Шорина ирина владимировна - polpoz.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1страница 2
Похожие работы
Шорина ирина владимировна - страница №1/2



На правах рукописи

ШОРИНА ИРИНА ВЛАДИМИРОВНА


ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ГИДРОТЕРМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ЧЕРНОЗЕМОВ ВЫЩЕЛОЧЕННЫХ НА СКЛОНАХ ВЫСОКОГО АЛТАЙСКОГО ПРИОБЬЯ

Специальность 06.01.03 – агропочвоведение, агрофизика


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук
Барнаул – 2009

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Алтайский государственный аграрный университет»

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор



Макарычев Сергей Владимирович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Иван Тимофеевич Трофимов

кандидат сельскохозяйственных наук,

доцент Нина Борисовна Максимова

Ведущая организация: Факультет почвоведения Московского

государственного университета

им. М.В. Ломоносова

Защита состоится «25» июня 2009 г. в 16 ч. на заседании диссертационного совета Д220.002.01 при ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет»

Адрес: 656099, г. Барнаул, пр-кт Красноармейский, 98.

Факс (3852) 62-83-96

E-mail:d220agau@asau.ru


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан « 23 » мая 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д

. с.-х. наук Е. Г. Пивоварова


ВВЕДЕНИЕ


Актуальность темы исследования

Значительная территория Алтайского края расположена на склонах различной крутизны и экспозиции. Рельеф земель сельскохозяйственного пользования характеризуется различными уклонами. Угодья, уклон которых не превышает 1 занимают 54 % пашни, от 1 до 2− 15 %, от 2 до 5 − 14 %, от 5 до 10− 9 % и более 10− 8 %. При этом склоновые почвы в той или иной степени дефлированы или подвержены водной эрозии.

Их плодородие − одно из важнейших свойств, определяющих урожай сельскохозяйственных культур. Оно зависит от различных почвенных параметров, к которым относятся содержание питательных веществ, а также показатели почв, характеризующие водный, воздушный и тепловой режимы. Одним из непременных условий повышения плодородия является создание оптимальных агрофизических условий и гидротермических режимов в почвенном профиле.

Тепло и влага определяют интенсивность питательного режима, жизнедеятельность почвенных микроорганизмов, отвечают за рост и развитие корневой системы растений, тем самым, определяя урожайность возделываемых культур.

В свою очередь, тепловые потоки и движение влаги зависят от совокупности теплофизических свойств и распределения температурных полей в почвенном профиле. К теплофизическим свойствам относятся объемная теплоемкость, тепло - и температуропроводность почвы.

В отличие от плакорных земель на склоновых угодьях взаимодействие природных и антропогенных факторов создает сложную агроэкологическую обстановку, представляющую большой научный интерес.

Тем не менее, в настоящее время для условий Алтайского Приобья практически не изучены процессы аккумуляции и распределения ресурсов тепла и влаги в почвах склонов. Отсутствуют данные о формировании теплофизического состояния черноземов на различных элементах рельефа. Поэтому комплексные исследования их тепловых свойств и гидротермических режимов весьма актуальны.

Целью работы является изучение теплофизического состояния черноземов выщелоченных на различных элементах склонов высокого Алтайского Приобья (на примере учебно-опытного хозяйства «Пригородное»)

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

- изучить общие физические, водно-физические и физико-химические свойства почв на различных частях склона;

- исследовать теплофизические коэффициенты чернозема выщелоченного на различных элементах рельефа;

- установить влияние влажности и плотности на теплофизические свойства почвы;

- изучить суточные, сезонные и годичные гидротермические режимы генетических горизонтов черноземов на склонах Алтайского Приобья;

- выявить влияние экспозиции склона, формы его поверхности и крутизны на коэффициенты теплоаккумуляции;

- установить влияние теплофизического состояния чернозема на урожайность возделываемых культур.



