CC BY
154
КОНСТРУИРОВАНИЕ ПОЧВ
состоянии - твердую компактную массу. Поглотительная способность хорошо выражена. Способность к коагуляции высокая. Содержание питательных веществ значительное.
Таким образом, оценка важнейших свойств гранулометрических фракций является важнейшим аспектом создания почвенно-грунтовых смесей заданного качества.
Библиографический список
1. Безрук, В. Гранулометрический состав как показатель физико-механических свойств почв и грунтов / В. Безрук // Почвоведение. - 1935. - № 2. - С. 202-218.
2. Вильямс, В.Р. Почвоведение. Земледелие с основами почвоведения. Т 1. / В.Р. Вильямс. - М.: Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1949. - 471 с.
3. Гаркуша, И.Ф. Почвоведение с основами геологии / И.Ф. Гаркуша, М.М. Яцюк. - М.: Колос, 1969.
- 399 с.
4. Глинка, К.Д. Почвоведение / К.Д. Глинка. - М.: Новая деревня, 1927. - 580 с.
5. Качинский, Н.А. Физика почвы. Ч. 1. / Н.А. Качин-ский. - М.: Высшая школа, 1965. - 323 с.
6. Кочерина, Е.И. Химические и физические свойства механических фракций дерново-подзолистой почвы / Е.И. Кочерина // Почвоведение. - 1954.
- № 12. - С. 53-71.
7. Кузнецова, И.В. Влияние гранулометрического, минералогического состава и содержание органического вещества на набухание почв / И.В. Кузнецова, В.И. Данилова // Почвоведение. - 1991. - № 10. - С.69-83.
8. Ланге, О.К. Основы гидрогеологии / О.К. Ланге.
- М.: МГУ, 1958. - 257 с.
9. Лебедев, А.Ф. Почвенные и грунтовые воды / А.Ф. Лебедев. - М.-Л.: Изд-во Академии наук СССР, 1936. - 315 с.
10. Личманова, А.И. Некоторые свойства механических фракций светло-серой лесной почвы / А.И. Личманова // Почвоведение. - 1962. - № 6.
- С.58-69.
11. Михайлов, Л.Е. Гидрогеология: учебн. для вузов / Л.Е. Михайлов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - 264 с.
12. Охотин, В.В. Гранулометрическая классификация грунтов на основе их физических и механических свойств / В.В. Охотин // Труды НИИ автогужевых и дорожных сооружений. - 1933. - 23 с.
13. Ревут, И.Б. Физика почв / И.Б. Ревут. - Л.: Колос, 1964. - 319 с.
14. Роде, А.А. Основы учения о почвенной влаге. Т.1. Водные свойства почв и передвижение почвенной влаги / А.А. Роде. - Л.: Гидрометеоиздат, 1965.
- 663 с.
15. Ткачук, В.Г. Физико-механические свойства фракций отдельных грунтов и их классификация / В.Г. Ткачук // Почвоведение. - 1938. - № 7-8.
- С.1042-1055.
ПРОБЛЕМЫ С ГИДРОФОБНОСТЬЮ ПОЧВЫ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ
Л.В. АРХИПОВА,
О.В. КОРМИЛИЦЫНА,
В.В. БОНДАРЕНКО,
Д. КООЛЕН
Гидрофобность почвы - свойство почвы отталкивать воду. Гидрофобные почвы имеют низкую водопроницаемость и практически не увлажняются. В случае развития гидрофобных условий в засушливый период количество доступной для растений воды в почве может снижаться до точки устойчивого завядания. Впоследствии вода, которая не сможет впитаться в почву, будет стекать по поверхности и способствовать развитию эрозии почвы. Гидрофобность почвы может стать проблемой на газонах, в питомниках, оранжереях, сельском хозяйстве и на сгоревших лесных и луговых угодьях.
Причины развития гидрофобности почвы. Гидрофобная почва имеет несколько
возможных причин появления, однако исследователи полагают, что основной является наличие органической оболочки на минеральных частицах почвы наподобие воскового налета (рис. 1 а, б), который создает поверхностное натяжение водной пленки на частицах, препятствующее притяжению к ним водных молекул [3]. Это оболочка не обязательно покрывает частицы почвы полностью и не всегда очень толстая [4].
