CC BY
35
нахождения температурного поля. В нем заложена возможность оперативного решения при изменении вида начальных и (или) граничных условий и (или) зависимостей Я-(хД), ср(хД) путем простой замены их выражений в численной схеме. Этот метод может найти применение в практической агрофизике.
Используя численную схему (7), мы составили программу для компьютера в рамках прикладной компьютерной программы МАТНСА02000Р1Ю, которая позволяет определять температурное поле в почвенном профиле при различных начальных и граничных условиях, а также при различных пространственно-временных (эквивалентных) теплофизических коэффициентах ^(х,1) и ср(хд).
В начале программы задаются;
1) глубина активного слоя почвы Н;
2) время наблюдения процесса теплообмена т;
3) теплофизические коэффициенты почвы А, и с:
4) количество узловых точек для расчета дискретного поля температур р (по времени) и m (по глубине почвенного
слоя).
Затем определяются единичные интервалы интегрирования dy (по глубине) и dz (по времени). После чего задаем начальное распределение температуры внутри исследуемой области и распределение температуры на поверхности почвы и на глубине Н (массив Т). Затем вычисляется температурное поле в заданных точках (массив ф). Программа позволяет задавать произвольный вид пространственно-временной зависимости коэффициентов X(x,t), cp(x,t). Кроме того, предусмотрено задание на поверхности почвы произвольной зависимости температуры от времени. Литература
1. Макарычев С.В., Мазиров М.А. Теплофизика почв: методы и свойства.
- Суздаль, 1996, - 231 с.
2. Чудновский А. Ф.Теплофизика почв.
- М., 1976.
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА
В АЛТАЙСКОМ КРАЕ
С.В. Макарычев
Актуальность теплофизических исследований почв обусловлена тем, что энергетические процессы, протекающие в почвенном профиле, во многом обусловливают формирование климата, урожая и непосредственно воздействуют на жизнедеятельность человека.
Непрерывность почвообразования обеспечивается, прежде всего, атмосферным климатом. Поступающая в биокосную систему лучистая энергия Солнца за счет фотосинтеза частично трансформируется в химическую, но в большей степени во внутреннюю, поддерживая явления теплообмена и гумусонакопления в почвенном профиле.
Атмосферные осадки, попадая в почву, частично поглощаются растениями и возвращаются в атмосферу через транспирацию или физическое испарение, а
также участвуют во внутрипочвенном массообмене. Таким образом, устанавливается постоянный тепло- и влагооборот в экологический системе почва-растение-атмосфера, в ходе которого складывается определенный, свойственный тому или иному типу почвообразования, теплофизический режим, являющийся важнейшим свойством почвы.
Многообразная роль климата в почвообразовании была впервые показана В.В. Докучаевым (1948). Почвенный климат, формирующийся во взаимосвязи с почвенно-физическими факторами, атмосферным климатом и антропогенным воздействием, определяет рост и продуктивность сельскохозяйственных культур.
Под климатом почв в настоящее время понимают “многолетний режим температуры и влажности почвы и их
географическое распределение, зависящее от комплекса природных факторов и производственной деятельности человека” (Шульгин, 1967).
По нашему мнению, в почвенной теплофизике целесообразно также использование термина “теплофизическое состояние почвы’,’включающее не только характеристику температурно-влажностных полей, но и комплекс теплофизических свойств генетических горизонтов почв наряду с теплопотоками в почвенном профиле.
К теплофизическим свойствам относятся объемная теплоемкость (Ср), температуропроводность (а) и теплопроводность (X).
Теплоемкость характеризует способность почвы аккумулировать тепло. Удельная теплоемкость - это физическая величина, численно равная количеству тепла, необходимого для изменения температуры единицы массы почвы на один градус (С, Дж/(кг*К). Объемная теплоемкость
- физическая величина, численно равная количеству тепла, необходимого для изменения температуры единицы объема почвы на один градус (С , Дж/(м3*К).
Теплопроводность определяет способность почвы проводить тепло. Теплопроводность - это физическая величина, численно равная количеству тепла, проходящему через единичное поперечное сечение за единицу времени при единичном градиенте температур (к, Вт/(м*К). В почве тепло передается различными способами: при контакте частиц между собой, через почвенную воду или воздух, излучением от частицы к частице. Поэтому интегрированную теплопроводность называют эффективной, или эквивалентной, а те-плоперенос за счет движения молекул твердой фазы - молекулярным, или истинным.
