Stability of Arable Soil Aggregates: Experimental Determination and Normative Characteristics

D. A. Ushkova; Ушкова Д. А.; U. A. Konkina; Конкина У. А.; I. V. Gorepekin; Горепекин И. В.; D. I. Potapov; Потапов Д. И.; E. V. Shein; Шеин Е. В.; G. N. Fedotov; Федотов Г. Н.

doi:10.31857/S0032180X22600834

Устойчивость агрегатов пахотных почв: экспериментальное определение и нормативная характеристика

Авторы: Ушкова Д.А.¹, Конкина У.А.¹, Горепекин И.В.¹, Потапов Д.И.¹, Шеин Е.В.¹, Федотов Г.Н.¹
Учреждения:
1. Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова
Выпуск: № 2 (2023)
Страницы: 203-210
Раздел: ФИЗИКА ПОЧВ
URL: https://journal-vniispk.ru/0032-180X/article/view/137836
DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X22600834
EDN: https://elibrary.ru/BJXOGS
ID: 137836

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Устойчивость почв в современной физике почв распадается на два направления: водоустойчивость и устойчивость к механическим воздействиям: сдавливание, расклинивание. Оба свойства в насыщенной водой почве основаны на разрыве внутриагрегатных межчастичных связей. Однако нормативных физически обоснованных величин для характеристики устойчивости агрегатов не предложено. Цель статьи – обосновать физическое понятие “устойчивости почвенных агрегатов” и предложить единый методический прием количественной оценки устойчивости как нормативной почвенной характеристики. Разработан высокопроизводительный метод, основанный на рассечении линейно расположенных, насыщенных водой агрегатов при помощи лезвий, находящихся под контролируемой нагрузкой. Основными этапами методики являются вакуумирование агрегатов для устранения неконтролируемого влияния защемленного воздуха, насыщение агрегатов в вакууме водой и последующее определение устойчивости агрегатов к проникновению лезвий. Экспериментальные значения устойчивости получены для 17 почв. Это позволило сформировать нормативные диапазоны для горизонта А пахотных суглинистых почв: дерново-подзолистых – 17–19, серых лесных –27–29, черноземов – 34–37 мН/агр и др. и позволяет применять получаемую величину как почвенную характеристику устойчивости агрегатов. Обсуждается возможность использования величин устойчивости как методической основы мониторинга устойчивости и деградации почв, количественных направлений оценки состояния физических характеристик почвенных агрегатов, прежде всего, их основного параметра – устойчивости. Учитывая высоко корреляционную зависимость предлагаемой характеристики устойчивости от величин водоустойчивости, полученных методом Саввинова (>85%), и высокую производительность метода определения устойчивости (предлагаемый метод примерно в 20 раз производительнее метода Саввинова) обсуждается возможность его использования и получаемых величин устойчивости агрегатов как общефизической характеристики, так и отдельной величины для количественной оценки водоустойчивости.

