Использование гидрофизических свойств для характеристики почв Курганской области

Глава 1. Почвенная влага, ее характеристики и методы их измерения
Приводится обзор литературы по вопросам исследования и оценки водного режима почв, рассматривается развитие учения о давлении почвенной влаги и история развития гидрофизических исследований.
Глава 2. Природно-климатические условия и объект исследования
2.1 Природно-климатические условия территории Курганской области
В данном разделе представлены природно-климатические условия территории Курганской области.
2.2 Характеристика Курганского овощного сортоиспытательного участка
Структура почвенного покрова Курганского овощного сортоиспытательного участка представлена двумя элементарными почвенными структурами (ЭПС) с различным характером элементарных почвенных ареалов (ЭПА). Основным объектом исследований стал чернозем выщелоченный слабогумусированный среднемощный легкосуглинистый. Отбор почвенных образцов проводился в летний период 2012 г. и 2020 г. на Курганском овощном сортоиспытательном участке КГСХА. Так же для сравнения результатов исследования были взяты данные 1986 и 1995 года. Гранулометрический состав почв исследуемого участка приведен в таблице 1.
Таблица 1
Гори- зонт
А
АВ В ВС
Гранулометрический состав ( ) чернозема выщелоченного легкосуглинистого Курганского овощного сортоиспытательного участка, 2012 г.
Глуби- 1-0,25, на, см %
0-10 8,32 10-20 6,40 20-30 5,58 30-40 2,29 40-50 2,11 50-60 1,07 60-70 0,81 70-80 3,81 80-90 2,00
90-100 1,04
0,25- 0,05- 0,01- 0,005- 0,05, 0,01, 0,005, 0,001, %%%%
<0,001, <0,01, %% 64,12 4,92 64,96 5,33 68,79 5,72 64,75 5,98 55,30 8,34 70,88 1,88 65,51 3,63 60,66 3,83 78,48 5,85 69,91 5,47 3,44 5,78 13,42 5,31 5,52 12,48 4,34 4,38 11,19 3,04 6,14 17,80 3,52 9,02 21,71 0,88 5,15 20,14 3,63 13,81 12,61 0,48 8,37 22,85 0,94 1,41 11,32 3,33 8,51 11,74 22,64 23,31 19,91 26,98 34,25 26,17 30,05 31,70 13,67 23,58 Содержание мелкого песка (фракции 0,25-0,05 мм) практически не изменяется в пределах почвенного профиля. Содержание физической глины (фракции <0,01) на исследуемом участке колеблется от 19,91 до 34,25%. Верхний гумусовый горизонт (слой 0-40 см) содержит в среднем 23,21 физической глины. Вниз по профилю содержание фракции физической глины слегка увеличивается до 31,70 . По результатам проведенного гранулометрического анализа, описываемые чернозёмы можно отнести к легкосуглинистым песчано-иловатым. В таблице 2 приведены основные физические свойства изучаемого чернозема. Таблица 2 Физические свойства чернозема выщелоченного легкосуглинистого Курганского овощного сортоиспытательного участка, 2012 г. Горизонт Глубина, Плотность см твердой фазы, г/см3 А 0-10 2,63 10-20 2,59 20-30 2,63 30-40 2,63 АВ 40-50 2,66 50-60 2,70 В 60-70 2,70 70-80 2,70 ВС 80-90 2,70 90-100 2,90 Плотность Общая почвы, пористость, г/см3 % 1,11 57,8 1,33 48,7 1,39 47,1 1,13 57,0 1,39 47,7 1,21 55,2 1,26 53,3 1,62 40,0 1,42 47,4 1,50 48,3 В пахотном слое чернозема плотность твердой фазы составляет 2,62 г/см3, с незначительным увеличением в подпахотном горизонте – до 2,67 г/см3. Такая плотность твердой фазы характерна для малогумусных почв. Плотность почвы в верхней части профиля имеет наименьшее значение – 1,11 г/см3, вследствие более высокого содержания органического вещества. Данная величина соответствует культурной свежевспаханной пашне. Средняя плотность почвы пахотного слоя 0-30 см составила 1,28 г/см3, что позволяет оценить пашню как уплотненную. При оценке плотности почвы использовалась шкала Н.А. Качинского. Общая пористость изменяется от 40,0 в слое 70-80 см, до 57,8 в слое 0-10см. Среднее значение пористости в пахотном слое 0-30 см составило 51,2 %. По шкале Н.