Научная новизна

Впервые определены теплофизические свойства черноземов выщелоченных на различных элементах рельефа.

Установлены особенности формирования теплофизического состояния генетических горизонтов почвенного профиля на склонах. Проведена оценка влияния их экспозиции и крутизны на гидротермический режим и теплопотоки в черноземе выщелоченном.

Защищаемое положение

Поступление, аккумуляция и распределение тепла в черноземах на различных элементах рельефа определяются их агро- и теплофизическими свойствами, а также экспозицией, крутизной и формой поверхности склона.



Практическая значимость

Знание теплофизических свойств и гидротермических режимов генетических горизонтов черноземных почв позволяет оценить и прогнозировать распространение и аккумуляцию тепла и влаги на различных элементах склона в целях оптимизации их использования в сельскохозяйственном производстве.



Апробация работы

Материалы диссертации докладывались на научно-практической конференции института природообустройства «Приоритетные направления научных исследований в области природообустройства» (г. Барнаул, 2007 г., 2008 г.), II, III и VI Международной научно-практической конференции «Аграрная наука − сельскому хозяйству Алтая» (г. Барнаул, 2007, 2008 г.); V Междунар. науч.-практ. конф. молодых ученых Сиб. фед. Округа (г. Красноярск 2007 г.),VI Межрегиональной конференции молодых ученых и специалистов Сибирского федерального округа (г. Барнаул, 2008 г.).



Публикации

Материалы диссертации опубликованы в 8 статьях, в том числе две, входящих в список ВАК РФ. Объем публикаций составляет 1,63 п.л., в том числе доля автора 1,36 п. л.



Структура и объем

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы. Содержание работы изложено на 136 страницах печатного текста, включая 15 таблиц, 34 рисунка. Список используемой литературы включает 174 отечественных и зарубежных источников.




СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Современное состояние вопроса


Почва – уникальное богатство каждой страны и всего человечества. (Бурлакова, 1984). Она формируется в результате тесного взаимодействия климата, растительности, почвообразующих пород, рельефа и антропогенеза.

Рельеф – это совокупность форм земной поверхности разных масштабов, которые подразделяются на мега-, макро-, мезо- и нанорельеф (Ганжара, 2001). Мезо- и микроформы рельефа перераспределяют тепло и влагу в пределах склонов, повышений и понижений, тем самым формируя мезо- и микроэкосистемы с характерными особенностями почвенного покрова.

Рельеф играет существенную роль при формировании температурного режима почвы. Вместе с тем на её температуру влияют теплофизические свойства, которые во взаимодействии с механическими и водно-физическими, которые в значительной степени определяют интенсивность процессов теплопередачи и теплоаккумуляции в почвенном профиле (Макарычев, 2002).

Несмотря на то, что изучение теплофизического состояния почвы велось достаточно активно, некоторые области почвенной теплофизики остались слабо изученными. Недостаточно информации о влиянии различных элементов рельефа на тепловые свойства почвы, хотя влияние это может быть довольно существенным.

В связи с этим нами предприняты дальнейшие шаги в изучении теплофизических свойств и гидротермических режимов в черноземах выщелоченных на склонах высокого Алтайского Приобья.

Глава 2. Объект и методы исследования


Исследования проводились на склонах юго-западной и северо-восточной экспозиции, имеющих схожие формы поверхности.

Объектами исследования послужили черноземы выщелоченные и лугово-черноземные почвы учебно-опытного хозяйства «Пригородное», формирующиеся в условиях высокого Алтайского Приобья (Пригородное районирование…,1958).

Определение общих физических, водно-физических и физико-химических свойств почв, а также полевые опыты были проведены в соответствии с принятыми в агропочвоведении и агрохимии методиками. Результаты исследований обрабатывались с помощью современных ЭВМ.

Т


емпературу чернозема измеряли почвенным электротермометром (Болотов, 2002), теплофизические показатели импульсным методом (Макарычев и др., 2006).