Для оценки скорости выравнивания температуры в ночве используется температуропроводность. Она численно равна изменению температуры единицы объема почвы вследствие поступления в него количества тепла, протекающего за
единицу времени через единичное поперечное сечение при единичном градиенте
температур (а, м2/с).
Тепловой поток - это физическая величина, численно равная количеству тепла, проходящему через единичное поперечное сечение почвы за единицу времени (р. Вт/м2).
Под тепловым режимом понимают совокупность всех явлений теплоаккумуля-ции и теплопередачи в почвах. Основным показателем теплового режима являемся температура, поэтому его часто называют температурным. Так как лучистая энергия поступает в течение года или суток с неодинаковой активностью, то различают годовой и суточный ход температуры почвы.
Начало теплофизических исследований почв на Алтае следует отнести к лету 1975 года, когда на кафедре физики АСХИ появился первый аспирант С.В. Макарычев благодаря заведующему кафедрой к.т.н., доц. А.И. Лунину. Первым руководителем научных изысканий был декан агрономического факультета, д.с-х.н., проф. ГВ. Васильченко, а после его смерти в 1976 г. - зав. лабораторией физики почв ИПА СО РАН СССР, д.б.н., проф.
В.П. Панфилов. Под его же руководством позднее обучался И.С. Харламов.
В 1975-1976 гг. были созданы экспериментальная установка для определения комплекса теплофизических коэффициентов в лабораторных условиях, полевой прибор для измерения теплопроводности в естественных условиях, электротермометр для измерения температуры почвы до глубины 3 метра. При этом совершенствовался импульсный метод определения коэффициентов теплоаккумуляции и теплопередачи в почве. Изучалось влияние времени действия и теплоемкости нагревателя на результаты измерения теплоемкости, тепло- и температуропроводности почв. В результате были предложены расчетные формулы, позволяющие определять эти показатели:
Q
*&1
Q
X'
Г
а
7t
Т---------Z
m . >
4
0,5 + 0,968
С
SH*X*Cp
у >
(2)
где Q - количество теплоты, выделяемое нагревателем;
Хи, SH, Си - толщина, площадь и теплоемкость нагревателя;
X - расстояние между нагревателем и датчиком температуры;
Ти - время действия нагревателя;
t - максимум температуры, регистрируемый датчиком;
X - время наступления этой температуры.
Впервые была произведена оценка влияния массопереноса на определение теплофизических свойств влажных почв. Дело в том, что при экспериментальном измерении таких показателей необходимо создать определенный градиент температур. При этом тепло будет распространяться кондуктивным путем (через контакт между частицами твердой фазы почвы) и за счет термопаропереноса, характеризующегося наличием фазовых превращений (испарением и конденсацией). Совокупность совместного тепло-переноса определяется эквивалентными значениями теплофизических коэффициентов, а первый механизм - истинными. Поэтому необходимо вычленить отдельно взятые механизмы теплопередачи из общего (интегрального). Это и было осуществлено А.И. Луниным и С.В. Мака-рычевым, которые предложили для этих целей номограмму и уравнение:
а, = а,. +
2гц АР
С.
Ai
(3)
где а - эквивалентный (интегральный) коэффициент температуропроводности;
г - удельная теплота парообразования;
аи - истинная температуропроводность;
ц - коэффициент паропроницаемо-сти;
АР
температурный коэффициент
*
давления почвенной влаги.
Это же уравнение позволяет найти и коэффициент паропроницаемости почв при различной температуре и влажности.
Полученные результаты позволили приступить к исследованию почвенного покрова Алтайского края. Первым объектом стали выщелоченные черноземы Приобъя, включенные в севообороты АНИИЗиС. Было изучено влияние почвенно-физических факторов (температуры, влажности, плотности) на теплофизические коэффициенты генетических горизонтов почвенного профиля.
Для данных черноземов характерно облегчение гранулометрического состава с глубиной от среднесуглинистого до супесчаного, снижение гумусности с 4,1 % в гор. А до 0,3% в гор.С, влагоемкости с 27 до 14%, повышение плотности с 1100 до 1550 кг/м3, уменьшение общей пороз-ности и количества микропор на фоне увеличения доли мезо- и макропор, что определило величину, характер и природу изменения тепловых свойств в почвенном профиле.