А. Качинского, такая пористость для пахотного слоя является удовлетворительной. По определению содержания общего гумуса установили, что исследуемый участок относится к слабогумусированному виду почв с содержанием гумуса в верхнем 30-сантиметровом слое 3,6 . С увеличением глубины, содержание органического вещества уменьшается до 2 в слое 30-40см. Глава 3. Методика проведения исследования 3.1Методы определения основной гидрофизической характеристики Целью исследования стало изучение гидрофизических характеристик и построение основной гидрофизической характеристики почв Курганской области на примере чернозема выщелоченного. Для сокращения затрат времени на построение ОГХ была разработана программно-аппаратная методика построения изучаемых графиков ОГХ. С учетом того, что ОГХ индивидуальна для каждой конкретной почвы и представляется обычно в виде графиков, охватывающих широкий интервал значений влажности и потенциалов влаги, особое значение приобретает вопрос о методах и приборах, позволяющих быстро и надежно измерять эти величины. 3.2 Методика построения ОГХ и использование ее для определения основных физических показателей и характеристик почв 3.2.1 Лабораторный метод В качестве инструментального метода определения основной гидрофизической характеристики в работе в области pF от 4,4 до 6,5 (область адсорбированной прочносвязанной и пленочной влаги) мы использовали метод десорбции паров воды над насыщенными растворами солей. Для определения основной гидрофизической характеристики в области высоких давлений, pF до 3 (область пленочно-капиллярной и капиллярной влаги) в нашей работе использовался метод, приближенный к методу тензиостатов. По результатам, которые были получены при определении влажности инструментальными методами, построили график (рисунок 1). Рисунок 1. Кривая водоудерживающей способности (ОГХ) чернозема выщелоченного легкосуглинистого Курганского овощного сортоиспытательного участка, полученная инструментальным методом, 2012 г. 3.2.2 Расчетный метод Основные физические свойства почвы (гранулометрический состав, плотность, пористость), которые были определены в работе, использовались для расчетного метода определения кривой водоудержания. Достоинством этого метода является использование традиционной для отечественных почвоведов информации. В его основу положена концепция развитая Ворониным, согласно которой каждой почвенно-гидрологической константе на кривой водоудерживания соответствует давление влаги, определяемое одним из уравнений: пористость ε => P=0;
предел текучести Wпт => pF=2,17;
наименьшая влагоемкость Wнв => pF=2,17+ Wнв;
максимальная молекулярная влагоемкость Wммв => pF=2,17+3· Wммв; максимальная гигроскопичность почвы Wмг => pF=4,45.
Следовательно, задача восстановления ОГХ свелась к расчету почвенно-
гидрологических констант (ПГК) из данных гранулометрического состава почвы. На обширном экспериментальном материале установлено, что значения ПГК связаны с плотностью (ρ), пористостью (ε) почвы и содержанием фракций гранулометрического состава (ω), регрессионными уравнениями:
ε=0,805-0,183ω1+0,285ω2+0,057ω5-0,266ρ Wпт=0,082+1,163ω2-0,287ω3-0,107ω6+0,312ε Wнв=0,15+0,085ω1+0,514ω2+0,142ω4-0,145ω6 Wммв=0,053+0,941ω2-0,139ω3-0,031ω6+0,165ε Wмг=-0,009+0,198ω1-0,059ω2+0,04ω4+0,078ω5
где ω1, ω2 … ω6 – фракции гранулометрического состава почвы от ила до
крупного песка по классификации Н.А. Качинского.
В представленных расчетных уравнениях не учитывается содержание
органического углерода и почвенный профиль не дифференцируется по глубине. Но этот недостаток компенсируется учетом значений плотности и пористости почвы, во многом зависящих от генетических особенностей почвенных горизонтов.
По данным формулам была рассчитана соответствующая влажность для каждого давления влаги. По результатам этих данных был построен график (рисунок 2).
