Сравнительный анализ физических и теплофизических свойств дерново-подзолистых почв ленточных боров Алтайского края в зонах засушливой и сухой степи

дородия черноземов в системе агроценозов (на примере степной зоны Алтайского края): автореф. дис. ... д.с-х.н. /

Г.Г. Морковкин. — Барнаул: Изд-во АГАУ,

2000. — 39 с.

6. Кленов Б.М. Устойчивость гумуса автоморфных почв Западной Сибири / Б.М. Кленов. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. — 176 с.

7. Хмелев В.А. Лессовые черноземы Западной Сибири / В.А. Хмелев. — Новосибирск: Наука СО, 1989 — 201 с.

8. Танасиенко А.А. Эродированные

черноземы юга Западной Сибири / А.А. Танасиенко. — Новосибирск: ВО

Наука, 1992. — 151 с.

9. Чуков С.Н. Структурно-функциональные параметры органического вещества почв в условиях антропогенного воздействия / С.Н. Чуков. — СПб.: Изд-во СпбГУ,

2001. — 216 с.

10. Чуков С.Н. Структура и функции

органического вещества лесостепных почв / С.Н. Чуков / / Функции почв в био-сферно-геосферных системах: матер.

Междунар. симпозиума (г. Москва, 27-30 авг., 2001 г.). — М., 2001. — С. 140-141.

11. Морковкин Г.Г. Исследование

фракционного состава гумуса черноземов выщелоченных луговой степи Алтайского края / Г.Г. Морковкин, М.Е. Иванова, С.Б. Тарасова // Аграрная наука — сельскому хозяйству: сб. ст. Междунар. на-уч.-практ. конф. — Барнаул: Изд-во

АГАУ, 2006. — Кн. 1. — С. 147-150.

12. Иванова М.Е. Изменение фракционного состава гумуса черноземов выщелоченных луговой степи Алтайского края

под влиянием длительного использования в составе пахотных угодий / М.Е. Иванова, Г.Г. Морковкин, С.Б. Тарасова, Д.А. Тай-лашев // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. — 2006.

- № 5 (25). — С. 17-21.

13. Иванова М.Е. Изменение фракционного состава гумуса черноземов выщелоченных луговой степи Алтайского края под влиянием длительного внесения органических удобрений / М.Е. Иванова, Г.Г. Морковкин, С.Б. Тарасова, Д.А. Тай-лашев // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. — 2007. — № 5 (173).

— С. 13-17.

14. Иванова М.Е. Фракционный состав гумуса черноземов выщелоченных зоны умеренно-засушливой и колочной степи Алтайского края / М.Е. Иванова // Агрохимический вестник. — 2005. — № 1. — С. 8-10.

15. Пономарева В.В. Гумус и почвообразование / В.В. Пономарева, Т.А. Плотникова. — Л.: Наука, Ленинградское отделение, 1980. — 222 с.

16. Иванова М.Е. Исследование процессов выноса Са2+ и Мд2+ из верхних почвенных горизонтов черноземов выщелоченных луговой степи Алтайского края под влиянием распахивания / М.Е. Иванова, Г.Г. Морковкин, Д.А. Тайлашев // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. — 2007. — № 1 (27). — С. 13-15.

17. Дергачева М.И. Система гумусовых веществ почв: пространственные и

временные аспекты / М.И. Дергачева. — Новосибирск: Наука, СО, 1989. — 110 с.

+ + +

УДК 631.445.24.004.12(571.15) Ю.В. Беховых

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ФИЗИЧЕСКИХ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ ЛЕНТОЧНЫХ БОРОВ АЛТАЙСКОГО КРАЯ В ЗОНАХ ЗАСУШЛИВОЙ И СУХОЙ СТЕПИ

Ключевые слова: дерново-

подзолистые почвы, физические и теплофизические свойства почв, зона сухой степи, зона засушливой степи, гранулометрический состав, плотность, плот-

ность твёрдой фазы, почвенногидрологические константы, почвенный профиль, теплоёмкость, теплопроводность, температуропроводность.

