CC BY
56
Яковлева Л.В., Федотова А.В.
Астраханский государственный университет Е-mail: [email protected]
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДОВ ПОЛЕВОЙ ЭЛЕКТРОФИЗИКИ ПРИ ОБСЛЕДОВАНИИ ПОЧВ АРИДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ
В работе представлены результаты исследований методами электрофизики и традиционными методами обследование засоленных почв антропогенно измененного дельтового ландшафта в пределах западной периферии Волжской дельты и восточной окраины подстепных ильменей-.Проведенный регрессионный анализ зависимостей данных полученных разными методами подтвердил, что для оценки содержания солей в ландшафте предпочтительнее использовать метод насыщенных водой почвенных паст.
Ключевые слова: засоление, вертикальное электрическое зондирование, дельтовая территория, антропогенно измененный ландшафт, водная вытяжка, почвенные пасты.
Применение электрофизических методов в почвоведении, земледелии и мелиорации, как у нас в стране, так и за рубежом началось более четверти века назад именно с исследования засоления почв аридных регионов [2,78; 3,23; 4,948; 5]. Но, к сожалению, это были в основном лабораторные исследования почвенных растворов, вытяжек, суспензий, паст сильно увлажненных почв. В реальных природных условиях использование методов электрофизики считалось затруднительным, так как на оценку засоления значительно влияет влажность почвы в сухом состоянии. В аридных районах, занимающих около одной трети площади суши, водорастворимые соли в значительной мере определяют качество почв и их пригодность для земледелия [1,1].В работе проведено исследование о возможности использования электрофизических методов для оценки засоления в сухой период года.
В качестве объекта исследования выбран антропогенно измененный дельтовый ландшафт, расположенный в пределах западной периферии Волжской дельты и восточной окраины подстепных ильменей. По генетическому типу придельтовая территория относится к современной аллювиальной равнине.
Оценку засоления почв проводили по показателям, связанным с концентрацией солей в водонасыщенных пастах, в частности, по величине электрического сопротивления паст. Электрическое сопротивление паст выражали в Ом*м.
Водная вытяжка показывает большее удельное электрическое сопротивление, чем влагонасыщенная почва естественного сложения или почвенная паста, и, следовательно, меньшую концентрацию ионов. Определение
ЕС производилось во взятых в датчики образцах почвы естественного сложения, увлажненных до НВ, или непосредственно в стенке увлажненного разреза, в поле; пасте и капиллярно-насыщенной почве, просеянной через сито в 1 мм и для сравнения в водной вытяжке при соотношении воды к почве 5:1.
Полученные результаты позволяют утверждать, что возможно оценивать засоление и при низкой влажности, особенно методами ГЭП (горизонтального электрического профилирования) и ВЭЗ (вертикального электрического зондирования), т. к. они обычно захватывают большие объемы почвы, куда не включаются верхние приповерхностные слои (5-10 см), т. к. они пробиваются электродами. Но следует признать, что если требуются точные данные, то целесообразно применять увлажненные до пастообразного состояния образцы. Серия экспериментов показала, что в этом случае увлажненная до пастообразного состояния почва имеет практически тоже сопротивление, что и ее раствор или вытяжка 1:1.
Вертикальное электрическое зондирование и горизонтальное электрическое профилирование - по нашему мнению, это первые методы, с которых следует начинать обследование на засоленность намеченной территории, т. к. они обладают определенной «дистанционностью» и при их использовании нет нужды закладывать разрезы и бурить скважины. Важно, что при измерениях ВЭЗами и ГЭПами снижается влияние влажности, т. к. верхние самые иссушенные слои мало влияют на сопротивление.
В результате проведенных исследований было установлено влияние концентрации солей на электрофизические свойства почвы в около-
бугровомантропогенно измененном ландшафте дельты Волги.
Исходным материалом являлся массив данных по величинам электрического сопротивления, полученного методом ГЭП, в почвенных пастах и массив величин плотного остатка.
На рисунке 1 представлены зависимости между величиной плотного остатка водной вытяжки и электрическим сопротивлением в пастах в исследуемых почвах.
Паста готовилась в соотношении 1:1, что обычно на легких и среднесуглинистых почвах обеспечивало состояние текучести.
Для сравнения измерения электрического сопротивления проводили и для сильно увлажненных до пастообразного состояния почвенных образцов в специальных датчиках-кюветах, чтобы полностью «устранить» влияние влажности.