Считается, что оболочка возникает от жизни или разложения растений и/или микроорганизмов. Ранее предполагалось, что причиной гидрофобности является наличие гифов грибов, покрывающих отдельные частицы почвы [10]. С помощью сканирующего
102
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2007
КОНСТРУИРОВАНИЕ ПОЧВ
электронного микроскопа удалось определить несколько таких видов (Helminthosporium, Alternaria, Curvularia). Однако частицы с гифами грибов были обнаружены как в гидрофобной, так и водопроницаемой почве, поэтому считается, что развитие гифов грибов может только способствовать образованию гидрофобности, но не является прямой причиной ее образования [12].
а
б
Рис. 1. Электронный микроснимок песчаной частицы, взятой на участке с гидрофобным песком (природа оболочки не установлена)
Рис. 2. Неравномерное распределение окрашенной воды в верхних слоях почвенного профиля в гидрофобном дюнном песке [4]
Дальнейшие исследования гидрофоб-ности показали, что оболочка на минеральных частицах почвы полярная и может быть сформирована под воздействием гуминовых кислот [4], однако ее точная химическая природа не полностью изучена.
Более сильно подвержены гидрофоб-ности песчаные почвы, так как относительно малая удельная поверхность песка в единице объема делает песок более восприимчивым к развитию гидрофобности, а также почвы с большим содержанием органических веществ. Гидрофобность почвы в поверхностных слоях проявляется наиболее выражено (рис. 2), т.е. на глубине до 2,5-5 см. Тем не менее, иногда обнаруживали гидрофобную почву на глубине 15 см [11].
Гидрофобность почвы зависит от сезона и значения почвенной влажности. В большинстве случаев гидрофобность почвы уменьшается (но не исчезает) в течение зимних месяцев и наиболее сильно проявляется в течение лета. Это сезонное изменение может являться следствием температурных условий и/или условий увлажнения почвы. Продолжительные жаркие и засушливые периоды наиболее благоприятны для образования гидро-фобности. Более того, чрезвычайно влажная и дождливая погода может уменьшить или даже устранить гидрофобность на несколько недель. Так в почве создается предел содержания влаги, выше которого гидрофобность пропадает. А когда содержание влаги в почве оказывается ниже этого предела, почва возвращается в гидрофобное состояние. Непонятно, что влияет на эту отметку влажности, но она различается среди почв и в основном зависит от гранулометрического состава [6].
Проблемы, связанные с гидрофобными почвами. Сухие пятна на спортивных газонах, локальные сухие пятна в летнее время являются бедствием для ряда спортивных газонов, особенно для гольф-полей. Одной из главных причин этого является гидрофоб-ность почвы, которая развивается в песчаном основании газонов. Признаки проявляются в виде пятен коричневого, желто-коричневого цвета дернины (рис. 3). Если их оставить без внимания, то локальные сухие пятна в результате могут быть причиной гибели дернины.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2007
103
КОНСТРУИРОВАНИЕ ПОЧВ
Рис. 3. Локальные пятна на газоне в начальной стадии завядания как следствие гидрофобности почвы
Степень поражения дернины была классифицирована в следующие группы [10]:
1) зеленый, не зараженный дерн,
2) голубые пятна (начальная стадия за-вядания),
3) коричневые пятна (последняя стадия образования локальных сухих пятен, характеризующаяся гибелью дерна).
Причиной таких пятен также может быть наличие сухого травяного войлока дернины, который становится гидрофобным. Иногда травяной войлок иссушается так, что трудно увлажнить почву. Однако не всегда травяной войлок способствует развитию гидрофобных условий. Предварительные научные исследования показали, что локальные сухие пятна могут быть связаны с одним из следующих положений [11]:
1) гидрофобный травяной войлок и гидрофильная почва;
2) гидрофильный травяной войлок и гидрофобная почва;
3) гидрофобные травяной войлок и
почва.
Локальные сухие пятна сложно контролировать, пока они не стали видны, поэтому профилактика в уходе является лучшим средством для контроля. На практике в комплексе успешно применяют такие профилактические приемы, как аэрация, кернинг, использование увлажняющих мелиорантов
[2]. Во многих случаях добавление небольшого количества глины или других материалов с большей удельной поверхностью может уменьшить или даже устранить гид-рофобность, особенно в песчаной среде [7].