Так, при одинаковой степени увлажнения генетических горизонтов чернозема объемная теплоемкость и теплопроводность имеют наименьшие значения в пахотном слое с глубиной увеличиваются, а температуропроводность уменьшается.
В каждом горизонте объемная теплоемкость в зависимости от влажности изменяется линейно, но степень этих изменений неодинакова; в диапазоне от ВЗ до НВ в малоплотном, высокопористом пахотном слое она повышается почти вдвое, тогда как в горизонтах АВ и С - соответственно на 47 и 38%.
Выявлены пределы увлажнения генетических горизонтов чернозема, при которых их температуропроводность до-
стигает максимума, а теплопроводность резко замедляет свой рост. Эти пределы обеспечивают наилучшие условия для совместного проявления кондуктивного и пародиффузионного механизма тепло-переноса в почве и соответствуют в среднесуглинистых горизонтах ВРК, а в супесчаных - НВ.
Очевидно, гидрологические константы почвы характеризуют не только резкие качественные изменения в состоянии и поведении почвенной влаги, но и ее воздушной фазы, а вместе с тем условий и механизма переноса тепловой энергии в почвенном профиле.
Теплофизические свойства почвы зависят также от температуры. Так, в интервале реальных для пахотного слоя температур от 10 до 60°С при влажности завядания теплопроводность увеличивается более чем в два раза (112%), температуропроводность - на 66%.
Активное, хотя и неодинаковое в зависимости от культуры воздействие на тепловые свойства почвы пахотного слоя оказывает корневая система сельскохозяйственных растений. Корни пшеницы способствуют повышению теплоемкости и теплопроводности почвы, но уменьшают температуропроводность. Корневая система кукурузы, вследствие разрыхляющего действия на почву, наоборот, увеличивает скорость изменения температуры, но снижает её способность аккумулировать тепло.
Впервые было установлено, что динамика теплофизических свойств в черноземах Приобъя на разных агрофонах неодинакова и зависит в основном от сезонных изменений влажности почвы.
В формировании сезонных особенностей водного и тесно связанного с ним теплофизического режима черноземов Приобъя значительную роль играет снежный покров. На фоне дополнительного снегозадержания не только уменьшается степень и глубина промерзания почвы зимой, ускоряется оттаивание и увеличивается аккумуляция снеготалых вод, но, что не менее важно, улучшается
ее теплофизическое состояние в летний период.
Исследования теплофизических свойств и режимов были продолжены
С.В. Макарычевым после окончания аспирантуры в 1978 году в Барнаульском педагогическом институте. В течение 22 лет до 2000 года изучалось теплофизическое состояние комплекса черноземных и каштановых почв, дерново-подзолистых и серых лесных почв, а также вся совокупность засоленных (солончаков, солонцов и солодей) почв.
В результате многочисленных экспериментов сформировалась база данных, послужившая основой для создания математических моделей теплопередачи и те-плоаккумуляции в почвенных профилях. Так, впервые были получены зависимости для определения тепло- и температуропроводности почв, учитывающие одновременное влияние степени дисперсности, содержания органики и плотности сложения почвенных горизонтов.
Разработка структурно-функциональной (энергетической) концепции теплофизического состояния почв позволила получить соответствующее уравнение, связывающее структуру (организацию механических элементов) и теплофизические показатели почв.
Предложенные нами критериальные уравнения позволили определить некоторые гидрологические константы, а также удельную теплоемкость:
г сжипХРо-°?6Рж) ... Со =-----------------■ (4)
где С), С - удельные теплоемкости почвы и воды,
И - полная влагоемкость почвы,
пв
ро, рж- плотности почвы и воды.
Эта зависимость справедлива для почв различного гранулометрического состава и защищена патентом РФ.
В целом, полученные для различных почв экспериментальные лабораторные и полевые данные подтвердили первоначальные сведения о выщелоченных черно-
земах Приобъя и получили дальнейшее
развитие.
Установлено, что особенности литогенеза, физико-механических и воднофизических свойств повлияли на формирование теплофизического состояния лессовых почв юга Западной Сибири.