Для обработки полученных экспериментальных данных по температуре и влажности была использована компьютерная программа, написанная на языке LISP на графической платформе AutoCAD (Бондаренко, 2003).

Для достоверности выводов, данные полевых и лабораторных исследований, были подвергнуты дисперсионному и информационно-логическому анализам (Доспехов, 1985; Бурлакова, 1990).
Глава 3. Факторы почвообразования и почвы высокого Алтайского Приобья

Согласно агроклиматическому районированию Алтайского края (Агроклиматические ресурсы Алтайского края, 1971) учебно-опытное хозяйство АГАУ «Пригородное» Индустриального района г. Барнаула входит в теплый, недостаточно увлажненный район.

Климат данной территории является континентальным. Он отличается довольно жарким, но непродолжительным летом, холодной малоснежной зимой с сильными ветрами и метелями, а поздняя весна и ранняя осень сопровождаются заморозками в ночное время. Погодные условия в годы исследования значительно различались.

Согласно почвенно-географическому районированию Алтайского края (Почвы Алтайского края, 1959) территория учебно-опытного хозяйства «Пригородное» находится в подзоне обыкновенных черноземов умеренно- засушливой и колочной степи, в районе черноземов обыкновенных среднемощных среднегумусных и маломощных малогумусных, черноземов карбонатных и смытых. Основная часть пахотных земель хозяйства представлена черноземами оподзоленными, выщелоченными и обыкновенными (91,9 %). Черноземы оподзоленные занимают около 3 %. Большую часть пахотных земель занимают чернозёмы выщелоченные (63 %) Мощность гумусового горизонта в них составляет 42-48 см. Незначительную площадь на пахотных землях опытного хозяйства занимают лугово-черноземные почвы. Данный тип почв формируется под влиянием временного усиленного увлажнения водами поверхностного стока.


Глава 4. Теплофизическое состояние черноземов выщелоченных на склонах высокого Алтайского Приобья


Теплофизические свойства почвы определяются её почвенно-физическими показателями, такими как гранулометрический состав, плотность сложения генетических горизонтов, содержание в них гумуса, влажность и др. Для определения этих свойств и выявления закономерностей формирования гидротермического режима, складывающегося в почвенном профиле чернозема выщелоченного, нами с 2005 по 2007 гг. проводились наблюдения на различных элементах склона.

Чернозем выщелоченный имеет среднесуглинистый гранулометрический состав. В гумусовом горизонте содержится значительное количество мелкого песка. Так в транзитно-аккумулятивной зоне его содержание составляет более 34 %, в транзитной зоне  около 38 %, в эллювиально-транзитной зоне не превышает 31 %. Такое колебание процентного содержания фракций мелкого песка связано с формой поверхности склона и его крутизной. В почвенных горизонтах содержится значительное количество фракций крупной пыли (0,05- 0,01 мм), которые участвуют в структурообразовании. Максимальное их количество отмечается в первом и третьем разрезах в горизонте АВ, во втором  в горизонтах В и ВСк.

Плотность исследуемого чернозема изменяется по всему склону. Максимальное значение плотность пахотного слоя имеет в транзитной зоне и составляет 1,26 г/см3. В эллювиально-транзитной и транзитно-аккумулятивной зонах в горизонтах Апах плотности сложения мало отличаются друг от друга и соответственно равны 1,09 и 1,06 г/см3. Следует отметить, что она закономерно возрастает с глубиной и в иллювиальных горизонтах составляет 1,33-1,39 г/см3.

Максимальное содержание гумуса фиксируется в нижней части склона (транзитно-аккумулятивная зона) и составляет 5,3 %, а в верхней части −3,7-3,9 %. Это свидетельствует о том, что органические вещества перемещаются по склону с водным стоком. С глубиной содержание органического вещества резко уменьшается.

В табл. 1 приведены результаты определения теплофизических коэффициентов при различных гидрологических константах в почвенном профиле чернозема.