Тем не менее, эта практика может создать другие проблемы, например уменьшить инфильтрацию воды, повысить вероятность уплотнения, поэтому она не находит широкого применения в строительстве спортивных газонов [2].
Эрозия почвы. Слабая инфильтрация воды вследствие наличия гидрофобных условий в почве может привести к скоплению воды на поверхности и вызвать эрозию почвы. Особо остро это может проявляться в сгоревших лесах и луговых угодиях.
Во время низового пожара при сгорании растений, находящихся в вегетирующем состоянии, выделяется газ, который проникает в верхний слой почвы, конденсируется там, при этом формирует оболочку на поверхности частиц почвы. Таким образом, верхний слой почвы становится гидрофобным [9]. Гидрофобные условия после лесного пожара формируются не всегда, чаще всего при наличии толстого слоя лесной подстилки, в условиях сильного медленно двигающегося низового и верхового пожара и при наличии почв легкого гранулометрического состава.
При обследовании территории лесного массива после пожара в северной части Колорадо было установлено, что гидрофоб-ность почвы третьего и четвертого классов проявлялась на выгоревших участках высшей и средней категории пожара [8]. С течением времени степень гидрофобности на сгоревших территориях ослаблялась. Было установлено, что предел влажности почвы, при котором гидрофобная почва становилась гидрофильной, зависит от категории пожара и соответственно равен: 10 % - для несгоревших участков, 13 % - для сгоревших участков низкой категории пожара и более 26 % для сгоревших участков средней и высшей категории пожара [8].
При установлении наличия гидрофобных условий после пожара достаточно трудно проводить восстановительные мероприятия из-за неравномерности распределения гидрофобных участков по территории
[9]. Однако в результате процесса замораживания и оттаивания, активности почвенных животных и насекомых гидрофобность со временем исчезает.
104
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2007
КОНСТРУИРОВАНИЕ ПОЧВ
Рис. 4. Пример неравномерности увлажнения почвы на поле при выращивании кукурузы [4]
Рис. 5. Тест на время проникновения водной капли
При тяжелых последствиях от пожара и усиления поверхностной эрозии проводят такие восстановительные мероприятия, как рыхление поверхностного слоя и посев трав, раскладывание соломы для задержания воды, создание террас из бревен вдоль по склону и другие методы по борьбе с эрозией почв [9].
Проблемы с гидрофобностью почвы в питомниках, оранжереях, сельском хозяйстве и озеленении. В декоративных питомниках и оранжереях для выращивания растений как в грунте, так и в контейнерах используют преимущественно компост, торф и песок, то есть те материалы, которые потенциально могут стать гидрофобными в условиях пересыхания почвенного субстрата. Поэтому основной задачей здесь является контроль за уровнем почвенной влажности и своевременный полив в качестве предупреждения проявления гидрофобности. При наличии гидрофобных условий в отдельных случаях применяют увлажняющие мелиоранты (www.scottsprohort.com).
Гидрофобность может наносить большой вред производительности сельскохозяйственных и пастбищных угодий на почвах легкого гранулометрического состава (рис. 4).
Контроль за состоянием почвенной влажности и проведение предупредительных мероприятий, таких как культивация, являются основными в уходе. Для разрушения гидрофобности пахотного слоя проводят культивацию во время дождя после засушливого периода.
В настоящее время ведется поиск новых способов для борьбы с гидрофобностью почв. Изучается использование таких мелиоративных мероприятий, как внесение или опрыскивание увлажняющими мелиорантами (www.aquatrols.com), внесение дисперсной глины [7], биостимуляция - использование воскоразрушающих бактерий, утилизирующих гидрофобные оболочки на частицах почвы [4].
Гидрофобность почвы может быть проблемой и в области озеленения. Гидрофобные условия могут развиваться не только на газонах, как упоминалось выше, но и в субстратах под декоративными растениями. Установить, является ли почва гидрофобной или нет, достаточно легко (см. ниже), поэтому уже на этапе покупки почвенных субстратов рекомендуется проверить почву на гидрофоб-ность [5].
Для определения наличия гидрофоб-ности почвы используют тест на время проникновения водной капли (ТПВК). Три капли дистиллированной воды из стандартной медицинской пипетки помещают на гладкую поверхность образца почвы и определяют время, за которое капли впитываются в почву (рис. 5).
Почва будет считаться гидрофобной, если ТПВК превышает 5 секунд. Это позволяет точно установить, является почва гидрофобной или нет.
