analyses. Eurasian Soil Science. 2018;(51):1326-1347.
4. Bezuglova O.S. The role and meaning of making classifications in soil science. Mezhdunar. zhurn. eksper-imental'nogo obrazovaniya = International Journal of Experimental Education. 2011;(7):20-22. (In Russ.).
5. Voronin A.D. Principles of soil physics. Moscow: Moscow University Press; 1986. 244 p. (In Russ.).
6. Duchofour F. Fundamentals of soil science. Evolution of soils. Moscow: Progress Publ.; 1970. 591 p. (In Russ.).
7. Ryzak M., Bieganowski A. Methodological aspects of determining soil particle-size distribution using the laser-diffraction method. Journal of Plant Nutrition & Soil Science. 2011; 174:624-633.
8. Soil survey manual. Soil Survey Division Staff. United States Department of Agriculture. 2017;(18). 120 р.
9. Boldyreva V.E., Bezuglova O.S., Morozov I.V. To the issue of defining the soil texture by means of laser diffraction. Nauch. zhurn. Rossiiskogo NIIproblem melioratsii = Land Reclamation and Hydraulic Engineering. 2019;(1):184-194. (In Russ.).
10. Mako G.T., Weynants M., Rajkai K., Hermannb T., Toth B. Pedotransfer functions for converting laser diffraction particle-size data to conventional values. European J. of Soil Science. 2017;68:769-782.
11. Khazaryan V.E. Comparative analysis of the pipette and laser diffraction methods. Lomonosov-2013, Materials of 20th International Scientific Conference of Students, Postgraduates, and Young Researchers. Moscow, April 8-12, 2013. Moscow: MAKS Press; 2013:218-219. (In Russ.).
12. Shein E.V., Milanovsky E.Yu., Molov A.Z. The granulometric composition: the role of soil organic matter in data distinctions between sedimentation and laser diffraction analysis. Eurasian Soil Science. 2006;(13):84-90.
13. Kachinskii N.A. Soil physics. Part 1. Moscow: Vysshaya shkola Publ.; 1965. 324 р. (In Russ.).
14. IUSS Working Group WRB: World Reference Base for Soil Resources 2014, Update 2015. World Soil Resources Reports. 106. Rome: FAO; 2015. 203 р.
15. Shein E.V. Field and laboratory methods of researching the physical properties and modes of soils: study guide. Moscow: Moscow University Press; 2001. 200 р. (In Russ.).
16. Rowell D.L. Soil science: methods and use. Moscow: Kolos Publ.; 1998. 486 p. (In Russ.).
17. Juma N.G. The Pedosphere and its Dynamics. A Systems Approach to Soil Science. Vol. 1: Introduction to soil science and soil science resources. Edmonton: Salman University of Alberta; 1999. 315 р.
18. Vaicys M., Mazvila J. Comparative studies and assessment of the particle-size distribution in soils of lithuania by the Kachinskii and FAO methods. Eurasian Soil Science. 2009;42(3):292-298.
19. Blott S.J., Pye K. Particle size scales and classification of sediment types based on particle size distributions: Review and recommended procedures. Sedimentology. 2012;59(7):2071-2096.
20. Atterberg A. Mechanical analysis and classification of mineral soils in Sweden. Int. Mitt. Bodenkd. 1912;(2):312-342. (In Germ.).
21. Melnikov P.F. The content and properties of the clay part of some soils and grounds. Uchen. zapiski Mosk. un-ta = Proceedings of Moscow University. 1949;133:58-60. (In Russ.).
22. Kocherina E.I. The chemical and physical properties of some mechanical fractions of soddy - podzolic soil. Pochvovedenie = Eurasian Soil Science. 1954;(12):22-28. (In Russ.).
23. Lichmanova A.I. Some properties of the mechanical fractions of light-gray forest soil. Pochvovedenie = Eurasian Soil Science. 1962;(6):58-69. (In Russ.).
24. Bezrouk V.M. Geology and soil science. Textbook. Moscow: Nedra Publ.; 1977. 256 р. (In Russ.).
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2022. No. 2
Информация об авторах
Ольга Степановна Безуглова - доктор биологических наук, профессор, профессор кафедры почвоведения и оценки земельных ресурсов.
Вероника Эдуардовна Болдырева - преподаватель, кафедра почвоведения и оценки земельных ресурсов. Игорь Вадимович Морозов - кандидат биологических наук, доцент, доцент кафедры почвоведения и оценки земельных ресурсов.
Сулейман Самидинович Тагивердиев - кандидат биологических наук, научный сотрудник, научно-испытательная лаборатория биогеохимии.
Сергей Николаевич Горбов - доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой ботаники, заведующий научно-испытательной лабораторией биогеохимии.
Information about the authors
Olga S. Bezuglova - Doctor of Science (Biology), Professor, Professor of the Department of Soil Science and Land Resources Assessment.
Veronica E. Boldyreva - Lecturer, Department of Soil Science and Land Resources Assessment.
Igor V. Morozov - Candidate of Science (Biology), Associate Professor, Associate Professor of Department of Soil
Science and Land Resources Assessment.
Suleyman S. Tagiverdiev - Candidate of Science (Biology), Researcher, Laboratory of Biogeochemistry. Sergey N. Gorbov - Doctor of Science (Biology), Professor, Head of the Department of Botany, Head of the Laboratory of Biogeochemistry.
Статья поступила в редакцию 27.03.2022; одобрена после рецензирования 18.04.2022; принята к публикации 16.05.2022. The article was submitted 27.03.2022; approved after reviewing 18.04.2022; accepted for publication 16.05.2022.