CC BY
58
Сакункончак Т., Милановский Е.Ю., Хайдапова Д.Д.
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, г Москва
ИЗМЕНЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ В ДЛИТЕЛЬНОМ АГРОНОМИЧЕСКОМ ОПЫТЕ
Фундаментальные физические свойства (гранулометрический состав, удельная поверхность, теплота смачивания и др.) значимо не изменились под влиянием почти 100-летнего применения извести, минеральных удобрений и навоза. Зависимости сопротивления расклиниванию от влажности в варианте с применением навоза указывает на более прочные межчастичные контакты в изученном диапазоне влажностей, а также более резкое увеличение межчастичных взаимодействий при уменьшении влажности в вариантах «Контроль» и «Известь» в сравнении с другими вариантами.
Ключевые слова: почва, физические свойства, минеральные удобрения, известь, органические удобрения.
Введение
Применение удобрений, в том числе и органических, сельскохозяйственной техники, агрохимикатов изменяет многие свойства почв, включая и довольно консервативные физические свойства, такие как агрегатный состав, удельная поверхность и некоторые другие [1-3]. Однако нередко изменения свойств твердой фазы почвы столь незначительны, что в большинстве случаев традиционными методами исследования изменения физических свойств не улавливаются [3]. Проблема в этом случае заключается в том, чтобы обосновать набор физических методов, которые бы позволили четко и однозначно судить о происходящих изменениях, наметить направления этих изменений, достоверно оценивать различия в изменениях в зависимости от варианта агрономического воздействия. В связи с этим, цель работы: изучить современными методами физические свойства дерново-подзолистых почв в длительном агрономическом опыте.
Задачами работы являлись: (1) изучить широкий набор разнообразных физических свойств дерново-подзолистой почвы; (2) провести анализ изменения физических свойств почв под влиянием применения удобрений, извести, навоза и (3) обосновать набор свойств и соответствующих методов их изучения для выявления изменений в физических свойствах почв под влиянием минеральных и органических удобрений, извести.
Объекты и методы
Исследования проводились на длительном полевом опыте Тимирязевской академии, заложенном профессором А.Г. Доярен-
ко в 1912 году [1]. Почва опытного участка -дерново-среднеподзолистая легкосуглинистая. Земельный участок опыта площадью 1,5 га с углоном в 1о на северо-запад расположен на южной окраине Клинско-Дмит-ровской возвышенности. На участке бессменных посевов каждое поле перпендикулярно длинной стороне разделено на 11 делянок площадью 100 м , на которых размещены варианты удобрения: контроль, К, Р, К, КР, КК, РК, КРК, навоз, КРК+навоз, а с осени 1949 года регулярно, один раз в ротацию (6 лет) проводится известкование почвы. В опыте менялись дозы минеральных элементов питания и навоза, что систематизировано по 4 периодам (табл. 1).
Первая доза извести составила 4,57 т/га доломитизированного известняка. Последующие дозы рассчитывались на основе гидролитической кислотности почвы и составили (год - доза): 1954 - 4,5; 1960 - 1; 1966 - 2; 1973 - 3; 1978 - 2; 1984 - 3; 1990 - 2 и 1996 - 3 т/га [1].
Почвенные образцы отбирали в апреле 2008 г. по слоям 0-10, 10-20, 20-30 и 30-40 см с помощью цилиндра-бура в 3-кратной повторности на участке бессменных посевов ячменя. Исследовались варианты: контроль, известь, КРК, КРК+навоз.
Таблица 1. Внесения минеральных элементов питания и навоза по периодам [1]
Период Годы Навоз, т/га N | Р205 | К20
кг д. в. на 1 га
1 1912-1938 18 7,5 15 22,5
2 1939-1954 20 75 60 90
3 1955-1972 10 50 75 60
4 1973 по н/в 20 100 150 120
Плотность была определена буровым методом буром Польского. Гранулометрический состав определялся в два этапа: на первом почву растирали и просеивали через сито с отверстиями диаметром 1 мм и 0,25 мм; тем самым определяли грубодисперсные фракции. Гранулометрический состав оставшейся после просеивания почвы (фракция <0,25 мм) был определен лазерно-дифракционным методом на приборе РШТЗСИ Апа^ейе 22 с предварительной обработкой ультразвуком в чистой воде. Таким образом получали процентное содержание грубодисперных фракций (>0,25 мм) и гранулометрический состав мелкодисперной фракции (<0,25 мм). Эта процедура была необходима в связи с тем, что исследованная почва имеет высокое содержание грубодисперсных фракций (песка среднего и крупного, гравия), которые затрудняли анализ распределения частиц размерами менее фракции среднего песка.