Показатели, позволяющие количественно определить устойчивость к водонепроницаемости, были введены Деккером [4] и выделены в пять классов, которые приведены в таблице.
ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 7/2007
105
КОНСТРУИРОВАНИЕ ПОЧВ
Таблица
Классификация по степени почвенной гидрофобности
Класс ТПВК, Степень
сек. гидрофобности почвы
0 <5 Увлажняемая, не гидрофобная
1 5-60 Слабогидрофобная
2 60-600 Сильногидрофобная
3 600-3600 Очень сильногидрофобная
4 >3600 Чрезвычайно сильногидрофобная
Мелиоранты для борьбы с гидро-фобностью почвы. В настоящее время в практике содержания спортивных газонов, реже в тепличных хозяйствах и питомниках, в западных странах широко используются неионные поверхностно-активные вещества, или поверхностные активные увлажняющие вещества, которые ослабляют поверхностное натяжение воды на поверхности частиц почвы, позволяя водным молекулам распространяться [1]. Когда гидрофобность почв проявляется очень сильно, поверхностно-активные вещества могут улучшать способность воды проникать сквозь поверхность почвы и таким образом увеличивать показатель инфильтрации.
Увлажняющие вещества проявили себя как эффективное средство уменьшения проблем с локальными сухими пятнами на газонах, снижения гидрофобности в питомниках и оранжереях. В исследовании, проводимом в Государственном университете Огайо, увлажняющие вещества Wet Terra, Aqua Gro G, Aqua Gro Land Lesco Wet II ослабили серьезность проблемы с локальными сухими пятнами на газонах гольф-полей.
При выборе увлажняющего мелиоранта обычно рассматриваются такие показатели, характеризующие способ их применения, как:
- форма выпуска (жидкость, зернистые, смесь удобрения и увлажняющего мелиоранта);
- продолжительность действия (краткосрочного действия, сезонные, долгосрочного действия);
- потенциальная фитотоксичность (некоторые нельзя применять в жаркую погоду без орошения для снижения риска обгорания листвы; при использовании других почву необходимо оросить сразу после обработки; не рекомендуется использовать в общественных садах и парках).
Библиографический список
1. Baird, J.V Using Wetting Agents (Nonionic Surfactants) on Soil. North Carolina Cooperative Extension Service, AG-439-25 May 1993 (TWK/ MOC).
2. Beard, J.B., 1973. Turfgrass: science and culture. Int. Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, N.J.658 p.
3. Bisdom, E.B.A., Dekker, L.W. and Schoute,
J.F.Th.,1993. Water repellency of sieve fraction from sandy soils and relationships with organic material and soil structure. In: L. Brussaard, M.J. Kooistra (Editors), Int. Workshop on Methods of Research on Soil Structure/Soil Biota Interrelationships. Geoderma, 56:105-118.
4. Dekker, L.W., 1998. Moisture variability resulting from water repellency in Dutch soils. - Wageningen, 240 p.
5. Huinink, J.T.M., 1998. Soil quality requirements for use in urban environments. Soil and tillage research, 47: 157-162.
6. Karnok, K.J., Turcker, K.A. Water-repellent soils. Part 1: Where are we now? Golf Course Management, June 2002.
7. Ma’shum, M., Oades, J. M., Tate, M.E., 1989. The use of dispersible clays to reduce water-repellency of sandy soils. Soil Res., 27:797-806.
8. MacDonald, L.H., Huffman, E. L., 2004. Post-fire soil water repellency: persistence and soil moisture thresholds. Soil Sci. Soc. Am. J.68:1729-1734.
9. Moench, R., Fusaro, J., 2002. Soil erosion control after wildfire. Forestry, 6.308, Int. Colorado State University.
10. NN, 1988. Treating localized dry spots. In: Golf course management. Vol. 20:7-10p.
11. Tucker, K.A., Karnok, K.J., Radcliffe, D.E., Landry, Jr.R.W., Tan, K.H., 1990. Localized dry spots as caused by hydrophobic sand on bentgrass greens. Journal of the American Society of Agronomy, 82: 549-555.
12. Wilkinson, J. F., Miller, 1977. R.H. Investigation and treatment of localized dry spots on sand golf greens. Ohio Agric. Res. Dev. Ctr. No. 60-77
106
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2007