Рисунок 2. Кривая водоудерживающей способности (ОГХ) чернозема выщелоченного легкосуглинистого Курганского овощного сортоиспытательного участка, полученный расчетным методом, 2012 г.
По рисунку 2 мы видим, что в области рF >4 влажность почвы будет составлять около 2 . Эта величина является недоступной для растений. В области рF 2,8-4 величина влажности будет изменяться от 2 до 16 , что соответствует области пленочной влаги. В интервале рF 2,8-2,2 влажность будет изменяться от 16 до 28 , что соответствует капиллярной области. Область насыщения почвы (28-50% влажности) соответствует интервалу рF 0-2,2.
Сравнивая форму графиков (рисунки 1 и 2), построенных по результатам проведенных исследований, можно отметить, что лабораторный и расчетный методы дают схожие результаты формы кривой ОГХ. Но лабораторный метод построения ОГХ очень трудоемкий, длительный по времени (шесть и более недель), требует поддержания постоянных внешних условий в ходе проведения эксперимента. Расчетный метод позволяет строить кривые ОГХ по общедоступным, хорошо изученным физическим свойствам. Поскольку определение физических свойств используемых в работе, процесс не продолжительный, и очень часто физические свойства изучены и определены, то построение графика осуществляется быстрее. Разница во влажности объясняется полным насыщением образцов в инструментальном методе.
3.2.3 Программно-аппаратный метод
Стоимость получения почвенно-гидрофизической информации, особенно с учетом пространственно-временной изменчивости, обычно велика, поэтому актуальной задачей является упрощение и удешевление получения почвенно- гидрофизической информации. Программно-аппаратные методы позволяют снизить трудоемкость и увеличить наглядность проводимых расчётов.
Назначение программного комплекса. Разработанная программа предназначается для расчёта гранулометрического состава почвы из почвенно- гидрологических констант. Программа выполняет построение опытного и модельного графиков по входным точкам, проводит совмещение этих графиков в указываемой пользователем точке и находит ошибку по влажности W ( ) и по давлению pF для данной точки. Разработанный комплекс – «Модель расчёта грансостава из ПГК» выполняется под управлением операционной системы Windows XP и последующих ОС этого семейства. Для запуска программного комплекса необходим файл model.exe. Для функционирования программы требуется ЭВМ со следующими характеристиками:
1. Процессор с тактовой частотой не менее 300 МГц;
2. Наличие не менее 2 Мб оперативной памяти;
3. Свободное пространство на жестком диске 1 Мб для файлов приложения;
4. Операционная система, поддерживающая GUI (графический интерфейс
пользователя).
Для реализации программного комплекса был выбран язык программирования
C++ Builder XE7.
Для построения графиков опыта и модели необходимо ввести координаты
точек и нажать кнопку «построить», при необходимости проводим совмещение графиков (рисунок 3) для нахождения ошибки по влажности W ( ) (рисунок 4) и по давлению pF (рисунок 5).
Рисунок 3. Совмещение графиков функции кривой водоудерживающей способности (ОГХ) чернозема выщелоченного легкосуглинистого Курганского овощного сортоиспытательного участка, полученных с помощью программного комплекса
Рисунок 4. Ошибка в расчетах влажности для графиков функции кривой водоудерживающей способности (ОГХ) чернозема выщелоченного легкосуглинистого Курганского овощного сортоиспытательного участка, полученные с помощью программного комплекса
Рисунок 5. Ошибка в расчетах давления для графиков функции кривой водоудерживающей способности (ОГХ) чернозема выщелоченного легкосуглинистого Курганского овощного сортоиспытательного участка, полученные с помощью программного комплекса
Далее создаем выборку ошибок для интересующих нас точек (рисунок 6). Работа с файлом «выборка ошибок» (рисунок 7) позволяет проанализировать допустимые погрешности расчета и, как следствие, отклонения от истинных значений влажности и давления.
Рисунок 6. Точки расчета ошибок для графиков функции кривой водоудерживающей способности (ОГХ) чернозема выщелоченного легкосуглинистого Курганского овощного сортоиспытательного участка, полученные с помощью программного комплекса
Рисунок 7. Выборка ошибок измерения при построении графиков функции кривой водоудерживающей способности (ОГХ) чернозема выщелоченного легкосуглинистого Курганского овощного сортоиспытательного участка, полученные с помощью программного комплекса
Также разработанная программа решает задачу нахождения значений влажностей по заданным фракциям гранулометрического состава почвы (от ила до крупного песка) (рисунок 8) и обратную ей задачу нахождения значений фракций по заданным влажностям. На каждом из окон программы имеется возможность сохранения текущих параметров.