Таблица 1



Теплофизические коэффициенты чернозема выщелоченного на элементах склона при различных гидрологических константах

Теплофизические свойства

Гидрологические константы




МГ

ВЗ

ВРК

НВ

1

2

3

4

5

Горизонт А

Эллювиально - транзитная зона

Сρ, 106 Дж/(м3·К)

1,29

1,40

1,80

2,16

а, 10-6м2

0,64

0,65

0,62

0,62

λ, Вт/(м·К)

0,83

0,91

1,12

1,34

Транзитная зона

Сρ, 106 Дж/(м3·К)

2,12

2,25

2,82

3,39

а, 10-6м2

0,48

0,49

0,41

0,39

λ, Вт/(м·К)

1,02

1,10

1,16

1,28

1

2

3

4

5

Транзитно-аккумулятивная зона

Сρ, 106 Дж/(м3·К)

1,42

1,53

2,08

2,52

а, 10-6м2

0,50

0,54

0,46

0,39

λ, Вт/(м·К)

0,71

0,83

0,96

0,98

Горизонт В

Эллювиально - транзитная зона

Сρ, 106 Дж/(м3·К)

1,26

1,35

1,73

2,04

а, 10-6м2

0,59

0,60

0,61

0,60

λ, Вт/(м·К)

0,74

0,81

1,06

1,22

Транзитная зона

Сρ, 106 Дж/(м3·К)

2,09

2,17

2,77

3,21

а, 10-6м2

0,47

0,47

0,49

0,42

λ, Вт/(м·К)

0,98

1,02

1,35

1,35

Транзитно-аккумулятивная зона

Сρ, 106 Дж/(м3·К)

1,98

2,09

2,40

2,73

а, 10-6м2

0,46

0,47

0,49

0,47

λ, Вт/(м·К)

0,91

0,98

1,01

1,28

НРС 05 ( Сρ ) =1,25 % ; НРС 05 (а) = 0,15 %; НРС 05 (λ) = 0,49 %

При увлажнении почвы от МГ до НВ, изменения теплоемкости происходят линейно. Максимальная динамичность теплоемкости характерна для гумусового горизонта. При этом объемная теплоемкость в верхней части склона возрастала при данном значении увлажнения на 85 %, в средней -75 %, в нижней – 87 %. В иллювиальном горизонте эти значения составили 76 %, 69 % и 55 % соответственно.

Температуропроводность почвы на представленных участках имеет выраженный экстремум в пахотном слое при влажности близкой к ВЗ, а в горизонте В − при ВРК, что характерно для почв суглинистого гранулометрического состава.

Наиболее интенсивно изменение температуропроводности происходило в пахотном слое. Диапазон этих изменений при увлажнении составлял в эллювиально –транзитной зоне около 10 %, в транзитной зоне более 40 % ,а к транзитно-аккумулятивной зоне увеличивался до 56 %. Для горизонта В динамичность температуропроводности уменьшалась.

Теплопроводность черноземов при увлажнении также закономерно возрастает. При этом характер зависимости ее во всех горизонтах почвенного профиля одинаков: до определенной стадии увлажнения почва быстро увеличивает свою теплопроводность почти линейно. При дальнейшем повышении влагосодержания рост теплопроводности замедлялся, стремясь к «насыщению». Диапазон изменения теплопроводности довольно велик. В пахотном горизонте эллювиально-таранзитной зоны он составил 76 %, при переходе к транзитной зоне уменьшился до 44 %.

Все данные показывают, что при влажностях, соответствующих той или иной гидрологической константе, качественный характер изменения теплофизических коэффициентов по профилю чернозема остается почти неизменным, хотя степень изменения их при этом разная. То же можно сказать и о динамике коэффициентов теплоаккумуляции и теплопереноса в каждом генетическом горизонте в связи с меняющейся влажностью.


следующая страница >>