Влияние характера землепользования на структуру обыкновенного чернозема и параметры ее фрактальных моделей

• Автор: Гончаров, Виктор Дмитриевич
• Шифр специальности: 06.01.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 132 с. : ил.

1 Интенсивное земледелие и структура почв (обзор литературы)

1.1 Влияние обработки на почвенную структуру

1.2 Поровое пространство почв

1.3 Роль органического вещества в почвенной структуре

1.4 Устойчивость и распад почвенных агрегатов

1.4.1 Модели агрегации почвенных частиц

1.4.2 Содержание и состав органического вещества (ОВ) в агрегатах различного размера

1.4.3 Агрегатный распад

1.4.4 Набухание агрегата

1.4.4а Влияние типов структур на набухание агрегата

1.4.5 Факторы, влияющие на устойчивость агрегата

1.4.5а Влияние состава ОВ и размера агрегатов на его устойчивость
1.5 Применение фрактальной теории к почвенным условиям
1.5.1 Фрактальная теория
1.5.2 Фрактальные модели агрегации
1.5.3 Построение фрактальных множеств и их ограничение
1.5.4 Фрактальные явления в почвах
2 Методики и объекты исследований
2.1 Методы определения пористости агрегатов.
50
2.1.1 Определение плотности твердой фазы
2.1.2 Определение внутриагрегатной плотности
2.1.3 Морфометрические методы измерения почвенной структуры
2.2 Методы определения водопрочности агрегатов
2.3 Методы определения набухания образцов и агрегатов почвы
2.3.1 Методы определения набухания образцов почвы

2.3.2 Методы определения набухания агрегатов почвы
2.4 Методы определения фрактальных размерностей
2.4.1 Определение массовой и фрагментационной фрактальной
размерности
2.5 Методика обработки результатов эксперимента
2.6 Объекты исследования
3 Влияние обработки на пористость макроагрегатов
3.1 Изменение пористости агрегатов при обработке почв
3.2 Определение зависимости плотности агрегата от его объема
внутри отдельной фракции
3.3 Сравнение двух методов определения плотности почвенных
агрегатов
4 Влияние обработки на водопрочность и набухание
макроагрегатов чернозема обыкновенного
4.1 Динамика водопрочности агрегатов и ее изменение при
сельскохозяйственном использовании
4.2 Влияние возраста пашни на набухание обыкновенного чернозема
и его макроагрегатов
5 Изменение фрактальных параметров, характеризующих
агрегацию почвенных частиц и структуру почвы, под влиянием обработки
5.1 Влияние длительности распашки на массовую фрактальную
размерность и плотность макроагрегатов обыкновенного чернозема
5.2 Эволюция фрактальных параметров и плотности агрегатов, связанная с длительностью обработки
5.3 Определение фрактальной фрагментационной размерности
Заключение
Основные выводы
Литература
Актуальность работы
При длительном, интенсивном сельскохозяйственном использовании почв в современном земледелии происходит существенное изменение их физических и физико-химических свойств, в том числе, и тех, которые зависят от почвенной структуры. Длительное сельскохозяйственное
использование почв приводит к ухудшению физических условий
существования почвенной биоты. Последствия деградации структуры проявляются в виде снижения почвенного плодородия,
дегумификации, заплывания, уменьшения водопроницаемости. Физическая деградация является первопричиной усиления процессов водной эрозии.
Распашка черноземов при низкой культуре земледелия приводит к потере значительной части гумуса, разрушению макроагрегатов, изменению их свойств. В связи с этим возникает необходимость изучения изменения структурного состава, свойств почвенных агрегатов и их формирования в условиях интенсивного землепользования.
Основная часть пашни страны (53 %) находится на самых
плодородных черноземных почвах, поэтому исследование явлений физической деградации является актуальной задачей земледелия
Российской федерации.
Стоящая в центре внимания проблема глобального изменения климата, оказывается, связана с познанием строения агрегатов почвы.
Согласно традиционным представлениям, между макроагрегатами структурной почвы большую часть вегетационного сезона находится воздух, а во внутриагрегатных микропорах - вода (почвенный раствор). Это, однако, может означать, что в микропорах, заполненных водой, устанавливается аноксия (дефицит кислорода). При этом часть микрофлоры начинает добывать кислород путем восстановления нитратов, что приводит к продуцированию И2 и >120. Первый процесс ведет к потере азота из

агрегатов с фрактальным поровым пространством; П! = Ит +log(P(l/bl))/!og Ь; для агрегатов с фрактальной поверхностью; =Д, где Ь- масштабный коэффициент, а фрагментационная, массовая, поверхностная
фрактальная размерность, соответственно. В [203] предложена модель почвенной фрагментации, включающая в себя три параметра: масштабноинвариантную вероятность распада, размер порового пространства и масштабный фактор. Эти параметры коррелировали с параметрами входящими в логнормальную функцию распределения почвенных частиц, но их преимущество состоит в том, что фрактальные параметры интерпретируются физически и могут быть воспроизведены в независимых измерениях. Согласно [130] фрактальные параметры, более чувствительны к изменению почвенной структуры, чем другие.
Соотношение размеров почвенных агрегатов в почве играют главную роль в различных механизмах и процессах ветровой и водной эрозии [190,207] . Как показано в этих работах, величина Д, коррелирующая с этим соотношением, может служить параметром, характеризующим эти процессы.
Содержание органического вещества влияет на распределение почвенных агрегатов по размеру в почве. При этом значение фрагментационной фрактальной размерности Д отрицательно коррелирует с содержанием органического вещества. Возрастание содержания органического вещества в почве приводит к увеличению стабильности почвенной структуры - вызывает повышение пропорции более крупных агрегатов [50] в распределении частиц, что и отражается в снижении величины Д[ 109,213,230].
Глава 2. Методики и объекты исследований.
2.1 Методы определения пористости агрегатов.