Рисунок 8. Нахождение значений влажностей по заданным фракциям гранулометрического состава почвы
Если на основе введенных данных программа вычисляет отрицательные значения фракции или влажности, то выдаётся сообщение об ошибке.
Глава 4. Основная гидрофизическая характеристика основных типов почв Курганской области
Были построены ОГХ черноземов различных участков, ОГХ солонцов и ОГХ солоди. Для построения были использованы данные исследований, которые отображены в учебном пособии «Почвы Курганской области» В.П. Егорова и Л.А. Кривонос, выпущенной в 1995 году издательством «Зауралье». По этим данным был проведен анализ работы математической модели в почвоведении.
4.1 Черноземы
Наиболее распространенные и плодородные почвы Курганской области – чернозёмы. Они занимают 30,3 общей площади области или 72,7 от общей площади пахотных земель. Общая картина при построении ОГХ черноземов различных участков и районов области дала положительный результат. Приведем примеры ОГХ черноземов различных территорий области (рисунки 9-12) различного гранулометрического состава.
При построении графиков функции кривой водоудерживающей способности (ОГХ) для черноземов разного гранулометрического состава можно отметить смещение формы кривых. Это говорит о том, что у разных разновидностей чернозема будут разные величины ПГК. Этот показатель будет оказывать влияние на сроки обработки почвы, сроки орошения, поливную норму и ряд других показателй, зависящих от гранулометрического состава.
При рассмотрении чернозема выщелоченного легкосуглинистого физическая спелость почвы лежит в интервале от 22 до 25 ; среднесуглинистого – от 24 до
26 ; тяжелосуглинистого – от 25 до 28 11
.

Рисунок 9. Совмещение графиков функции кривой водоудерживающей способности (ОГХ) для модели чернозема выщелоченного легкосуглинистого и чернозема обыкновенного обычного тяжелосуглинистого (Варгашинский район, 1995, горизонт В1)
Рисунок 10. Совмещение графиков функции кривой водоудерживающей способности (ОГХ) для модели чернозема выщелоченного легкосуглинистого и чернозема обыкновенного солонцеватого глинистого (Половинский район, 1995, горизонт В1)
Рисунок 12. Совмещение графиков функции кривой водоудерживающей способности (ОГХ) для модели чернозема выщелоченного легкосуглинистого и чернозема обыкновенного солонцеватого тяжелосуглинистого (Кетовский район, 1989, горизонт В1)
Рисунок 11. Совмещение графиков функции кривой водоудерживающей способности (ОГХ) для модели чернозема выщелоченного легкосуглинистого и чернозема обыкновенного осолоделого (Куртамышкий район, 1995, горизонт В1)
4.2 Солонцы
По распространению солонцы занимают второе место после чернозёмов. Они занимают 15,2 общей площади области. Отличительной особенностью солонцов является повышенное содержание натрия в солонцовом горизонте. Это обуславливает их неблагоприятные физические, водно-физические и физико- механические свойства. С помощью программного метода были построены ОГХ солонцов и чернозема выщелоченного легкосуглинистого.
Изменение ОГХ происходит при осолонцевании. Это свойство чаще всего связано с повышенным содержанием обменного натрия в почвенном поглощающем комплексе. Морфологически солонцеватость проявляется в уплотнении профиля, появлении грубой ореховатой структуры. Она отражается на физических и водных свойствах почвы. Смещение ОГХ должно отражать увеличение водоудерживающей способности почв при осолонцевании.
Можно отметить, что для чернозема характерна достаточно плавная форма кривой. У солонца черноземно-лугового типичного мелкого (рисунок 13) отмечаются довольно резкие перепады кривой. Благоприятный интервал для роста растений у солонца сокращается. Физическая спелость солонцов находится в интервале от 28 до 37 . У солонца черноземно-лугового типичного среднего (рисунок 14) можно отметить более плавную форму графика. Интервал роста и развития растений здесь увеличится. Но запасы влаги останутся меньше, по сравнению с черноземом выщелоченным.