Введение

Дерново-подзолистые почвы составляют 3,9% почвенного покрова Алтайского края [1]. Сформированы они, в основном, под уникальными ленточными сосновыми борами, значение которых для региона трудно переоценить.

Дерново-подзолистые почвы в зонах сухой и засушливой степи являются атипичными, так как для их формирования требуется промывной водный режим. В ленточных борах промывной водный режим обеспечивает песчаный субстрат ложбин древнего стока. Лесная подстилка создаёт запас химических элементов, в частности кислот, без которых невозможен процесс подзолообразования. Таким образом, сосновые боры и дерновоподзолистые почвы, сформированные под ними, являются примером саморегулирующейся дополняющей друг друга экологической системы, находящейся в состоянии динамического равновесия. Однако любые внешние факторы, такие как антропогенное воздействие, лесные пожары, изменение климатических условий, могут привести к нарушению этого равновесия, что в критических условиях засуш-

ливой и сухой степи может поставить под вопрос факт существования ленточных боров в этом районе. В связи с этим изучение почвенных и экологических условий произрастания ленточных боров является актуальной задачей. Исследования физических и теплофизических свойств дерново-подзолистых почв позволяют обосновать и спрогнозировать мелиоративные мероприятия при планировании лесовосстановительных работ в условиях засушливой и сухой степи.

Объект и методы исследований

Исследования проводились в югозападной части ленточных боров Алтайского края на территории Волчихинского лесхоза, расположенного в зоне засушливой степи и на территории Угловского лесничества Тополинского лесхоза, находящегося в зоне сухой степи (рис. 1).

Объектом исследований были дерновоподзолистые почвы ленточных боров.

Предметом исследований являлись физические и теплофизические свойства дерново-подзолистых почв.

Рис. 1. Карта-схема района исследований. Мониторинговые полигоны: 1 — Тополинский лесхоз; 2 — Волчихинский лесхоз

Морфологическое описание почвенных разрезов и определение общих физических и водных свойств почв были проведены И.Т. Трофимовым с использованием общепринятых в почвоведении методик [2].

Определение теплофизических свойств почв естественного сложения проводилось в лабораторных условиях с использованием метода плоского нагревателя [3].

Влажность определялась методом термостатной сушки [2].

Результаты исследований

Почвы боровых песков, формирующиеся под сосновыми насаждениями, по комплексу признаков можно разделить на две группы [4]:

1) дерново-подзолистые песчано-супесчаные, образующиеся на возвышенных холмистых участках бора;

2) дерново-подзолистые оглеенные, развитые по понижениям мезорельефа в условиях постоянной связи с грунтовыми водами.

Типичный почвенный профиль дерновоподзолистой почвы ленточных боров в зоне засушливой степи (Волчихинский лесхоз) имеет следующую морфологию.

Разрез 4/99. Вершина увала. Разреженный осоково-лишайниковый бор.

Горизонт А0 0-3 см. Лесная подстилка из хвои и травянистой растительности.

Горизонт А, 3-12 см. Светло-серый, снизу осветлённый, пронизан корнями, рыхлый, супесчаный.

Горизонт А2 12-25 см. Белесый, с обилием кремнеземистой присыпки, слабо выраженная плитовидно-комковатая

структура, рыхлый, свежий, супесчаный.

Горизонт А/ 25-52 см. Серый, с включением углей от лесного пожара, сухой, рыхлый.

Горизонт А^2 52-59 см. Реликтовый, светлый, рыхлый, свежий, супесчаный.

Горизонт В 59-120 см. Буроватый за счёт оксидов железа, распадается на ореховатые отдельности, влажный супесчаный.

Горизонт ВС 120-180 см. Рыхлый, влажный, супесчаный.

Горизонт С ниже 180 см. Влажный желтоватый песок.

