Научная статья на тему 'Свойства почвообразующих пород Тура-Пышминского междуречья'

Свойства почвообразующих пород Тура-Пышминского междуречья Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
160
35
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МЕЖДУРЕЧЬЕ / ПОЧВООБРАЗУЮЩИЕ ПОРОДЫ / ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ / ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА / ПЛОДОРОДИЕ / ВОДОПРОНИЦАЕМОСТЬ / ВОДОРАСТВОРИМЫЕ СОЛИ / MEZHDURECHYE / SOIL-FORMING ROCKS / GRANULOMETRIC COMPOSITION / PHYSICAL PROPERTIES / FERTILITY / WATER PERMEABILITY / WATER-SOLUBLE SALTS

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Ерёмин Дмитрий Иванович

Цель исследования анализ свойств почвообразующих пород, сформировавшихся при непосредственном участии речных систем. Грунты изучались на территории Тюменского района и г. Тюмени. Детальный анализ показал, что изучаемый грунт относится к покровным суглинкам и глинам, по своим характеристикам отличающимся от лёссовидных пород европейской части России. Мощность покровных пород составляет не более 5 м. Они малокарбонатны, незасолены и часто имеют слоистое строение. Верхние 3 м отложений содержат минимальное количество водорастворимых солей (сухой остаток менее 0,1%). Легкосуглинистые и среднесуглинистые почвообразующие породы до глубины 4,0 м содержат минимальное количество водорастворимых солей. В тяжелосуглинистых и глинистых разновидностях водорастворимые соли содержатся на глубине 3 м. В изучаемых почвообразующих породах соли натрия и калия почти отсутствуют. Изученные покровные суглинки характеризуются благоприятными физическими свойствами: плотность сложения и твёрдой фазы составляет 1,44-1,62 и 2,70-2,78 г/см3 соответственно. Водопроницаемость высокая коэффициент фильтрации варьирует в пределах 3,4-6,4 м/сутки, минимальная скорость движения воды наблюдается в глинистых разновидностях грунта. Наличие песчаных прослоек негативно влияет на водопроницаемость грунта.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Ерёмин Дмитрий Иванович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE PROPERTIES OF SOIL-FORMING ROCKS IN THE TUR-PYSHMINSKY MEZHDURECHYE

The article deals with the analysis of the properties of soil-forming rocks, having been formed with the direct participation of river systems. The soils of the Tyumen region and of the city of Tyumen have been studied. The detailed analysis conducted show that the soils under study belong to blanket loams and clays, which differ by their characteristics from the loess-like rocks of the European part of Russia. The thickness of the blanket rocks is not more than 5 m. They are low-carbonate non-saline salts and often have a layered structure. The top 3 m of the sediments contain minimum amounts of water-soluble salts (the dry residue being of less than 0.1%). The light and medium loamy soil-forming rocks up to the depth of 4.0 m contain minimum amounts of water-soluble salts. The heavy loams and clay soil varieties contain water-soluble salts at the depth of 3 m. There are almost no sodium and potassium salts in soil-forming rocks. The blanket loams are characterized by favorable physical properties: the density of soil structure and its solid phase is 1.44-1.62 and 2.70-2.78 g/cm3, respectively. The water permeability is high the filtration coefficient varies within 3.4-6.4 m/day, the minimum water velocity is observed in clayey varieties of soil. The presence of sandy stratums has negative influence on the soil water permeability.

Текст научной работы на тему «Свойства почвообразующих пород Тура-Пышминского междуречья»

Свойства почвообразующих пород Тура-Пышминского междуречья

Д.И. Ерёмин, д.б.н., профессор, ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья

Одним из факторов почвообразования В.В. Докучаев выделял материнские породы, поскольку именно от них основные свойства современных почв переходят в наследство. Прежде всего это гранулометрический состав, от которого зависят почти все элементы плодородия. Наличие водорастворимых солей и карбоната кальция в почвообразующих породах способно повлиять на формирование почв засолённого ряда. Особенности строения толщи почвообразующих пород обусловливают те или иные водно-физические свойства и водный режим. Учитывая специфику климата и залегания почвообразующих пород, можно довольно успешно прогнозировать динамику плодородия современных почв, возможности их улучшения или предотвращения появления неблагоприятных свойств.