Черноземы это почвы с достаточно благоприятными свойствами для роста и развития растений, а солонцы – почвы с неблагоприятными свойствами. Все эти различия хорошо прослеживаются на совмещенных графиках.
Рисунок 13. Совмещение графиков функции кривой
водоудерживающей способности (ОГХ) для модели чернозема выщелоченного легкосуглинистого и солонца черноземно-лугового типичного мелкого (Кетовский район, 1995, горизонт В1)
4.3 Солоди
Рисунок 14. Совмещение графиков функции кривой водоудерживающей способности (ОГХ) для модели чернозема выщелоченного легкосуглинистого и солонца черноземно-лугового типичного среднего (Кетовский район, 1995, горизонт В)
Солоди достаточно широко распространены на территории области (12,5%). Наибольшие площади солоди сосредоточены в северной и северо-западной частях области. По своим физико-химическим свойствам солоди являются малоплодородными почвами.
При сравнении графиков ОГХ для чернозема выщелоченного и солоди (рисунки 15, 16) следует отметить, что физическая спелость участка начинается с 24 включительно и до 28 , тогда как 28 – это состояние пластичности чернозема. Поэтому участки, содержащие два типа почв, будет трудно
обрабатывать, готовность к обработке определяется различными границами влажности.
Рисунок 15. Совмещение графиков функции кривой водоудерживающей способности (ОГХ) для модели чернозема выщелоченного легкосуглинистого и солоди (Кетовский район, 1995, горизонт Ад)
Рисунок 16. Совмещение графиков функции кривой водоудерживающей способности (ОГХ) для модели чернозема выщелоченного легкосуглинистого и солоди (Кетовский район, 1995, горизонт А2)
4.4 Почвенно-гидрологические константы различных типа почв
Из построенных графиков были получены почвенно-гидрологические константы. Результаты определения почвенно-гидрологических констант различных типов почв представлены в таблице 3.
По данным таблицы 3 можно отметить, что величина ПГК у разных типов, видов и разновидностей почв зависит от гранулометрического состава и содержания органического вещества.
Таблица 3 – Почвенно-гидрологические константы типов почв Курганской области
Типы почв
Чернозем выщелоченный Чернозем обыкновенный обычный тяжелосуглинистый Чернозем обыкновенный солонцеватый тяжелосуглинистый Чернозем обыкновенный осолоделый легкосуглинистый Чернозем обыкновенный среднесуглинистый Солонец черноземно-луговой типичный средний Солодь (горизонт В)
Почвенно-гидрологические константы, Пористость, %%
МГ ВЗ ММВ НВ ПВ (ВРК)
связная влага 2,2 3,3 9,0 13,5
9,5 14,2 7,4 11,1
6,8 10,2
свободная влага
16,0 18,0 28,0 50,0 20,3 27,5 30,7 42,8
22,2 25,3 32,8 42,0 18,2 21,4 28,3 42,7
21,7 21,8 33,1 50,0
22,9 26,2 33,3 41,0
8,0 12,0 10,6 15,9
19,3 25,0 29,6 44,7 Примечание: МГ – максимальная гигроскопическая, ВЗ – влажность завядания, ММВ – максимальная
молекулярная влагоемкость НВ – наименьшая влагоемкость, ПВ – полная влагоемкость 14

По данным таблицы 3 величина связной влаги находится в интервале от 2,2 влажности почвы (у чернозема супесчаного) до 15,9 у солоди. Величина свободной влаги находится в интервале от 16,0-22,9 в зависимости от типов и разновидностей почвы до 28,0-33,3%. Если рассмотреть ПГК по типам и разновидностям почв, то можно отметить, что у глинистых разновидностей эти показатели будут выше, чем у песчанных. На исследуемых образцах удовлетворительная величин НВ отмечен у чернозема обыкновенного обычного тяжелосуглинистого (27,5 ), чернозема обыкновенного солонцеватого тяжелосуглинистого (25,3 ), солонца черноземно-лугового типичного среднего (26,2 ) и солоди (25 ). Неудовлетворительная величина НВ встречается у чернозема выщелоченного (18 ), чернозема обыкновенного осолоделого легкосуглинистого (21,4 ), чернозема обыкновенного среднесуглинистого (21,8 ).