Как правило, во всех исследованных почвенных профилях в абсолютно сухом состоянии объемная теплоемкость нижележащих горизонтов в силу их значительного уплотнения оказывается больше, чем у рыхлых гумусовых слоев. В то же время удельная теплоемкость в сильногумусиро-ванных профилях с глубиной имеет тенденцию к снижению.
При переходе к почвообразующей породе температуропроводность чаще всего уменьшается, а теплопроводность меняется незначительно.
Наибольшее влияние на коэффициенты геплопереноса почв оказывает гранулометрический состав генетических горизонтов. При переходе от легко- к тяжелосуглинистым почвам или горизонтам тепло- и температуропроводность почв существенно уменьшается, но объемная теплоемкость остается постоянной.
Глинистые же черноземы предгорий и низкогорий Алтая характеризую гея пониженными значениями коэффициентов теплопередачи и повышенными удельной теплоемкости, которая достигает 1100-1200 Дж/(кг*К) в верхних гумусирован-ных горизонтах. В более легких равнинных черноземах и каштановых почвах она составляет 900-1000 Дж/(кг*К), что обусловлено повышенным содержанием в горных черноземах органического вещества и илистой фракции, имеющими максимальную теплоемкость.
Таким образом, легкие каштановые почвы Кулунды и черноземы Приобского плато быстрее прогреваются, являясь более “теплыми’,’ чем тяжелые и менее динамичные “холодные” черноземы предгорий.
Характер изменения теплофизических коэффициентов в зависимости от влажности в лессовых почвах юга Западной Сибири практически одинаков, хотя степень изменения их при этом разная.
Объемная теплоемкость растет линейно при увлажнении, теплопрово-
дность стремится к некоторому пределу, а температуропроводность имеет максимум. В суглинистых черноземах и каштановых почвах изменение коэффициентов теплопередачи более значительно, чем в глинистых, в го время как теплоемкость от степени дисперсности почти не зависит.
Экстремальное значение температуропроводности и критическое теплопроводности в лессовых почвах приурочено к определенным, зависящим от гранулометрического состава, гидроконстантам: в легко- и среднесуглинистых черноземах и каштановых почвах - к ВРК, в глинистых -кВЗ,в супесчаных - к НВ, а в песчаных
- к КВ.
Это определяется, прежде всего, характером и степенью обводненности почвенных пор. Различная степень увлажнения, зависящая от дисперсности почв или отдельных генетических горизонтов, обусловливает пленочно-связное состояние влаги и ее активное участие в кондуктивной теплопередаче. В то же время необводненные поры создают благоприятные условия для диффузионного движения молекул парообразной влаги и тем самым обеспечивают высокие значения термопаропереноса.
Нами впервые проведена классификация лессовых почв Алтайского края согласно ДАТ (диапазону активной температуропроводности, т,е. ее разности при влажностях НВ и ВЗ). Для лессовых черноземов выделено три класса отзывчивости температуропроводности на орошение, а для каштановых почв - четыре.
Также впервые проведена оценка (бонитировка) лессовых почв па основе оптимальной температуропроводности, т.е. средней величины ее в интервале почвенного увлажнения от ВЗ до НВ.
Мы приняли за бонитировочный стандарт комплексный (средне- легкосуглинистый) выщелоченный чернозем Приобского плато со среднесуглинистым пахотным слоем и легкосуглинистым иллювиальным, приняв его за 100%. По нашим данным, такое сочетание гранулометрического состава профиля чернозема обеспечивает наилучшне тепло- и агрофизические свойства. В таблице представлена бонити-ровочная оценка лессовых черноземов.
Теплофизический бонитет черноземов Алтая
Таблица
Морфоструюурная зона Подтип чернозема Балл бонитета
Приобское плато средне-, легко суглинистые выщелоченные 100
среднесуглинистые выщелоченные 90
легкосуглинистые выщелоченные 88
тяжело суглинистые южные 84
среднесуглинистые обыкновенные 80
Предгорья и низкого-рья Алтая среднеглинистые выщелоченные 64
легкоглинистые обыкновенные 64
легкоглинистые лугово-черноземные почвы 55
Бие-Чумышское плато среднесуглинистые темно-серые лесные почвы 58
Оказалось, что равнинные среднесуглинистые выщелоченные черноземы имеют балл 90, легкосуглинистые - 88, а обыкновенные среднесуглинистые - только 80. Глинистые черноземы характеризуются более низким баллом. Среди них наилучшими (64) являются выщелоченные и наихудшими (55) лугово-черноземные почвы, что указывает на их слабую эффективность в отношении гидромелиорации.