Господствующие почвообразующие породы Западно-Сибирского региона представлены лёссовидными суглинками и глинами аллювиального и делювиального происхождения. Все эти породы карбонатны с различным запасом бикарбоната кальция. В южной части региона почвообразующие породы нередко содержат в своём составе водорастворимые соли, которые оказывают непосредственное действие на современное почвообразование. Кроме представленных пород встречаются пески, супеси и лёгкие суглинки. Эти породы в большинстве случаев приурочены к древним долинам рек. В некоторых местах они выходят на поверхность, формируя там почвы подзолистого типа. На лёгких суглинках обычно располагаются серые лесные почвы, характеризующиеся выщелоченностью или оподзоленностью.

В геологическом строении Тура-Пышминское междуречье расположено на покровных карбонатных суглинках и глинах со своеобразным гранулометрическим составом, физическими, химическими и водными свойствами. Мощность отложений этих пород достигает 5 м. Наличие песчаных прослоек привело к формированию современных почв на анализируемой территории с неблагоприятными водными и агрофизическими свойствами [1, 2]. Как отмечал Л.Н. Каретин, даже чернозёмы Зауралья обладают неудовлетворительными водно-физическими свойствами по причине формирования их на многочленных почвообразующих породах [3]. Это также неоднократно подтверждалось и другими исследователями в более поздние периоды [4—6].

Цель нашего исследования заключалась в анализе свойств почвообразующих пород, сфор-

мировавшихся при непосредственном участии речных систем.

Материал и методы исследования. Грунты изучали на территории Тюменского района и г. Тюмени. Бурение проводилось на глубину до 5 м. При отборе образцов выделяли глубину залегания каждого слоя. Анализ физических и химических свойств отобранных грунтов проводился в соответствии c государственными стандартами. Гранулометрический состав определяли методом лазерной гранулометрии и по Качинскому; плотность сложения и твёрдой фазы — по Качинскому; коэффициент фильтрации — согласно рекомендациям по методике лабораторных испытаний грунтов (П-12-83); содержание гигроскопической влаги — согласно ГОСТу 28268-89; порозность общая — расчётная; состав водорастворимых солей — по Аринушки-ной; органический углерод — методом Тюрина в модификации ЦИНАО. Результаты исследования подвергались статистической обработке с использованием Microsoft Excel.

Результаты исследования. Как показал визуальный анализ, представленные почвообразующие породы имеют жёлто-палевую окраску, тонкопористое сложение, слабо уплотнены. Повсеместно встречаются опесчаненные или глинистые прослойки, присутствует в рассеянном состоянии галька.

По содержанию фракций гранулометрического состава покровные породы данного региона существенно отличаются от лёссовидных грунтов, к которым некоторые исследователи пытаются их отнести. Лёссы и лёссовидные грунты европейской части России имеют очень высокое содержание пыли (0,05-0,001 мм) - от 60 до 80%, в том числе крупной пыли (0,05-0,01 мм) — 30-50%, состоящей из вторичных минералов. Анализируемые покровные суглинки характеризуются очень низким содержанием фракции пыли - от 10 до 40%, из которых на долю фракции крупной пыли приходится не более 20% (рис.). Такое содержание крупной пыли не позволяет отнести анализируемый грунт к типу лёссовидных.

Кроме того, этот грунт, в отличие от лёссов и лёссовидных суглинков европейской части России, содержит в 2 раза меньше карбоната и гидрокарбоната кальция, а также характеризуется более высокой степенью опесчаненности. Лёгкие и средние суглинки в большинстве относятся к группе иловато-песчаных грунтов. Тяжёлые суглинки обычно песчано-иловатые, а глинистый грунт характеризуется пылевато-иловатым гранулометрическим составом.

Изученные покровные суглинки и глина, распространённые на территории Тюменского района,

□ Песок средний (1,00-0,25 мм)

□ Песок мелкий (0,25-0,05 мм)

□ Пыль крупная (0,5-0,01 мм)

□ Пыль средняя (0,01-0,005 мм)

□ Пыль мелкая (0,005-0,001 мм)

□ Ил (<0,001 мм)

Рис. - Гранулометрический состав покровных суглинков Тура-Пышминского междуречья. Количество определений - 45. Глубина отбора - 3x5 м

не засолены (табл. 1, 2). Максимальная сумма ионов составляет 0,266% в глинистом грунте. В лёгких суглинках сумма ионов уменьшается, достигая 0,131% от массы грунта. Сухой остаток представлен преимущественно бикарбонатом кальция. Изучаемые грунты характеризуются отсутствием карбонатов (С03), которые можно встретить в минимальных количествах (не более 2 мг/100 г) в глинистом грунте, изъятом с глубины 4,0—5,0 м.

