Энергетическая характеристика водоустойчивости почвенных агрегатов

• Автор: Хан, Константин Юрьевич
• Шифр специальности: 06.01.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 300 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. МЕХАНИЗМЫ ОБРАЗОВАНИЯ ПОЧВЕННЫХ АГРЕГАТОВ
1.1. Современные представления о структуре почвы
1.2. Агрегатный структурный уровень организации вещества почвы
1.3. Агрономическая и морфолого-генетическая характеристика структуры почвы
1.4. Водоустойчивость агрегатов и их роль в функционировании почв
1.5. Процессы гидратации почвенных частиц
1.6. Агрегация глинистых частиц в водной среде
1.7. Процессы образования микроагрегатов в почвах
1.8. Роль гумусовых веществ в формировании микроагрегатов почв
1.9. Энергетика структурообразования в глинистых породах и почвах
1.10. Природа молекулярных и электрических сил
в межфазных слоях
1.11. Природа сил молекулярного притяжения между твердыми телами
1.12. Поверхностная энергия и межмолекулярные взаимодействия
в твердых телах
1.13. Природа расклинивающего давления
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Оценка микроструктурности и микроагрегированности почв
2.2. Методика определения параметров разрушаемости почвенных агрегатов
2.3. Определение прочности глинистых грунтов и почв
2.4. Прямые методы измерения прочности индивидуальных контактов
2.5. Методика определения допустимой неразрушающей агрегат скорости капель
2.6. Кинетический метод исследования прочности структуры водоустойчивых агрегатов
ГЛАВА 3. ВОДОУСТОЙЧИВЫЕ АГРЕГАТЫ: СТРУКТУРНЫЕ СВЯЗИ И ОСОБЕННОСТИ ИХ СТРОЕНИЯ
3.1. Структурные связи в агрегатах почв
3.2. Водоустойчивость агрегатов почв лесной, лесостепной и степной зоны
3.3. Количественная оценка разрушаемости агрегатов в воде

3.4. Закономерности разрушения водоустойчивых агрегатов под действием механических напряжений - 205 ГЛАВА 4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВОДОУСТОЙЧИВОСТИ АГРЕГАТОВ ПОЧВ
4.1.Образование дисперсных систем в почвах и характеристика их устойчивости
4.2. Молекулярные взаимодействия в дисперсных системах
4.3. Механизм разрушения структурных связей в агрегатах почв
4.4. Характеристика прочности структуры водоустойчивых макроагрегатов
4.5. Количественная оценка энергетических параметров структуры водоустойчивых агрегатов
4.6. Механизм образования водоустойчивых агрегатов в почвах
4.7. Роль органоминеральных веществ в формировании агрегатной структуры почв
ГЛАВА 5. СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СВЯЗЬ МЕЖДУ ВОДОУСТОЙЧИВОСТЬЮ И СОДЕРЖАНИЕМ ГУМУС В ПОЧВАХ
5.1. О закономерностях изменения агрегатной структуры в серых лесных почвах
5.2. О закономерностях формирования водоустойчивых ядер в черноземных почвах
5.3. Влияние различных видов и доз удобрений на формирование водоустойчивых ядер в серых лесных почвах
5.4. Структурно-функциональная связь между водоустойчивостью агрегатов и содержанием гумуса в почвах
Выводы - 290 Литература

ВВЕДЕНИЕ
Одной из фундаментальных проблем почвоведения является выяснение механизмов образования, устойчивости и функционирования почвенных агрегатов, представляющих определенный иерархический структурный уровень организации вещества почвы. Считают, что закономерности формирования почвенных агрегатов обусловлены биохимическими процессами гумификации и физико-химическими поверхностными явлениями, протекающими на границе раздела твердой, жидкой и газообразной фаз почвы.
Отсутствие экспериментальных данных, характеризующих физико-химическую природу водоустойчивости агрегатов, обусловлено тем, что это важное свойство почв до настоящего времени оценивается в основном по содержанию и характеру распределения фракции водоустойчивых агрегатов в почвах. Эти характеристики, хотя и важны, но явно недостаточны для решения вопросов, связанных с выяснением физико-химических механизмов образования водоустойчивых структурных связей в агрегатах почв. Отметим, что в последнее время водоустойчивость связывают с гидрофобными зонами, которые образуются в агрегатах при взаимодействии минеральных частиц почвы с гумусовыми веществами.
Структурные связи - это устойчивые силы притяжения, формирующиеся при взаимодействии частиц в контактах и определяющие прочность почвенных агрегатов. Структурным связям принадлежит решающая роль в образовании и функционировании почвенных агрегатов. Однако, природа структурных связей, формирующихся в агрегатах почв и определяющих прочность водоустойчивых агрегатов, до сих пор остаётся практически не исследованной. В результате активного взаимодействия материнской породы с живыми организмами, образуются гумусовые вещества, которые играют решающую роль в формировании почвенных агрегатов. Они имеют самые разные формы и размеры, механическую прочность и водоустойчивость, а самое главное - агрегаты обладают специфическим строением, которое способствует созданию в них благоприятных условий для жизнедеятельности различных микроорганизмов, осуществляющих как аэробную, так и анаэробную микробиологическую трансформацию органических веществ, обусловливающую образование в агрегатах почв гумусовых веществ.
В настоящее время отсутствуют теоретические представления о закономерностях строения и функционирования почвенных агрегатов, основанные на исследовании структурных связей, определяющих прочность различных контактов. Процессы образования, пространственной локализации и дифференциации различных типов

однотипной, например, крупнокомковатые отдельности пахотного горизонта дерново-подзолистой почвы могут распадаться на средне-комковатые и далее - на мелкокомковатые отдельности. Порядок структуры определяется всегда относительно и имеет значение лишь для данной почвы. Так, горизонт В лугово-черно-земной почвы во влажном состоянии может иметь следующую структуру: V порядка - крупноглыбистая, IV порядка - призмовидная, III порядка - крупноореховатая, II порядка - мелкоореховатая, I порядка -микроструктура', в сухом же состоянии: III порядка - призматическая, II порядка - ореховатая, I порядка - микроструктура ) (Розанов, 1983).
Поскольку структура почвы - это результат почвообразования, то соответственно разные типы почв и разные типы генетических горизонтов имеют различный тип структуры. Однако в типах структуры имеется меньшее разнообразие, чем в типах почвообразования, поскольку участвующие в образовании почвенной структуры силы менее специфичны и широко представлены во всех почвах. Основным фактором, обусловливающим формирование разных типов структур в почвах, являются силы сцепления между почвенными частицами. Участвующие в образовании почвенной структуры силы менее специфичны, но они широко представлены во всех почвах. Эти особенности в формировании структуры в разных типах почв были указы Б.Г. Розановым (1983). Анализ природы этих сил в связи с изучением структуры почв до сих пор не сделан, хотя он позволил бы выяснить многие аспекты образования в почвах агрегатов разной формы и размеров.
В образовании почвенной структуры различают две стадии, обычно протекающие одновременно. Во-первых, это механическое разделение почвы на агрегаты того или иного размера и формы и, во-вторых, упрочение этих агрегатов и приобретение ими внутреннего строения. В механическом разделении почвенной массы на агрегаты, в создании ее первичной трещиноватости, главную роль играют увлажнение - обсыхание, замерзание -оттаивание, нагревание - охлаждение, механическая деятельность корней и