Впервые исследованы теплофизические свойства комплекса засоленных почв Алтайского края. Показано, что солонцовые горизонты характеризуются наибольшей теплоемкостью и минимальными коэффициентами теплопередачи.
Максимум температуропроводности в засоленных горизонтах при увлажнении смещается в сторону больших влажностей по сравнению с незасоленными почвами. Величина ДАТ (диапазона активной температуропроводности) солесодержащих почв определяется их гранулометрическим составом. Наиболее активно откликается на увлажнение супесчаный лугово-черноземный солонец, в котором
ДАТ = 0,184. Е\инистые же солонцы пассивны (ДАТ-0,052).
Нами впервые составлены карты-схемы распределения теплофизических характеристик для почвенного покрова. Алтайского края. На картах удельной теплоемкости (рис.) и теплопроводности выделены три района, приуроченные к определенным геоморфологическим и почвенно-климатическим зонам. Наибольшей удельной теплоемкостью и минимальной тепло- и температуропроводностью обладают сильногумусированные глинистые черноземы предгорий и низкого рий Алтая.
Минимумом теплоемкости и максимумом тепло- и температуропроводности характеризуются каштановые почвы Кулунды.
Промежуточное положение занимают суглинистые и менее гумусированные черноземы Приобского плато.
В условиях Алтайского края, где основной земельный фонд представлен потенциально плодородными черноземными и каштановыми почвами, зачастую
ощущается недостаток влагообеспечен-ности. Поэтому для улучшения водного режима используется орошение на базе местных водных запасов.
В то же время способы рационального использования и охраны почв при гидромелиорациях требуют дальнейшего совершенствования. Это особенно важно на фоне большого разнообразия почвенных разностей, которое невозможно без учета региональных генетических и мелиоративных особенностей, обоснования
норм и режимов орошения в соответствии с бонитировочной оценкой их теплофизического состояния.
Нами установлено, что многолетнее орошение приводит к ухудшению физикомеханических, водно-физических, воздушных и теплофизических свойств почв. И чем длительнее воздействие гидромелиорации, тем значительнее его отрицательное последствие для теплофизического СОСТОЯНИЯ почвенных Профилей. ,1
Рис. Карта-схема удельной теплоемкости почв юго-восточной части Западной Сибири:
I - менее 900 Дж/(кг*К); 2 - (900-1000) Дж/(кг*К); 3 ~ (100-1100) Дж/(кг*К); 4 - (1100-1200)
Дж/(кг*К)
При этом снижается теплофизический бонитет орошаемых почв. Так, в черноземах, находящихся в богарных условиях, балл бонитета составляет 88, а в орошаемых - только 83. В темно-каштановой почве он оказался равным 88, а в луговокаштановой - 84, тогда как на богаре - 96 и 90 баллов соответственно.
Снижение отрицательных последствий мы видим в использовании оптимальных, основанных на научном расчете, поливных норм, которые обеспечивали бы наилучший теплофизический режим орошаемых почв, направленный на сокращение сроков вегетации.
Зачастую из-за пестроты почвенного покрова в сельскохозяйственное производство приходится включать засоленные почвы, которые из-за низкого плодородия требуют различных видов мелиоративного воздействия.
Одним из путей повышения плодородия солонцов является использование сидерального удобрения из донника, суданской травы или из ломкоколосника.Такие удобрения способствуют накоплению гумуса и элементов питания с одной стороны, а с другой - улучшают физическое состояние солонцов.
Результаты проведенных исследований показали, что в сидеральном пару наблюдаются пониженные значения объемной теплоемкости и повышенные величины тепло- и температуропроводности по сравнению с черным паром. Это обусловлено более рыхлым сложением и наличием полуразложившихся растительных остатков, способствующих увеличению воздухосодержания в пахотном слое
сидерального пара.
Расчет тепловых потоков показал также, что максимум тепла за сутки поступил в почву по сидеральному пару с поверхностной заделкой растительных остатков (118 Вт/м2). Меньшие потоки наблюдались по сидеральному пару с отвальной обработкой ( 106 Вт/м2) и по черному пару (102 Вт/м2).