Легкосуглинистые и среднесуглинистые грунты до глубины 4,0 м содержат минимальное количество водорастворимых солей, которые незначительно аккумулируются в слое 4,5—5,0 м. Это связано с частичным вымыванием их нисходящими потоками воды вследствие высокой водопроницаемости этих грунтов. В тяжелосуглинистых и глинистых разновидностях процесс миграции солей менее заметен — их содержание постепенно возрастает уже на глубине 3 м. Однако в этом слое соли натрия и калия почти отсутствуют, что положительно повлияло на формирование современных почв без признаков засоления. Изъятый при строительных работах такой грунт может быть использован для создания искусственных поч-восмесей при обустройстве и отсыпке городских территорий [7, 8].

В составе грунта, изъятого с глубины 1,5—5,0 м, был обнаружен органический углерод, который

1. Данные анализа водной вытяжки грунта различного гранулометрического состава

Разновидность почвообразующих пород Глубина отбора, м

Ионы 1,5-2,0 3,0-3,5 4,5-5,0

мг/100 г % мг/100 г % мг/100 г %

нсо3 72 0,072 83 0,083 92 0,092

со3 0 0 0 0 0 0

Лёгкий суглинок (*п=15) С1 17 0,017 18 0,018 24 0,024

во4 Са 7 25 0,007 0,025 7 31 0,007 0,031 12 38 0,012 0,038

Mg 6 0,006 5 0,005 6 0,006

Ыа+К 4 0,004 5 0,005 7 0,007

нсо3 82 0,082 84 0,084 92 0,092

со3 0 0 0 0 0 0

Средний суглинок (п=22) С1 18 0,018 17 0,017 25 0,025

Бо4 са 4 28 0,004 0,028 5 35 0,005 0,035 8 37 0,008 0,037

Mg 5 0,005 6 0,006 6 0,006

Ыа+К 5 0,005 6 0,006 8 0,008

нсо3 120 0,120 31 0,031 37 0,037

со3 0 0 0 0 0 0

Тяжёлый суглинок (п=18) с1 11 0,011 11 0,011 12 0,012

Во4 са 3 30 0,003 0,030 4 40 0,004 0,04 3 40 0,003 0,040

Mg 7 0,007 7 0,007 8 0,008

Ыа+К 50 0,050 50 0,050 6 0,006

нсо3 160 0,160 18 0,018 21 0,021

со33 0 0 0 0 2 0,002

с1 12 0,012 12 0,012 16 0,016

Глина (п= 10) Во4 40 0,004 50 0,050 50 0,050

са 40 0,040 50 0,050 50 0,050

Mg 8 0,008 8 0,008 9 0,009

Ыа+К 6 0,006 1 0,001 2 0,002

п - число образцов

2. Химические и физические свойства грунтов разного гранулометрического состава

Разновидность почвообразующих пород Сумма ионов, % Углерод органический, % рН, ед Плотность Ообщая порозность, % от объёма Гигроскопическая влага, % от массы Коэффициент фильтрации, м/сутки

сложения твёрдой фазы

Лёгкий суглинок 0,131 0,12 7,8 1,44 2,70 45,4 2,5 6,3

Средний суглинок 0,142 0,12 7,8 1,56 2,72 42,3 2,9 5,7

Тяжёлый суглинок 0,221 0,27 7,9 1,62 2,78 40,5 4,4 4,2

Глина 0,266 0,35 7,9 1,54 2,77 45,2 4,6 3,4

выходит в состав гумусовых веществ. Необходимо отметить, что эти вещества преимущественно встречаются в слое 1,5—2,0 м тяжелосуглинистого и глинистого грунта — их содержание достигает 0,27—0,35% от массы. В более лёгких по гранулометрическому составу грунтах их можно встретить и в слое 3,0—3,5 м. Обнаруженный углерод входит в состав подвижных фульвокислот, соли которых являются водорастворимыми и способны мигрировать вглубь под действием нисходящих токов воды [9]. Данные кислоты обычно реагируют с катионами щелочноземельных металлов, входя -щими в состав бикарбонатов, и не оказывают негативного действия на бетон или строительные конструкции.

Наличие гидрокарбоната кальция обусловливает слабощелочную реакцию грунта, достигающую в тяжёлых суглинках и глине 7,9 ед. В более лёгких разновидностях — рН не имеет существенных отличий (7,8 ед.).