Глава 5. Практическое применение основной гидрофизической характеристики
5.1 Анализ динамики гранулометрического состава чернозема выщелоченного легкосуглинистого
По результатам проведенного анализа (2012 и 2020 годов) и архивных данных гранулометрического состава почвы (1986 год) были построены гидрофизические характеристики пахотного слоя двух разрезов (рисунки 17-19) с территории исследования. Почвенный покров территории исследования орошается.
В 1986 году содержание фракции физической глины изменялось от 14,90 до 22,20% . При этом увеличение вниз по профилю в содержании фракции физической глины свидетельствует о дифференциации профиля чернозема выщелоченного и выделения в нем иллювиального горизонта. В составе фракций преобладала фракция мелкого песка (0,25-0,05 мм). Меньше всего было мелкопылеватой фракции (0,005-0,001 мм), ее содержание составляло от 2,60 до 4,60 . Чуть больше содержалось фракции средней пыли (0,01-0,005 мм) – 4,40-5,80%. Содержание илистых частиц (<0,001 мм) изменялось от 6,70 до 12,80 (таблица 4). Таблица 4 – Гранулометрический состав чернозема выщелоченного легкосуглинистого Курганского овощного сортоиспытательного участка (разрез 2), 1986 г. Гори- Глуби- зонт на, см 1-0,25 А 0-10 5,80 10-20 5,90 20-30 5,50 АВ 30-40 5,70 Содержание фракций ( ) при размерах, мм 0,25- 0,05- 0,05 0,01 67,10 7,00 65,40 6,50 72,60 7,00 70,20 4,80 0,01- 0,005- <0,001 0,005 0,001 4,60 4,20 11,30 4,80 4,60 12,80 4,40 3,80 6,70 5,80 2,60 10,90 <0,01 20,10 22,20 14,90 19,30 15 Рисунок 17. График функции кривой водоудерживающей способности (ОГХ) для чернозема выщелоченного Курганского овощного сортоиспытательного участка (разрез 2, горизонт А, 1986 г.) В 2012 году в тех же точках были отобраны образцы почв для гранулометрического анализа почв исследуемого участка. Проведенные исследования показали, что идет увеличение содержания фракции физической глины от 19,91 до 26,98 . Увеличение происходит за счет изменения илистых частиц (<0,001 мм) с 11,19 до 17,80 и мелкопылеватой фракции (0,005-0,001 мм) с 4,38 до 6,14 . При этом разрушается фракция крупной пыли (0,05-0,01 мм), ее содержание изменяется от 4,92 до 5,98 . По горизонтам содержание мелкого песка (0,25-0,05 мм) изменяется от 64,12 до 68,79 (таблица 5). При сравнении с данными 1986 года содержание мелкого песка уменьшается. Таблица 5 - Гранулометрический состав чернозема выщелоченного легкосуглинистого Курганского овощного сортоиспытательного участка (разрез 2), 2012 г. Гори- Глуби- Содержание фракций ( ) при размерах, мм зонт на, см 1-0,25 0,25- 0,05 А 0-10 8,32 64,12 10-20 6,40 64,96 20-30 5,58 68,79 АВ 30-40 2,29 64,75 0,05- 0,01- 0,005- <0,001 0,01 0,005 0,001 4,92 3,44 5,78 13,42 5,33 5,31 5,52 12,48 5,72 4,34 4,38 11,19 5,98 3,04 6,14 17,80 <0,01 22,64 23,31 19,91 26,98 В 2020 году были отобраны образцы почв для гранулометрического анализа почв исследуемого участка в тех же точках. По содержанию физической глины Рисунок 18. График функции кривой водоудерживающей способности (ОГХ) для чернозема выщелоченногоКурганского овощного сортоиспытательного участка (разрез 2, горизонт А, 2012 г.) (<0,01 мм) исследуемые участки можно отнести к легкосуглинистой разновидности. Содержание данной фракции составила 24,41-25,34 . Вниз по профилю происходит ее увеличение. Содержание илистой фракции (<0,001мм) изменялось с 12,24 до 14,81 по горизонтам. Можно отметить увеличение в содержании данной фракции по сравнению с данными 1986 года. Фракция мелкой пыли (0,005-0,001 мм) в год исследования составляла от 7,98 до 8,92 (таблица 6). По сравнению с предыдущими исследованиями (1986 г.) эта величина увеличилась. При увеличении фракции мелкой пыли (0,005-0,001 мм) горизонт снижает свою водопроницаемость