В межгривном понижении сформированы почвы близкой морфологии. Однако по сравнению с почвами вершин увалов в низинных ярче выражен подзолистый процесс, горизонты А и В более влажные, имеются оксиды железа. В горизонте ВС отмечаются признаки оглеености. Почвообразующая порода мокрая, оглееная.

Типичный почвенный профиль дерновоподзолистой почвы ленточных боров в зоне сухой степи (Угловское лесничество Тополинский лесхоз) имеет следующую морфологию.

Разрез 5/98. Вершина увала. Заложен среди старовозрастного разреженного леса.

Горизонт А0 0-3 см. Лесная подстилка, преимущественно из хвои. Сверху свежая, в нижней части полуразложившаяся.

Горизонт А1 3-10 см. Светло-серый, с белесоватым оттенком, сильно пронизан корнями, влажный. Песчаный. Переход постепенный.

Горизонт А^2 10-25 см. Более темной окраски, намечается слабая плитовид-ность, влажный, песчаный. Повышенное содержание гумуса и накопление древесного угля от прошлых пожаров.

Горизонт А2 25-45 см. Светло-серый с белесоватым оттенком, отмечается плито-видность, но структурные отдельности легко распадаются на первичные механические элементы. Пронизан корнями деревьев. Влажный, песчаный. Переход заметный.

Горизонт В1 44-88 см. Окраска более темная за счет иллювиированных оксидов железа и органоминеральных соединений, однако иллювиальный процесс выражен слабо. Влажный, песчаный, переход постепенный.

Горизонт ВС 88-110 см. Светло-серый, со следами иллювиирования оксидов железа и органоминеральных соединений. Переход слабо выражен.

Горизонт С ниже 110 см. Сырой песок светлой окраски.

В межгривном понижении сформированы почвы близкой морфологии.

Приведенные описания свидетельствуют о том, что морфологические признаки дерново-подзолистых почв зон засушливой и сухой степи довольно схожи для соответствующих элементов мезорельефа. Некоторые различия наблюдаются в морфологии низинных участков. В почвах зоны засушливой степи по сравнению с почвами сухостепной зоны более заметно проявляется глеевый процесс в нижних почвенных горизонтах. Это легко объясняется более высоким количеством годовых осадков в зоне засушливой степи (350 мм) по сравнению с зоной сухой степи (110-250 мм) [5], что ведет к более интенсивному вымыванию илистых частиц из вышележащих горизонтов почвы в нижележащие. Свою роль в процессе оглеевания играет и уровень грунтовых вод, который в зоне засушливой степи выше к поверхности почвы, чем в сухостепной зоне [6].__________

В гранулометрическом составе боровых почв засушливой степи преобладает песчаная фракция 0,25-0,05 мм. В боровых почвах сухостепной зоны максимально представлена фракция крупного песка 1-0,25 мм (табл. 1).

Плотность исследованных почв лежит в пределах 1220-1590 кг/м3. Порозность почвенных слоёв постепенно уменьшается с глубиной, при этом показатели зоны засушливой степи выше соответствующих показателей сухостепной зоны на 3-10%. Различия плотности сложения и порозно-сти (табл. 2) дерново-подзолистых почв зон засушливой и сухой степи можно объяснить различным характером растительности и особенностями гранулометрического состава.

Плотность твердой фазы изученных почв незначительно изменяется с глубиной от 2600 до 2700 кг/м3.

Особенности гранулометрического состава исследованных дерново-подзолистых почв определили значения почвенногидрологических констант данных почв (табл. 3).

Максимальная гигроскопичность (МГ) песчаных почв только в гумусовом слое

достигает 1,1-1,4% от массы сухой почвы. Малы по сравнению с почвами других типов значения влажности завядания (ВЗ), наименьшей влагоемкости (НВ) и полной влагоёмкости (ПВ).

Дифференциация почвенного профиля дерново-подзолистых почв по физическим свойствам и гранулометрическому составу нашла отражение в распределении теплофизических характеристик по генетическим горизонтам (рис. 2).