Исследуемые почвообразующие породы по своим физическим показателям значительно отличаются от лёссовых пород европейской части России. Плотность твёрдой фазы значительно выше вследствие особенностей минералогического состава: в лёгких и средних суглинках она составляет 2,70—2,72 г/см3, тогда как в тяжёлых суглинках и глине — 2,77—2,78 г/см3. Однако плотность сложения по сравнению с европейскими аналогами грунтов, напротив, меньше и составляет 1,44—1,62 г/см3. Нужно отметить, что сильной корреляционной связи между плотностью и гранулометрическим составом не обнаружено. Полученные значения плотности твёрдой фазы характеризуют грунт как хорошее для строительных объектов основание с высокой несущей способностью.

Общий объём пустот (пористость) довольно большой, особенно учитывая тот факт, что грунт находится на глубине 1,5—5,0 м. Пористость варьирует от 40,5 до 45,4% от объёма грунта. Содержание гигроскопической влаги, а следовательно, и максимальной гигроскопичности, хорошо коррелирует с содержанием физической глины. В легкосуглинистом и среднесуглинистом грунтах содержание гигроскопической влаги составляет 2,5—2,9% от массы. В более тяжёлых разновидностях грунта она возрастает до 4,6%.

Водопроницаемость определялась в нескольких точках на грунтах с различным гранулометрическим составом. Наивысшую водопроницаемость имеют легкосуглинистые грунты — коэффициент фильтрации составляет 6,3 м/сутки. Минимальная водопроницаемость отмечена у глины — 3,4 м/сутки. Можно установить наличие высокой корреляционной связи между коэффициентом фильтрации и водопроницаемостью, это справедливо для однородных грунтов. Однако, как мы уже указывали, породы, на которых располагается Тюмень и её окрестности, слоистые, что делает их в отдельных случаях водонепроницаемыми. Причиной этого является создание слоя капиллярно-подпертой-подвешенной влаги. Кроме того, в весенний период (иногда до середины июня) в профиле породы остаются мерзлотные прослойки, водопроницаемость которых равна нулю. Учитывая эти факторы, можно сделать вывод, что водопроницаемость почвообра-зующих пород на территории Тура-Пышминского междуречья довольно непостоянная, что привело к проявлению комплексности современного почвенного покрова.

Выводы.

1. Покровные суглинки и глины Тура-Пыш-минского междуречья имеют мощность до 5 м, малокарбонатны, слоисты. Гранулометрический состав преимущественно песчано-илованый. Низкое содержание фракции пыли не позволяет отнести их к группе лёссовидных отложений.

2. Грунт на всю глубину его залегания пресный (сухой остаток менее 0,1%). Из солей преобладает гидрокарбонат кальция. Верхние 3 м отложений характеризуются минимальным содержанием ионов, вследствие миграции на глубину 5 м.

3. Покровные суглинки имеют благоприятные показатели физических свойств, отличающиеся от европейских аналогов. Водопроницаемость однородных по гранулометрическому составу почвообразующих пород классифицируется как хорошая. При наличии опесчаненных прослоек корреляция между коэффициентом фильтрации и гранулометрическим составом нарушается. Водопроницаемость таких грунтов резко уменьшается, а на отдельных участках отсутствует полностью, негативно влияя на водный режим современных почв.

Литература

1. Моторин А.С., Букин А.В. Пойменные почвы лесостепной зоны Северного Зауралья / ГНУ НИИСХ Северного Зауралья Россельхозакадемии. Новосибирск, 2014. 228 с.

2. Моторин А.С., Букин А.В. Гранулометрический состав и химические свойства аллювиальных почв поймы реки Пышма // Аграрный вестник Урала. 2012. № 8 (100). С. 69-72.

3. Каретин Л.Н. Почвы Тюменской области. Новосибирск: Наука, 1990. 286 с.

4. Еремин Д.И. Агрогенное изменение гранулометрического состава при распашке чернозёма выщелоченного в лесостепной зоне Зауралья // Вестник КрасГАУ. № 8. 2014. С. 34-36.

5. Рзаева В.В., Еремин Д.И. Изменение агрофизических свойств чернозёма выщелоченного при длительном использовании различных систем основной обработки и минеральных

удобрений в Северном Зауралье // Вестник КрасГАУ. 2010. № 3. С. 60-66.