из-за высокой способности к набуханию и усадке, при этом увеличивается липкость и плотность сложения. Таблица 6 - Гранулометрический состав чернозема выщелоченного легкосуглинистого Курганского овощного сортоиспытательного участка (разрез 2), 2020 г. Гори- Глуби- зонт на, см 1-0,25 А 0-10 6,38 10-20 6,26 20-30 5,86 АВ 30-40 8,71 Содержание фракций ( ) при размерах, мм 0,25- 0,05- 0,01- 0,05 0,01 0,005 65,22 3,99 1,62 65,10 4,10 1,76 64,50 4,30 1,86 59,68 8,67 2,04 0,005- <0,001 0,001 7,98 14,81 8,13 14,65 8,92 14,56 8,66 12,24 <0,01 24,41 24,54 25,34 22,94 Можно отметить, что за 34 года сельскохозяйственного использования в почвенном профиле увеличилось содержание фракции физической глины на 14,0- 54,0 , ила на 15,7-82,7 и мелкой пыли. Уменьшилось содержание фракции мелкого песка на 8,75-10,17 и крупной пыли на 16,87-23,86 . Произошло разрушение более крупных фракций и переход их в состав более мелких фракций. Этому способствовали механические обработки почвы и применение бессистемного орошения. 5.2 Определение сроков и нормы полива овощных культур По построенным графикам основной гидрофизической характеристики почв были определены почвенно-гидрологические константы (таблица 7). За счет орошения исследуемого участка идет передвижение мелких частиц вниз по профилю. Следствием этого является увеличение мелкой пыли с глубиной. На поверхности больше песчаных частиц. В результате способность удерживать влагу Рисунок 19. График функции кривой водоудерживающей способности (ОГХ) для чернозема выщелоченногоКурганского овощного сортоиспытательного участка (разрез 2, горизонт А, 2020 г.) снижается. Уменьшается запас высокопродуктивной влаги, увеличиваются запасы малопродуктивной влаги. Таблица 7 – Почвенно-гидрологические константы чернозема выщелоченного Курганского овощного сортоиспытательного участка Год Раз- иссле- рез дова- ния Гори- Почвенно-гидрологические константы ( ) Порис- тость, 54,66 50,73 51,41 51,04 50,95 52,77 зонт МГ ВЗ ММВ 16,81 16,81 17,32 17,83 21,30 21,42 НВ ПВ 17,88 27,38 18,17 26,98 18,31 27,75 18,51 28,23 20,65 32,65 20,25 33,20 0-40 6,37 9,55 1986 1 2 0-40 6,49 9,74 0-40 6,99 10,49 0-40 6,46 9,69 6,75 10,12 2012 1 2 0-40 6,60 9,90 2020 1 2 0-40 По полученным данным рассчитаны значения средней поливной нормы исследуемого участка. где, НП – норма полива, м3/га, НВ – наименьшая влагоемкость почвы, W – влажность почвы в данный момент, h – мощность слоя, см, dv – плотность почвы г/см3. 3 НП= (20,65 - 8,05)×25 ×1,27 = 400,05 м /га. 5.3 Использование основной гидрофизической характеристики при землевании почв и расчеты активного слоя почвы Для определения нормы полива достаточно воспользоваться формулой: НП= (НВ-W)×h×dv, График ОГХ и полученные из него значения почвенно-гидрологических константы можно использовать для расчета активного слоя при землевании. Для расчета активного слоя почвы используем формулу: , где H – активный слой почвы, м; M – поливная норма, м3/га; dv – плотность активного слоя почвы, т/м3; Wппв – оптимальная влажность активного слоя почвы, практически равная или несколько меньше ППВ, ; W0,7ппв – влажность активного слоя перед поливом, . По результатам исследования полученных в 2020 году и архивным материалам (1986 г.) была определена мощность активного слоя почвы. мощность активного слоя исследуемого участка составляла 0,31 м в 1986 году. 18 , , мощность активного слоя исследуемого участка составляла 0,28 м в 2012 году. И мощность активного слоя в 2020 году достигла значения 0,27 м. Результаты расчетов мощности активного слоя по двум разрезам представлены в таблице 8. Таблица 8 – Изменение мощности активного слоя чернозема выщелоченного Курганского овощного сортоиспытательного участка Год исследования 