Определение удельной поверхности проводили методом десорбционного равновесия над насыщенными растворами солей. Содержание органического углерода было определено с помощью автоматического анализатора АН-7529 при температуре 900-1000 С в потоке очищенного от примесей кислорода [2].
Теплота смачивания (ТС, кал/г) была определена на калориметре типа ОХ12К и вычислялась по формуле: ТС = К^. П ^/Р^ где К^. - теплоемкость калориметра, ^ - истинное повышение температуры, Рс - масса абсолютно сухой навески [3].
Результаты и обсуждение
В табл. 2 представлены результаты исследования основных свойств дерново-подзолистой почвы.
Как видно из табл. 2, почвы по гранулометрическому составу относятся к среднему суглинку и к легкому суглинку в поверхностных слоях варианта «Контроль». Следует отметить резкое облегчение гранулометрического состава почвы в слоях 30-40 см (до супеси) варианта «КРК». На характерное распределение свойств твердой фазы по профилю указывает и удельная поверхность по воде. Отметим, что в нижних исследованных слоях (30-40 см) вариантов «Контроль» и «КРК+навоз» происходит тру-добъяснимое увеличение удельной поверхности. Кроме того, заметно увеличивается удельная поверхность, определенная методом десорбции паров воды, в варианте «КРК+навоз». Такое увеличение, по-видимому, объясняется повышенной гидрофильностью органического вещества в этом варианте и, видимо, некоторым изменением минералогического состава в нижних слоях почвы. Следует отметить и повышенную водоудерживающую способность почв в этом варианте, что хорошо иллюстрируется заметно более высокой важностью при пределах текучести и пластичности. Плотность почвы из табл. 2 заметно увеличивается по глубине во всех вариантах. В пахотном слое варианта «КРК+навоз» плотность снижена в сравнении с другими вариантами, т.е. внесение навоза улучшает плотность почвы в пахотном слое. В
Таблица 2. Некоторые физические и химические свойства дерново-подзолистой почвы*
Варианты Глубина, см Физич. глина, % Сод. ила, % Плотность г/см Сорг, % ^пол, м /г ТС, кал/г ПП, % ПТ, %
Контроль 0-10 27,61 3,92 1,56 1,04 22,01 1,68 14,49 19,24
10-20 28,17 3,90 1,58 1,04 20,84 1,56 15,10 18,16
20-30 29,27 4,59 1,80 0,65 18,67 1,37 12,60 15,29
30-40 34,04 4,98 1,75 0,24 26,20 1,39 12,33 15,25
Известь 0-10 31,48 4,23 1,67 1,20 22,60 2,18 15,10 19,88
10-20 29,54 3,95 1,65 1,2 21,80 1,46 15,56 19,43
20-30 31,34 4,23 1,88 1,05 20,79 1,46 15,53 20,03
30-40 25,82 3,41 1,97 0,75 14,10 1,25 12,61 14,02
№К 0-10 32,53 4,77 1,58 1,16 21,77 1,44 15,16 19,92
10-20 31,10 4,26 1,50 1,22 17,69 1,78 14,45 18,96
20-30 29,13 3,88 1,67 0,67 19,02 1,47 12,87 16,59
30-40 17,39 2,42 1,75 0,26 13,75 0,78 12,95 13,71
ОТК+навоз 0-10 32,12 4,23 1,44 1,77 27,83 2,20 12,82 26,45
10-20 31,08 4,20 1,40 2,09 31,38 3,13 21,38 27,22
20-30 27,42 3,76 1,75 0,57 20,40 1,23 13,20 17,13
30-40 35,57 6,55 1,84 0,21 46,66 2,11 13,30 19,48
* - Бполн - полная поверхность почвы по десорбции паров воды, ТС - теплота смачивания, ПП и ПТ - пределы пластичности и текучести
варианте «Известь» наибольшая плотность почвы. Изменение плотности в варианте «Известь» отмечалось также и в исследованиях Тимирязевской Сельскохозяйственной Академии в 1996-1998 гг. Однако в этих исследованиях указывается, что плотность варианта «Известь» выше плотности варианта «Контроль» незначительно и сделан вывод о том, что это уплотнение в пределах ошибки опыта [1]. Теплота смачивания почв в исследованных вариантах варьировала в пределах 0,78-3,13 кал/г, т.е. эта почва может быть отнесена к слабо гидрофильной. Следует отметить, что наибольшие значения теплоты смачивания наблюдаются в варианте «КРК+навоз», что, видимо, связано в первую очередь с наличием гидрофильного органического вещества.