При исследовании почвы в абсолютно сухом состоянии объемная теплоемкость оказывается наименьшей в верхнем гумусовом горизонте. Увеличение плотности с глубиной приводит к соответствующему изменению коэффициента теплоаккуму-ляции. В почве зоны засушливой степи эти изменения очень динамичны. Здесь коэффициент объёмной теплоёмкости на метровой глубине возрастает в 2,7 раза по сравнению с поверхностным слоем. Почвенный профиль зоны сухой степи по теплоёмкости практически однородный, однако теплоёмкость гумусового горизонта в нём в два раза превышает значение соответствующего коэффициента почвы зоны засушливой степи.

Таблица 1

Гранулометрический состав дерново-подзолистых почв юго-западной части ленточных боров Алтайского края (числитель — зона засушливой степи р. 4/99,

знаменатель — зона сухой степи р. 5/98)

Глубина, Содержание фракций, %; размер, мм

см 1-0,25 0,25-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 > 0,001 > 0,01

3-10 3.8 75,6 10,4 0,9 2,6 8,0 11,5

75,13 18,95 1,08 1,32 0,20 3,32 4,84

15-20 5,1 77,7 7,9 0,8 2,1 6,0 8,9

73,27 6,28 0,40 1,32 2,64 2,72 6,68

30-40 5,9 81,7 6,6 0,5 1,6 3,4 5,5

81,94 13,98 0,32 0,01 0,47 3,28 3,75

50-60 5,6 84,5 5,0 0,8 1,0 2,8 4,6

83,52 12,50 0,64 0,04 2,32 0,92 3,28

90-100 2,3 80,3 7,2 0,1 0,6 9,0 9,7

78,96 18,11 0,20 1,92 0,52 0,28 2,72

Таблица 2

Общие физические свойства дерново-подзолистых почв юго-западной части ленточных боров Алтайского края (числитель — зона засушливой степи р. 4/99,

знаменатель — зона сухой степи р. 5/98)

Глубина, см Плотность, кг/м3 Плотность твердой фазы, кг/м3 Порозность, %

3-10 1220 1475 2600 2610 53,1 43,5

15-25 1304 1490 2600 2650 49.8 43.8

50-60 1370 1590 2650 2700 48,3 41,1

90-100 1510 1580 2700 2700 44,1 41,5

Таблица 3

Почвенно-гидрологические константы дерново-подзолистых почв юго-западной части ленточных боров Алтайского края

Глубина, см МГ ВЗ (1,34 МГ) НВ ПВ

% от массы сухой почвы

3-10 1,1 1,5 8,6 43,1

1,4 1,8 5,6 30,0

50-60 0,3 0,4 4,0 35,3

0,4 0,6 4,1 25,9

90-100 0,4 0,5 6,0 29,2

0,4 0,5 4,0 26,2

Рис. 2. Распределение тепературопроводности (а), объёмной теплоёмкости (Ср) и теплопроводности (Л) в профиле дерново-подзолистой почвы юго-западной части ленточных боров Алтайского края (в абсолютно сухом состоянии): а — в зоне засушливой степи; б — в зоне сухой степи

Коэффициент температуропроводности при уплотнении почвенного профиля и снижении порозности уменьшается. Коэффициент теплопроводности дерновоподзолистой почвы имеет тенденцию к увеличению с глубиной в зоне засушливой степи и изменяется синхронно с коэффициентом температуропроводности в зоне сухой степи. Коэффициенты теплопередачи (теплопроводность, температуропроводность) дерново-подзолистой почвы сухостепной зоны имеют более высокие абсолютные значения по сравнению с соответствующими характеристиками почвы зоны засушливой степи.

В почвах наиболее динамичным показателем, определяющим комплекс теплофизических коэффициентов, является влага. В связи с этим нами в лабораторных условиях была смоделирована различная

степень почвенного увлажнения на образцах ненарушенной структуры и измерены теплофизические коэффициенты. Функциональный характер зависимостей теплофизических коэффициентов дерновоподзолистых почв в зонах засушливой и сухой степи от влажности схож с динамикой, выявленной для почв других климатических зон и типов [7].