1986 2012 2020 Номер разреза 1 1 1 Активный слой, м 0,31 0,30 0,28 0,27 0,27 0,27 При длительном агротехническом использовании наблюдается изменение мощности активного слоя. Бессистемное орошение привело к изменениям агрофизических свойств чернозема выщелоченного, что проявляется в ухудшении структурного состояния, изменению плотности, увеличению глыбистости и, соответственно, уменьшению агрономически ценных агрегатов. ЗАКЛЮЧЕНИЕ На основании проведенных исследований и полученных графиков основной гидрофизической характеристики, построенной лабораторным, расчетным и программно-аппаратным (разработанным автором) методами были получены следующие результаты. 1) При проведении анализа графиков черноземов получено, что максимальная водоудерживающая способность черноземов характерна для горизонта 0-40 см. Для участка исследования начиная с 16 включительно и до 18 , можно говорить о состоянии физической спелости почвы. При влажности 18 начинает проявляться липкость. При влажности 28 наблюдается проявление пластичности и при влажности 50 почва переходит в состояние текучести. При рассмотрении чернозема выщелоченного легкосуглинистого физическая спелость почвы лежит в интервале от 22 до 25 ; среднесуглинистого – от 24 до 26 ; тяжелосуглинистого – от 25 до 28 . 2) При сравнении графиков ОГХ для черноземов, солонцов и солодей отмечены следующие моменты. Физическая спелость солонцов начинается с 23 и до 26 , у солоди с 24 включительно и до 28 , тогда как 28 – состояние пластичности чернозема. Поэтому участки, которые содержат различные типы почв, будет трудно обрабатывать, готовность к обработке определяется различными границами влажности. 3) Проведенный анализ гранулометрического состава показал, что за 34 года сельскохозяйственного использования в почвенном профиле увеличилось содержание фракции физической глины на 10,5-78,6 , ила на 12,3-105,7 и мелкой пыли. В пахотном слое уменьшилось содержание фракции мелкого песка на 0,46- 13,55 и крупной пыли на 20,43-44,55 . Произошло разрушение более крупных фракций и переход их в состав более мелких фракций. Этому способствовали механические обработки почвы и применение бессистемного орошения. 4) Расчеты запасов подвижной и малопродуктивной влаги показали, что за счет орошения исследуемого участка идет передвижение мелких частиц вниз по профилю. Следствием этого является увеличение мелкой пыли с глубиной. На поверхности больше песчаных частиц. В результате способность удерживать влагу снижается. Уменьшается запас подвижной влаги, увеличиваются запасы малопродуктивной влаги. 5) По полученным почвенно-гидрологическим константам предложена методика по определению нормы и сроков полива. По данной методике для 2020 года наименьшая влагоемкость участка составила на первом разрезе 20,65 , для второго разреза - 20,25 . Следовательно, при влажности почвы, определяемой в данный момент, соответствующей значению меньше 21 , культуры будут нуждаться в поливе. Если влажность будет более 21 , то необходимость в поливе отсутствует. Значение средней поливной нормы на этом участке получили 400 м3/га. 6) Расчеты активного слоя почвы показали, что при длительном агротехническом использовании наблюдается изменение мощности активного слоя с 0,31 до 0,27 м. 7) Предлагаемая методика позволяет на основе почвенно-гидрологических констант проводить мероприятия по рекультивации: в частности, рассчитывать толщину активного слоя для районов со сложными геологическими условиями. 8) Предлагаемая программа позволяет проводить анализ архивных материалов физических свойств почв. Это дает возможность оценивать состав и характеристики грунта для правильного применения агротехнических мер, которые позволят снизить затраты при обработках.