Итак, сравнительный анализ некоторых физических и химических свойств поверхностных горизонтов почв различных вариантов длительного агрономического опыта показал следующее: (1) почвы слабо различаются по фундаментальным физическим свойствам, которые характеризуют твердофазную основу почвы. Она изменилась очень незначительно; (2) наблюдается заметная пространственная изменчивость свойств как по профилю, так и между вариантами. Полагаем, что несколько облегченный гранулометрический состав варианта «Контроль», и повышенное содержание тонких частиц в варианте «КРК+навоз» обусловлен в первую очередь пространственной неоднородностью почвенного покрова участка и в меньшей мере - с агрохимическим и агромелиоративным воздействием. В целом же можно сделать вывод, что основные фундаментальные физические свойства существенно не изменяются под влиянием длительных агрохимических воздействий. Лишь вариант «КРК+навоз» заметно отличается повышенным содержанием тонких гранулометрических частиц, и, соответственно, более высокой водоудерживающей способностью (влажностью) при пределах текучести и пластичности.
Вследствие небольших различий в фундаментальных физических свойствах вариантов мы решили провести анализы физико-механических свойств почвы. Физико-механические свойства, такие как механическая прочность агрегатов и сопротивление расклиниванию почвенных паст различной влажности, дают
возможность оценивать движение частиц друг относительно друга, т.е. оценить межчастичные взаимодействия. И для целей нашего исследования эти свойства могут оказаться более чувствительными и важными, чем традиционные фундаментальные физические свойства.
Наиболее интересным, на наш взгляд, представляется поведение почв разных вариантов опыта под механической нагрузкой в виде сопротивления расклиниванию при различной влажности. В этом случае почва подвергается как деформациям сдавливания, так и деформациям сдвига, когда в полной мере проявляются ее дилатантные свойства и свойства, характеризующие сцепление почвенных частиц [3] и в целом характеризует механическую прочность почвы. С этой целью были получены зависимости сопротивления расклиниванию от влажности почв в диапазоне от влажности предела текучести до влажности предела пластичности для различных вариантов опыта.
На рис. 1 представлены указанные кривые. Практически для всех исследованных глубин заметно, что кривая зависимости Рт-Ш для варианта «КРК+навоз» находится в области более высоких влажностей, т.е. при одинаковой влажности почвы этого варианта обладают более прочными межчастичными связями, формируя структуры типа коагуляционных. Отметим также, что известкованный вариант также проявляет более заметные прочностные и дилатантные свойства, что подтверждается более высокой крутизной вида зависимости Рт-Ш. Как видно из рисунков, прочность почвенной структуры во всех вариантах опыта резко возрастает в довольно узком диапазоне влажности. Такое реологическое поведение почвы характерно для почв с наличием грубодисперсных гранулометрических компонентов, что и подтверждается данными по гранулометрическому анализу почв.
Выводы
1. В условиях длительного агрономического опыта фундаментальные физические свойства дерново-подзолистых почв значительно не изменились под влиянием применения извести, удобрений и навоза. Отмечается некоторое увеличение количества тонких частиц в профиле почв варианта «КРК+навоз», увеличение водоудерживающей способности почв этого варианта.
—ф— контроль —■— известь —▲— ИРК —*— ИРК+навоз
Рисунок 1. Зависимости сопротивления расклиниванию (Рт, кг/см2) дерново-подзолистой почвы от влажности (Ш, % к массе абсолютно-сухой почвы) по вариантам исследования на глубинах 0-10, 10-20, 20-30 и 30-40 см
2. Физико-механические свойства (прочность агрегатов и зависимость сопротивления расклиниванию от влажности почв) оказываются наиболее чувствительными и статистически более надежными для целей сравнительной оценки изменения почв в результате длительно влияния удобрений. Эти свойства и характеристические зависимости оценивают меж-частичные взаимодействия, связи, формирующиеся между отдельнымми почвенными час-
тицами, реологическое поведение почв различных вариантов агрономического опыта.
3.Реологические свойства вариантов «Контроль» и «Известь» в сравнении с другими вариантами опыта указывают на достоверно более высокий рост межчастичных взаимодействий с уменьшением влажности, что связано с облегченным гранулометрическим составом почв варианта «Контроль» и агрегацией частиц вследствие влияния извести.
Список использованной литературы:
1. Алферов А.А., Сафонов А.Ф. Водопрочность структуры и плотность почвы // Длительному опыту ТСХА 90 лет: итоги научных исследований. М.: МСХА, 2002.
2. Шеин Е.В. Курс физики почв. М., Изд-во МГУ. 2005.
3. Теории и методы физики почв. Под ред Шеина Е.В., Карпачевского Л.О. М., 2007.