Однако для сравнительной характеристики теплофизических свойств почв не столько важны изменения теплофизических коэффициентов в зависимости от абсолютных значений влажности сколько значения теплофизических коэффициентов при различных почвенно-гидрологических константах. Именно такие исследования позволяют определить схожесть или различие в теплофизическом состоянии сравниваемых почв.

Таблица 4

Температуропроводность

Глубина, см Значения теплофизических характе ристик

0 МГ ВЗ НВ ПВ

с м 0 *0 0,28 0,38 0,35 0,61 0,37 0,69 0,59 1,05 не опр. 0,95

0-10 0 (і 0,71 0,81 0,82 1,00 не опр.

Дж/(м3К) 1,44 1,50 1,51 1,75 3,25

А, Вт/(мК) 0,20 0,54 0,25 0,79 0,28 0,90 0,55 1,50 0,70 2,90

с / м 0 *0 0,20 0,45 0,21 0,61 0,25 0,70 0,38 1,12 не опр. 0,66

30-40 Ср, 106 Дж/(м3К) 125 1,57 127 1,61 1,28 1,70 1,48 1,85 не опр. 3,40

А, Вт/(мК) 0,30 0,70 0,32 0,91 0,34 1,00 0,60 2,00 0,95 2,61

с / м 0 *0 0,17 0,29 0,18 0,32 0,19 0,37 0,33 0,70 не опр. 0,28

50-60 6 0 (і 1,57 1,62 1,63 1,74 не опр.

Дж/(м3К) 1,64 1,70 1,71 1,91 3,45

А, Вт/(мК) 0,28 0,48 0,29 0,51 0,30 0,52 0,53 1,13 1,15 1,51

а, 0,15 0,15 0,15 0,29 не опр.

с / м •О 0 0,40 0,44 0,58 0,98 0,60

90-100 Ср, 106 1,95 1,99 2,00 2,30 не опр.

Дж/(м3К) 1,58 1,65 1,68 1,86 3,31

А, Вт/(мК) 0,29 0,62 0,30 0,65 0,31 0,75 0,67 1,70 125 2,35

Результаты исследований теплофизических свойств дерново-подзолистых почв в зонах засушливой и сухой степи Алтайского края при увлажнении, соответствующем почвенно-гидрологическим константам, представлены в таблице 4.

Из анализа данных таблицы 4 следует, что коэффициенты теплопередачи дерново-подзолистой почвы сухостепной зоны имеют существенно (в 2-2,5 раза) более высокие абсолютные значения по сравнению с соответствующими характеристиками почвы зоны засушливой степи для всего почвенного профиля. Значения коэффициента теплоаккумуляции (объёмной теплоёмкости) имеют заметные различия только для верхнего гумусового горизонта. В слое 0-10 см объемная теплоёмкость почвы зоны засушливой степи меньше объемной теплоёмкости зоны сухой степи почти в два раза при одних и тех же почвенногидрологических постоянных.

Выводы

1. Морфологические признаки дерново-подзолистых почв в зонах засушливой и сухой степи довольно схожи для соответ-

ствующих элементов мезорельефа. Некоторые различия наблюдаются в морфологии низинных участков.

2. Исследованные почвы имеют легкий гранулометрический состав, невысокие значения плотности и почвенно-гидрологических постоянных относительно почв других типов.

3. Данные позволяют охарактеризовать дерново-подзолистые почвы сухостепной зоны как более «тёплые» по сравнению с соответствующими почвами зоны засушливой степи. При одинаковых условиях они будут быстрее прогреваться, но и более быстро остывать. Промерзание дерновоподзолистых почв сухостепной зоны при одинаковых климатических условиях и высоте снежного покрова тоже возможно более глубокое, чем в зоне засушливой степи. Однако оттаивание этих почв также будет происходить более быстро.

