МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

 

 
"РОЛЬ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА В ОБЕСПЕЧЕНИИ УСТОЙЧИВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ЭКОСИСТЕМ "
 
(МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ)
 
Москва 2006
 

УДК 631.4

Влияние изменчивости водопроницаемости иллювиального

горизонта на водный режим дерново-подзолистых почв

возвышенных фаций[1]

 

И.В. Корнеев

ФГОУ ВПО «Московский государственный университет  природообустройства»,

г. Москва, Россия

 

Почвы подзолистого типа широко распространены в регионах с влажным холодным климатом при промывном водном режиме. В европейской части России такие почвы сформировались как в пониженных районах, так и на возвышенностях. Эти почвы достаточно продуктивны, обладают гумусированным горизонтом мощностью до 20 см, хорошо отзываются на агротехнические и мелиоративные мероприятия. Почвенный профиль содержит слабоводопроницаемый иллювиальный горизонт, влияющий на водный режим таких почв, вплоть до образования верховодки во влажные периоды. Особенность горизонта в значительной пространственной изменчивости его водопроницаемости, которую необходимо учитывать при описании водного и обосновании мелиоративного режима таких земель.

Исследования проводились на стационаре кафедры мелиорации и рекультивации земель МГУП ОМП «Дубна», который расположен вблизи деревни Селково Сергиево-Посадского района на северо-западе Московской области. Данный регион приурочен к Клинско-Дмитровской гряде, его рельеф холмисто-волнистый, сформировался под влиянием оледенений, расчленен водотоками.

Объект исследований – дерново-подзолистые почвы возвышенных фаций. В среднем течении рек Дубна и Шурумка вблизи стационара отметки поверхности земли в пойме 130-140 м,  отметки  на возвышенности 200-210 м, расчлененность рельефа достигает 60-70 м. Для этой территории характерны среднемноголетние годовые осадки 606 мм, испарение 409 мм, местный речной сток половодья 102 мм, меженный сток 95 мм. Результаты многолетнего моделирования водного режима ландшафтной катены в естественных условиях, полученные на кафедре мелиорации и рекультивации земель, позволили определить среднемноголетний годовой отток подземных вод с возвышенных фаций 253 мм, промываемость почв на глубине 1 м от 180 мм в сухом году до 330 мм во влажном, среднемноголетняя промываемость почвы 260 мм.

Участок исследований расположен на возвышенной фации (отметка 200 м), занят луговой растительностью на старой залежи, встречаются отдельные участки смешанного березово-елового леса. Почвенный профиль на участке описан в таблице. Свойства почвы определены по стандартным методикам. Данный профиль почвы соответствует подзолистому типу, дерново-среднеподзолистому виду на моренном тяжелом суглинке. Признаков оглеения по результатам описания четырех шурфов, вскрытых до глубины 80-100 см, не отмечено.

Горизонт В хорошо освоен почвообразовательным процессом, имеет ореховато-призматическую структуру, вероятно, возникшую при глубоком промораживании мореных суглинков, а также пронизан корнями дождевых червей, населяющих почву до глубины 2 м. По нашим результатам, и имеющимся литературным данным, количество червороин достигает 150-200 на 1 м2.

 

 

Почвенный профиль на участке исследований

Горизонт

Слой, см

Механический состав и

характер горизонта

Пористость,

м33

МГ,

м33

hk, м

Кф, м/сут

А0-А1

0-10

легкий суглинок, гумусоаккумулятивный

0,48

0,10

1,8

1,50

А2

10-40

супесь, эллювий

0,44

0,07

1,4

1,20

А2-В

40-60

суглинок, переходный к В

0,40

0,08

1,9

0,35

В

60-260

тяжелый суглинок, иллювий

0,33

0,06

2,7

0,25

С

260-360

мореный суглинок, материнская основа

0,32

0,06

2,8

0,01

D

глубже

песок, коллектор грунтовых вод

0,34

0,05

1,0

5,00

 

Коэффициент фильтрации определен наливами в однокольцевой инфильтрометр с переменным уровнем воды в кольце, эксперименты обработаны по изложенной ранее методике /Голованов А.И., Корнеев И.В., 2005/, а также по литературным данным (для горизонта D).

Для описания водного режима была использована двумерная математическая модель влагопереноса А.И. Голованова, неоднократно опубликованная ранее /например, Голованов А.И., Сухарев Ю.И., 2005/.

Для исследований формирования водного режима рассматривалось формирование потока влаги и эпюр влажности в условиях установившейся инфильтрации 180-330 мм в год, что представляет собой типичные условия для сухого и влажного года.