Наблюдается увеличение электрического сопротивления при уменьшении количества солей (величины плотного остатка), что свиде-
тельствует об обратной зависимости этих двух параметров.
Для каждого сопряженного ряда величин по слоям был проведен корреляционный анализ и получены уравнения регрессии, которые характеризуют количественную зависимость между изучаемыми параметрами.
Для слоя 0-5 см, 10-15 см и 20-25 см между исследуемыми параметрами наблюдается экспоненциальная зависимость: уравнение регрессии для слоя 0-5 см - у=1,832е-0,148х, R2 = 0,94; для слоя 10-15 см - у=1,653е-0,168х, R2 = 0,84; для слоя 20-25 см у=2,741е-0,371х, R2 = 0,85; для слоя 40-45 см, уравнение регрессии у=10,12е-0,861х, R2 = 0,92.
Отметим, что обратно-пропорциональная зависимость сопротивления от влажности имеет еще более тесную зависимость, чем экспоненциальная, но лишена физического смысла, в отличие от последней.
На рисунке 2 представлены зависимости между электрическим сопротивлением, полу-
а)
б)
Электрическое сопротивление, ОМ*м
в)
Электрическое сопротивление, Ом*м
г)
Рисунок 1. Зависимость между величиной плотного остатка водной вытяжки и электрическим сопротивлением в пастах (а - слой 0-5 см; б - слой 10-15 см; в - слой 20-25 см; г - 40-45 см)
ченным в методе ГЭП, величиной плотного остатка водной вытяжки и электрическим сопротивлением в пастах.
Прямолинейная зависимость
(у=0,7548х+0,9843, R2 = 0,82) наблюдается между электрическим сопротивлением в методе ГЭП и электрическим сопротивлением в пастах. Зависимость между электрическим сопротивлением в методе ГЭП и величиной плотного остатка изменяется по экспоненте, уравнение регрессии у=2,023е-0167х, R2 = 0,79.
Проведенный регрессионный анализ для данных полученных разными методами электрофизического исследования почв подтвердил, что для оценки содержания солей в ландшафте предпочтительнее использовать метод насыщенных водой почвенных паст.
В методе анализа насыщенной водой почвенной пасты делается попытка как можно меньше нарушить химическое равновесие, свойственное реальной почве. С некоторыми допущениями можно полагать, что метод водной вытяжки позволяет оценить общее количество легкорастворимых солей в почвах, а метод насыщенных водой почвенных паст - концентрацию солей в почвенных растворах.
Сравнение полученных результатов методом ГЭП и насыщенных водой почвенных паст, позволило установить прямую корреляцию данных, значение коэффициента корреляции составило 0,91.
27.08.2013
3,5
Электрическое сопротивление, КОМ
а)
О ^------------1-------------1------------1------------1
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00
Электрическое сопротивление, кОм б)
Рисунок 2. Зависимость между электрическим сопротивлением и величиной плотного остатка водной вытяжки (а), и электрическим сопротивлением в пастах (б)
Список литературы:
1.Боровский В.М. О солеобмене между морем и сушей и многолетней динамике почвенных процессов // Почвоведение. -1961. - №3. - С. 1.
2.Вадюнина А.Ф. Использование электрических параметров в диагностике и технологии засоленных почв // Тез. Докл. Всесоюзного совещания «Совершенствование приемов и методов мелиорации солонцовых почв». - М., 1976. - С. 78-80.
3. Карпачевский, Л.О. О капиллярном подъеме растворов солей в слоистых почвах / Л.О. Карпачевский // Докл. высшей школы. - 1959. - №3. - С. 23-28.
4. Поздняков А.И. Использование метода постоянных электрических полей в почвенных исследованиях // А.И. Поздняков, Ю.К. Хан // Почвоведение. - 1979. - №7. - С. 948.
5. Halvorson, A.D., Rhoades I.D. Field mapping soil conductivity to delineate dryland saline seeps with fourelectrode technique // Soil Sc. Soc. AmericaJ, 1976. - V. 40.
Сведения об авторах:
Яковлева Людмила Вячеславовна, профессор кафедры ботаники, почвоведения и экологии биосистем Астраханского государственного университета, доктор биологических наук, доцен,
e-mail: [email protected] Федотова Анна Владиславовна, проректор по научной работе, профессор кафедры ботаники, почвоведения и экологии биосистем Астраханского государственного университета, доктор биологических наук, профессор, e-mail:[email protected]