6. Ерёмин Д.И., Моисеев А.Н. Влияние севооборотов на агрофизические свойства чернозёма выщелоченного // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2012. № 6. С. 26-32.

7. Iglovicov A.V. The development of artificial phytocenosis in environmental construction in the Far North / A.V. Iglovicov // Procedia Engineering. 2016. No 165. pp. 800-805.

8. Eremin D., Eremina, D. Influence of granulometric composition structure of anthropogenic- reformed soil on ecology of infrastructure / D.I. Eremin, D.V. Eremina // Procedia Engineering. 2016. No. 165. pp. 788-793.

9. Eremin D.I. Changes in the content and quality of humus in leached chernozems of the Trans-Ural forest-steppe zone under the impact of their agricultural use / D.I. Eremin // Eurasian Soil Science. 2016. Vol. 49. No. 5. pp. 538-545.

Влияние пирогенного фактора на биологическую активность почв степных ландшафтов

Е.С. Хилова, магистрант, ФГБОУ ВО Оренбургский ГУ

Окружающая среда всегда испытывала воздействие огня, в той или иной степени разрушающего целостность любых экосистем. Безусловно, огонь влияет на каждый из компонентов биогеоценоза. Почва выступает неотъемлемой составляющей всей экосистемы. Она подвергается многостороннему, сильному, сложному воздействию, что в свою очередь приводит к изменению трофических уровней, гидротермического режима, а также биологических показателей.

Почвенные микроорганизмы представляют значительную долю почвенной подстилки. Они регулируют преобразование питательных веществ и поток энергии. Микробиологическое разнообразие почв имеет решающее значение для поддержания устойчивости экосистемы и сильно страдает из-за антропогенных нарушений, таких, как пожары. Такие нарушения могут вызывать сдвиги в комплексе почвенных микроорганизмов, что приводит к существенному воздействию на биогеохимические процессы и функционирование экосистемы [1].

Рассматривая вопрос о влиянии пирогенного фактора на свойства почв, следует учитывать, что действие его неоднозначно. Известно, что после пожара степь моментально зарастает свежей зеленью.

Вопросы постпирогенной трансформации степных ландшафтов Оренбургской области исследовали З.Н. Рябинина, С.Н. Рябцов, О.Г. Калмыкова,

A.А. Чибилева, А.И. Пуляев, М.А. Сафонов,

B.А. Немков, Е.В. Сапига, Е.В. Шеин и др. Их работы охватывают изучение воздействия пирогенеза на растительный и животный мир, физические и химические свойства почв.

Западно-европейские (Sauer В., 1950; Malin E., 1953; Cleve et al. 1983; Brye K., 2006) учёные говорят о том, что эволюция лесостепных почв, чернозёмов, каштановых и тёмно-каштановых шла при

непосредственном участии пирогенного фактора. Свидетельством тому является инфракрасный анализ гуминовых кислот, в результате которого обнаруживается так называемый пирогенный углерод, при первостепенном участии которого и формировались почвы [2].

Под действием огня изменяются биологические и химические показатели. Актуальным является вопрос об изменении микробиологических свойств почвы в первые годы после пожара. Цель исследования — выявление степени воздействия высоких температур на почву путём выяснения динамики численности разных эколого-трофических групп бактерий.

Материал и методы исследования. Осенью 2014 г. из-за неразумного обращения с огнём в 5 км от особо охряняемой природной территории — государственного заповедника «Оренбургский» возникло возгорание, которое вскоре распространилось на участок «Буртинская степь». Воздействию огня подверглись южные чернозёмы.

На данной территории были отобраны образцы весной, летом и осенью 2016 г. Было выбрано два участка, в частности на каждом из них присутствовали горевший и негоревший фрагменты.

С помощью элективных твёрдых питательных сред, предложенных Р. Кохом, были выращены и подсчитаны колониеобразующие единицы. Использовались стандартные методики и среды: среда Чапека — для учёта микроскопических грибов, крахмало-аммиачный агар (КАА) — для выявления аммилолитической группы микроорганизмов, среда Эшби — для выделения бактерий рода А1о1оЬае1ег, голодный агар (ГА) — учёт олиготрофных бактерий, среда Гетченсо-на — выявление целлюлозоразрушающих бактерий, мясопептонный агар (МПА) — выращивание аммонифицирующих бактерий. Осуществлялось культивирование почвенных суспензий в чашках Петри шпателем.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.