Таким образом, сидеральный пар обеспечивает наибольшие тепловые потоки в
почву, что в начале вегетации способствует ускоренному прогреванию почвенного профиля и созданию в нем благоприятного теплофизического состояния.
Как было показано выше, значительную роль в формировании теплофизического режима почвы играет ее пахотный слой. Здесь происходит превращение лучистой энергии в тепловую и определяются ее расходные статьи, закладываются основы теплового режима в глубоких слоях почвенной толщи. Здесь чаще возникают экстремальные для растений температуры и связанные с ними неблагоприятные явления, снижающие продуктивность сельскохозяйственных культур. По вместе с тем здесь же кроются и возможности направленного регулирования теплофизического состояния почв через воздействие на почвенно-физиче-ские факторы.
С целью выявления особенностей формирования гидротермического режима и динамики тепловых свойств в черноземно-луговой солонцеватой почве и солонцах сухостепной зоны под влиянием химической мелиорации и характера надпочвенного покрова нами в 1986-1989 гг. проведены сопряженные наблюдения на полях стационара проблемной лаборатории солонцов Алтайского СХИ (Романовский район). Изучались также солонцы Кулунды на террасах оз. Джира.
Для проверки эффективности мелиорации солонцов И.Т. Трофимовым был заложен опыт, включающий следующие варианты: контроль, гипсование в количестве 60 и 18 т/га и глубокую плантажную обработку на 50 см.
За десять лет мелиорации, даже в условиях сухой степи, произошло рас-солонцевание мелиорированного слоя под воздействием как гипсования, так и плантажной обработки.
Улучшение физико-химических свойств засоленных почв оптимизировало физико-механические и теплофизические показатели; при этом все изменения в солонцовом профиле отмечены в слое внесе-
ния гипса, а плантаж привел к коренному улучшению всей почвенной толщи.
Под влиянием гипсования возросли коэффициенты теплопередачи, хотя этот рост оказался слабее, чем при плантажной обработке.
Одним из эффективных приемов повышения плодородия солонцов является землевание, которое не ухудшает геохимическую обстановку ландшафта.
Наблюдения за теплофизическим состоянием мелиорированных солонцов показали, что экстремальный гидротермический режим складывается на контроле, где колебания температур, теплопроводности и тепловых потоков значительны, что сказывается на продуктивности сельскохозяйственных культур.
Лучшими термическими показателями характеризуется профиль солонца, на котором было проведено поверхностное и удобрительное землевание. Применение комбинированных приемов мелиорации позволяет максимально снизить как суточную, так и сезонную динамику теплофизических свойств, обеспечивая тем самым оптимальный тепловой режим в почвенном* профиле.
Изучалась также возможность мелиорации серых лесных почв Алтайского края с помощью дефеката (отходов сахарного производства). Эти мероприятия также способствовали улучшению как физикомеханических, так и теплофизических свойств пахотного слоя серой лесной почвы.
Таким образом, различные приемы и виды мелиораций позволяют не только оптимизировать термические условия, но и регулировать количество тепла, поступающего в почву, т.е. управлять теплофизическим состоянием почвенной толщи.
Двадцатипятилетние исследования показали, что в почвенной теплофизике остаются нерешенными многие задачи, в том числе изменения теплофизического состояния почв региона, обусловленные антропогенным воздействием.
Так, начиная с лета 1997 г., а в последующем почти ежегодно, на территории
Алтайского края возникали сильные и разрушительные пожары. Особенно большой урон понесло лесное хозяйство сухостепной зоны. Крупные гари охватили юго-западную часть ленточных боров на участке сростка Касмалинской и Барнаульской лент. Наибольшие лесные массивы выгорали в Угловском и Волчихинском районах.
Эти причины обусловили необходимость возрождения сосновых лесов искусственным путем. В то же время на биологическом факультете АГУ была поставлена задача изучения возможностей естественного лесовосстановления.
Это потребовало знаний о физико-хи-мических, водных, тепловых свойствах и гидротермических режимах почв, подвергшихся пирогенному воздействию. Исследование такого комплекса показателей проводится аспирантом кафедры физики АГАУ Ю.В. Беховых. На кафедре физики АГАУ в 2000 г. была открыта аспирантура по специальности 06.01.03 - агропочвоведение и агрофизика. На сегодняшний день здесь обучается 9 аспирантов.