Ключевые слова

почвенный агрегат, водоустойчивость, сопротивление расклиниванию

Список литературы

Альтшуллер Г.С. Найти идею. Введение в теорию решения изобретательских задач. Новосибирск: Наука, 1986. 209 с.
Антипов-Каратаев И.Н., Келлерман В.В., Хан Д.В. О почвенном агрегате и методах его исследования. М.–Л.: Изд-во АН СССР, 1948.
Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. 416 с.
Вершинин П.В. Почвенная структура и условия ее формирования М.: Изд-во АН СССР, 1958. 188 с.
Милановский Е.Ю. Гумусовые вещества почв как природные гидрофобно-гидрофильные соединения. М.: ГЕОС, 2009. 186 с.
Николаева Е.И. Устойчивость почвенных агрегатов к водным и механическим воздействиям. Дис. … канд. биол. наук. М., 2016. 104 с.
Потапов Д.И., Ушкова Д.А., Горепекин И.В., Федотов Г.Н., Батырев Ю.П., Шалаев В.С. О влиянии амплитуды вибрации на разрушение почвенных агрегатов при определении их водоустойчивости при ситовом анализе // Лесной вестник. 2022. № 2. С. 44–49. https://doi.org/10.18698/2542-1468-2022-2-44-49
Ревут И.Б. Физика почв. Л.: Колос, 1972. 368 с.
Федотов Г.Н., Добровольский Г.В. Возможные пути формирования наноструктуры в почвенных гелях // Почвоведение. 2012. № 8. С. 908–920.
Фрид А.С., Кузнецова И.В., Кололева И.Е., Бондарев А.Г., Когут Б.М., Уткаева В.Ф., Азовцева Н.А. Зонально-провинциальные нормативы изменений агрохимических, физико-химических, физических показателей основных пахотных почв европейской территории России при антропогенных воздействиях. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2010. 176 с.
Хан К.Ю. Энергетическая характеристика водоустойчивости почвенных агрегатов. Дис. … докт. биол. наук. Пущино, 2012. 300 с.
Шеин Е.В. Курс физики почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2005. 432 с.
Шеин Е.В., Милановский Е.Ю. Роль и значение органического вещества в образовании и устойчивости почвенных агрегатов // Почвоведение. 2003. № 1. С. 53–61.
Шеин Е.В., Русанов А.М., Николаева Е.И., Хайдапова Д.Д. Параметрическая оценка почвенно-физических функций // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17, почвоведение. 2007. № 2. С. 47–52.
Шеин Е.В., Русанов А.М., Милановский Е.Ю., Хайдапова Д.Д., Николаева Е.И. Математические модели некоторых почвенных характеристик: обоснование, анализ, особенности использования параметров моделей // Почвоведение. 2013. № 5. С. 595–602.
Almajmaie A., Hardie M., Acuna T., Birch C. Evaluation of methods for determining soil aggregate stability // Soil Till. Res. 2017. V. 167. P. 39–45. https://doi.org/10.1016/j.still.2016.11.003
Amezketa E., Singer M.J., Le Bissonnais Y. Testing a new procedure for measuring water-stable aggregation // Soil Sci. Soc. Am. J. 1996. V. 60. № 3. P. 888–894. https://doi.org/10.2136/sssaj1996.03615995006000030030x
Cerdà A. Aggregate stability against water forces under different climates on agriculture land and scrubland in southern Bolivia // Soil Till. Res. 2000. V. 57. № 3. P. 159–166. https://doi.org/10.1016/S0167-1987(00)00155-0
Ghezelbash E., Hossein Mohammadi M., Shorafa M. Investigation of Soil Mechanical Resistance Threshold Values for Two Wheat Cultivars in a Loamy Sand Soil // J. Soil Sci. Plant Nutrition. 2022. P. 1–12. https://doi.org/10.1007/s42729-022-00864-2
Haynes R.J., Swift R.S. Stability of soil aggregates in relation to organic constituents and soil water content // J. Soil Sci. 1990. V. 41. № 1. P. 73–83. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.1990.tb00046.x
Le Bissonnais Y. Aggregate stability and assessment of soil crustability and erodibility: I. Theory and methodology // Eur. J. Soil Sci. 1996. V. 47. № 4. P. 425–437. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.1996.tb01843.x
Lu G., Sakagami K.I., Tanaka H., Hamada R. Role of soil organic matter in stabilization of water-stable aggregates in soils under different types of land use // Soil Sci. Plant Nutrition. 1998. V. 44. № 2. P. 147–155. https://doi.org/10.1080/00380768.1998.10414435
Piccolo A. The supramolecular structure of humic substances // Soil Sci. 2001. V. 166. № 11. P. 810–832. https://doi.org/10.1097/00010694-200111000-00007
Rowley M.C., Grand S., Verrecchia É.P. Calcium-mediated stabilisation of soil organic carbon // Biogeochemistry. 2018. T. 137. № 1. P. 27–49. https://doi.org/10.1007/s10533-017-0410-1
Schjønning P., Lamandé M., Munkholm L.J., Lyngvig H.S., Nielsen J.A. Soil precompression stress, penetration resistance and crop yields in relation to differently-trafficked, temperate-region sandy loam soils // Soil Till. Res. 2016. V. 163. P. 298–308. https://doi.org/10.1016/j.still.2016.07.003
Šimanský V., Jonczak J. Aluminium and iron oxides affect the soil structure in a long-term mineral fertilised soil // J. Soils Sediments. 2020. V. 20. № 4. P. 2008–2018. https://doi.org/10.1007/s11368-019-02556-4
Vogelmann E.S., Reichert J.M., Prevedello J., Awe G.O., Mataix-Solera J. Can occurrence of soil hydrophobicity promote the increase of aggregates stability? // Catena. 2013. V. 110. P. 24–31. https://doi.org/10.1016/j.catena.2013.06.009
Zavarzina A.G., Danchenko N.N., Kogut B.M. Humic substances: hypotheses and reality (a review) // Eurasian Soil Sci. 2021. V. 54. № 12. P. 1826–1854. https://doi.org/10.1134/S1064229321120164