Влагоперенос в серо-бурых тяжелоглинистых почвах Сиязань-Сумгаитского массива

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 631.42                                        

Серо-бурые тяжелоглинистые почвы получившие широкое распространение в Сиязань-Сумгаитском массиве формируются в аридных условиях, при катострофическом дефиците увлажнения. Гидротермические ресурсы почвенной среды являются лимитирующими факторами, формирующие ее структурное состояние. Количество тепла и уровень влагообеспеченности почвы определяет границы колебания ее структурной стабильности-целостности. Наличие (появление) трещин — усадок в глинистых почвах, указывает на изменчивость агрегатного состояния почвенной среды, определяет границу перехода структуры почвы от естественной к смешанной, которая тесно коррелирует с амплитудой колебания температуры и, следовательно, определяет границы изменения его физического состояния, что в свою очередь является главным условием формирования скорости влаго- и солепереноса в естественных условиях [1, 3, 4, 7].

Изучение гидротермического режима почв опытного участка показывает, что при существующих климатических условиях проникновение влаги вглубь возможно до 25см, что подтверждается полевыми исследованиями.

Зона влияния температурных колебаний охватывает верхний слой почвы. Даже условия, когда температура воздуха в течении нескольких суток опускалась до минусовой отметки не смогли повлиять на температуру слоя почвы ниже уровня25 см. Влажность, тесно коррелирующая с образованием трещин и их размерами, является определяющей в сохранении капилярной целостности дисперсной среды, которая является главным условием в изучении влагопереноса в почве. Любые изменения в структуре почвы должны находить подтверждение в изменении ее влагоемкости , так как физическая сущность трансформации структуры заключается в увеличении внешней поверхности раздела почвенных фаз, что должно проявляться в виде увеличения сорбционной способности.

Эксперименты, проводимые с почвами, с различной степенью структурной организованности, дают основания полагать, что увеличение поглащения влаги почвой происходит ,в основном, за счет ликвидных капиллярных пор, когда часть тупиковых пор, попадающие в зону иссушения-образования трещин усыхания, или раздробления при обработке на более мелкие агрегаты, становятся сквозными капиллярами, открытыми для проникновения воды. Нарушение капиллярных связей почвенной среды, в результате иссушения и образования трещин усыхания, способствует изменению (корректировке) направления влагопереноса, температурного режима. Формируются условия свободного набухания почвы,в результате которых скорость процесса перемещения влаги верхнего(такыровидного) слоя выше, чем в ненарушенной, естественной почвенной среде.

Объект и методика

Методика выполнения исследований основана на принципах сравнительного анализа процесса водопроницаемости почвенной среды естественного сложения с различным уровнем структурной организации почвы, включающая смешанную и смешанно-закрепленную полимером ВО [8, 9].

Насыщение почвенной среды осуществлено капилярно, в виде восходящего потока влаги, методом декантации. Лабораторные опыты проводились с серо-бурыми почвами, взятыми с опытного участка, расположенного на территории Сиязань-Сумгаитского массива, на физических площадках, размером 10х10 м. Физико-химические показатели данных почв, представленные в Таблице 1, характеризует их, как тяжелоглинистые, омергелованные, сильносолонцеватые солончаки с элементарными признаками естественного плодородия. Плотность почвы естественного сложения dv = 1.378 гсм3, а капилярная влагоемкость — 23,2% [8].

Почвенная среда с частично нарушенными капиллярными связями является смешанной структурой, с отсутствием горизонтальных составляющих, что и является причиной закупоривания трещин усадок в годичном цикле. Смешанная структура почвы с устойчивыми горизонтальными свободными поровыми пространствами создает условия. при которых свободная пористость почвенной среды сохраняется, и влагопроводность структуры достигает высоких значений. Исследования, проводимые на монолитах с различными уровнями структурной организации в сравнении с почвой естественного сложения подтверждает теорию реальной пористости, выдвинутую Н. Р. Сулеймановым (Таблица 2).

Таблица 2

ВОДООТДАЧА С РАЗЛИЧНЫМ УРОВНЕМ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ПОЧВЫ

Из Таблицы 2 видно, что структурная организация почвы имеет прямое влияние на формирование водно-физических свойств набухающих почв. Сорбция влаги почвенной структурой со смешанным сложением и обработанная полимером, больше чем в естественном сложении. Общее количество профильтровавшейся воды при естественной плотности сложения почвы, равна 352 см3, что в два раза меньше, чем в монолите со смешанной структурой сложения. Объем профильтровавшейся воды, в варианте, предусматривающем закрепление смешанной структуры полимером ВО, равного 508 см3, меньше, чем в варианте со смешанной структурой. Причиной этого является полимер, способный увеличивать свой первоначальный объем в широком диапазоне. Полимер, закрепляясь на поверхности почвенного агрегата, с поступлением влаги увеличивается в объеме , тем самым, снижается его концентрация., что способствует проникновению полимера в более глубокие слои почвенного агрегата и удерживанию влаги внутри него. Почвенная среда, закрепленная слабым раствором полимера, способна удерживать и отдавать ее постепенно, о чем свидетельствует длительность иссушения монолита.

Расчет полной влагоемкости почвы показывает, что хотя по способности водоотдачи смешанная структура является благоприятной, но с агрономической точки зрения, закрепление структуры полимером является более приемлемым с позиции влагоемкости. Так, ПВ за счет распадения на более мелкие разности почвенные агрегаты увеличивают внешнюю поверхность. Иными словами увеличивается контактная поверхность раздела фаз, что приводит к увеличению площади смачивания почвы. Другим слагающим увеличения влагоемкости является потеря целостности капиллярных связей. Распадение на более мелкие агрегаты способствует увеличению доли коротких капилляров, лимитируемые длиной почвенного агрегата, а также тупиковых пор, заполненных защемленным воздухом. Часть их в результате распада становится сквозными, то есть доступными для влаги, перемещающиеся поверхностными силами капилляров, а часть остаются таковыми. Именно этим и объясняется увеличение ПВ почвы со смешанной структурой и закрепленной полимером ВО соответственно на 5,8 и 6,46% (Таблица 3).

Таблица 3

РАСЧЕТ ПОЛНОЙ ВЛАГОЕМКОСТИ ПОЧВЫ ПРИ РАЗЛИЧНОМ УРОВНЕ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ПОЧВЫ

Разность (0,66) в ПВ между вариантами с применением полимера объясняется высокой набухаемостью полимера ВО, способным увеличиваться в объеме в кратном масштабе, что и привело к снижению влагоемкости монолита.

Выводы

Распад почвенных агрегатов на более мелкие размеры способствует увеличению ПВ тяжелоглинистых почв на 5,8%.

Закрепление почвенных агрегатов полимером ВО увеличивает водоудерживающую способность смешанной структуры на 0,66%.

Увеличение влагоемкости почвенных агрегатов происходит за счет потери тупиковых пор и увеличения доли сквозных капилляров.