Под ленточными борами сформировались дерново-подзолистые песчаные почвы, которые слабо дифференцированы на генетические горизонты. В них маломощный гумусовый слой, а содержание органического вещества не превышает 2%.
Наблюдения проводятся на различных элементах рельефа: на вершинах, южных и северных склонах увалов и в межувальных понижениях. Первые результаты показали, что в соответствии с распределением в почвенном профиле влаги объемная теплоемкость достигает максимальных значений в наиболее влажных и плотных горизонтах как в горель-нике, так и на контроле под естественным древостоем. Это низинная часть рельефа и северный склон, где теплоемкость равна 2,9хЮб Дж (м3* К). Наименьшей теплоемкостью обладают почвенные горизонты южного склона и вершины увалов.
В течение вегетации почвенная толща под лесом иссушается за счет транс-
пирации гораздо сильнее, чем на гарях в результате физического испарения. Наибольшее количество влаги накапливается в низинах и на склонах северной экспозиции,
В Волчихинском районе в низинных частях рельефа на глубине 80 см и более весовая влажность летом составляет до 20% и остается неизменной, что свидетельствует о процессах заболачивания горельников.
Пониженные значения температур и теплопотоков и повышенное влагосодер-жание в почве северных склонов обусловило появление массовых всходов сосны за счет естественного распространения семян уцелевших от пожара отдельных деревьев, Этот процесс менее заметен на вершинах увалов и южных склонах.
В последнее время березовые леса, произрастающие на темно-серых и серых лесных почвах, подвергаются массовым вырубкам. На их месте формируется вторичная древесная растительность, в основном в виде малоценной осины. Для сохранения березовых лесов в Алтайском крае необходимо определить оптимальные величины лесосек, а также разработать возможные пути лесовосстановления на землях, подвергнутых антропогенному воздействию. Это можно осуществить на основе знаний о комплексе почвенных факторов, в том числе и физических, обеспечивающих произрастание березы.
„■ В связи с этим аспирантом Е.Г Сизовым проводятся сопряженные наблюдения за гидротермическим режимом, тепловыми свойствами и теплопотоками в серых лесных почвах. При этом изучаются как частичные, так и сплошные рубки, а также не тронутый пилой лес.
Оказалось, что в течение вегетации гидротермический режим на различных вариантах формируется по-разному. На сплошной вырубке температура почвы всегда выше, она получает больше тепла, но профиль слабо увлажнен. На контроле под лесом весной за счет снеготаяния влаги было много, здесь отмечалась высокая теплоемкость, но теплопоток под пологом
леса был небольшим и к сентябрю почвенный профиль прогрелся слабее. В то же время колебания абсолютных значений температуры и влажности на контроле и на участках с частичной вырубкой менее выражены. В результате складывается равномерный во времени и по профилю гидротермический режим.
Аспирантами A.A. Левиным, R.M. Сизовой, И.В. Гефке проводятся исследования почвенных режимов на территории НИИ садоводства им. М. Лисавепко. Изучается влияние плодовоягодных культур на теплофизические свойства и режимы выщелоченных черноземов, выявляются особенности теплофизических и гидрофизических процессов в почвенных профилях под воздействием лиманного орошения и дождевания.
Все эти исследования стали возможны благодаря аспиранту А.Г. Болотову, который обеспечивает разработку и изготовление приборов и устройств для изучения тепловых режимов И теплофизического состояния почвенного покрова Алтайского края.
Это автоматизированная лаборатор-ная установка для измерения теплоемкости, тепло- и температуропроводности почв. Это полевой прибор и комплект электротермометров для определения теплопроводности и температуры почвенных горизонтов в естественных условиях, которые характеризуются быстродействием, малыми габаритами и возможностью исследований почвенной толщи до трех и более метров.
Имеющиеся и получаемые в последнее время экспериментальные данные по теплофизическому состоянию почвенных разностей должны послужить, на наш взгляд, следующему этапу теплофизических исследований в регионе: прежде всего моделированию, расчету и прогнозированию температурно-влажностных полей, складывающихся в почвах как в леї ний, так и зимний периоды. Эти задачи предстоит решать вновь поступающим аспирантам, обладающим знаниями теоретической физики и компьютерного моделирования.