4. Относительно высокие значения теплофизических коэффициентов дерновоподзолистых почв сухостепной зоны будут способствовать более интенсивному испарению дефицитной влаги, что приводит к выводу о необходимости разработки вла-

госберегающих мелиоративных мероприятий при планировании лесовосстановительных работ в ленточных борах данной климатической зоны.

5. В качестве краткосрочной влаго- и теплосберегающей мелиорации при лесопосадках на дерново-подзолистых почвах сухостепной зоны возможно мульчирование почвы соломой, опилками или стружками, однако вопрос требует более детального изучения, т.к. применение данных материалов может привести к изменению химических свойств почвы.

6. В качестве долгосрочной влаго- и теплосберегающей мелиорации при лесопосадках на дерново-подзолистых почвах сухостепной зоны хорошие результаты может дать предварительное шелюгование [6].

7. Проведение влаго- и теплосберегающих мелиоративных работ при лесопосадках на дерново-подзолистых почвах зоны засушливой степи, исходя из теплофизического состояния климатических и растительных условий также требует более детального изучения.

Библиографический список

1. Бурлакова Л.М. Почвы Алтайского края: учебное пособие / Л.М. Бурлакова,

Л.М. Татаринцев, В.А. Рассыпнов. — Барнаул, 1988. — 72 с.

2. Вадюнина А.Ф. Методы исследования физических свойств почв / А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина. — М.: Агро-промиздат, 1986. — 416 с.

3. Лунин А.И. Импульсный метод определения теплофизических характеристик влажных материалов: дис. ... канд. техн. наук / А.И. Лунин. — М., 1972. — 139 с.

4. Почвы Алтайского края. — М.: Изд-во АН СССР, 1959. — 382 с.

5. Агроклиматический справочник по Алтайскому краю. — Л.: Гидрометиздат, 1957. — 167 с.

6. Заблоцкий В.И. Динамика экологических условий на гарях в сосновых лесах юго-востока Западной Сибири: автореф. дис. ... докт. с.-х. наук / В.И. Заблоцкий.

— Барнаул: Изд-во АГАУ, 2006. — 30 с.

7. Макарычев С.В. Теплофизические свойства дерново-подзолистых и серых лесных почв Алтайского края / С.В. Макарычев, Л.М. Татаринцев, Л.Н. Макары-чева // Земледельно-оценочные проблемы и рациональное использование земли в Алтайском крае: сб. научн. тр. — Барнаул, 1986. — С. 150-159.

УДК 631.615.9 А.Н. Хмелева,

А.Л. Верещагин

ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ТОКСИЧНОСТЬ НИТРАТОВ СВИНЦА И КАДМИЯ ПРИ НАЧАЛЬНЫХ СТАДИЯХ РАЗВИТИЯ СЕМЯН ЛЬНА-ДОЛГУНЦА

Ключевые слова: ультразвук, нитрат свинца, нитрат кадмия, тяжелые металлы, энергия прорастания, регуляторы роста растений, семена льна.

Введение

Тяжелые металлы и их соединения образуют значительную группу экотоксикантов, во многом определяющую антропогенное воздействие на экологическую структуру окружающей среды и на самого человека. В настоящее время недостаточно изучены механизмы накопления тяжелых металлов растениями [1, 2]. Вопросы ультразвукового воздействия на токсич-

ность сред, содержащих тяжелые металлы, в литературе не рассматривались.

Целью работы явилось изучение влияния совместного воздействия ультразвука и ингибиторов (солей свинца и кадмия) в широком диапазоне концентраций на ранних стадиях развития семян льна-долгунца.

Экспериментальная часть

Лабораторный опыт по определению энергии прорастания семян проводился на культуре льна-долгунца, сорт Томский-14. Семена обрабатывали растворами солей тяжелых металлов (нитратом свинца или нитратом кадмия) с концентрацией от 1 до 10-14 М без или совместно с ультразву-