 

                         а)

                                    б)

Рис. 1. Эпюры влажности, формирующиеся при характерных инфильтрациях в

а) почвах в начале педогенеза на неоструктуренном горизонте В+С   и б) современных дерново-подзолистых почвах на хорошо проницаемом иллювиальном горизонте В

Было выполнено два варианта расчетов для определения среднемноголетних эпюр влажности. Первый вариант расчетов выполнен при допущении, что мореный суглинок, подстилающий почву в начале педогенеза, еще не освоен почвообразовательным процессом, и не разделяется на горизонты В и С. Второй расчет выполнен для современного почвенного профиля с оструктуренным хорошо проницаемым горизонтом В, лежащем на горизонте С, с низкой водопроницаемостью (табл.). Влагоперенос моделировали в обоих вариантах при характерных инфильтрациях 180-330 мм/год. Полученные эпюры показаны на рис. 1.

Вариант начального периода педогенеза характеризуется высокой влажностью корнеобитаемого слоя, неоптимальной для растений, из-за малой свободной емкости горизонтов А0-А2 и В+С и низкой водопроницаемости последнего влагозапасы в сухие периоды, которые после обильных осадков могут значительно колебаться. В целом отметим, что при глубоких грунтовых водах в начале педогенеза рассматриваемые почвы, возможно, были переувлажненными из-за наличия слабопроницаемого неоструктуренного горизонта.

Результаты второго варианта расчетов эпюр влажности (в современной дерново-подзолистой почве на оструктуренном горизонте В), показывают, что влагозапасы корнеобитаемого слоя ниже, переувлажнение его менее вероятно. Значительная свободная емкость и водопроницаемость горизонтов А0-А2 и В позволяют разместить большее количество впитавшееся воды при выпадении обильных осадков без переувлажнения верхнего слоя. Вероятно, влагозапасы верхнего слоя почвы более стабильны в сухие и влажные периоды.

                          а)

                               б)

Рис. 2. Эпюры влажности, соответствующие возможному образованию второго

горизонта грунтовых вод в установившемся режиме влагопереноса:

а) почва в начале педогенеза на неоструктуренном горизонте В+С;

б) современная дерново-подзолистая почва на хорошо проницаемом иллювиальном

горизонте В

Для описания периодов обильных осадков необходимо оценить возможность образования верховодки на рассматриваемых почвах. Выполнены расчеты для вышерассмотренных вариантов почвенного профиля, целью которых было определить величину инфильтрации, при которой возможно образование верховодки. Расчеты выполнены для установившихся условий, результаты показаны на рис. 2. Отметим, что, строго говоря, при установившемся режиме влагопереноса моделируется не верховодка (временная зона полного насыщения выше основного горизонта грунтовых вод), а второй горизонт грунтовых вод. Истинную верховодку нужно моделировать при неустановившемся режиме.

Рассчитанные варианты, несмотря на сделанную оговорку, полезны при оценке влияние педогенеза на возможность переувлажнения верхних горизонтов почвы во влажные периоды.

При однородном слабопроницаемом горизонте В+С (вариант а) «верховодка» образуется при инфильтрации, большей коэффициента фильтрации этого горизонта (q = 10..12 мм/сут, КфВ+С = 0,01 м/сут). В современной почве (вариант б) при такой инфильтрации вторая зона полного насыщения образуется только в горизонте С, то есть на глубине 2,5-3,0 м. Зона полного насыщения в верхних горизонтах дерново-подзолистой почвы образуется при инфильтрации 30-35 мм/сут. Наличие оструктуренного хорощо проницаемого иллювиального горизонта снижает, таким образом, возможность образования зоны полного насыщения в дерново-подзолистых почвах во влажные периоды.

Для моделирования инстинной верховодки в неустановившемся режиме необходимо статистический анализ суточных величин фактических осадков для определения величины инфильтрации и продолжительности периода обильных осадков. /Голованов А.И., Караев И.В., 1986/.

Для оценки влияния пространственной изменчивости водопроницаемости горизонта В на водный режим почв была принята гипотеза о логнормальном распределении коэффициента фильтрации в этом горизонте, что согласуется с многочисленными экспериментальными данными. Двумерная модель позволяет задать столбцы размером порядка представительного объема почвы при экспериментальном определении Кф – около 25 см. По нашим экспериментальным результатам, полученным в 2004-2005 гг., распределение коэффициента фильтрации горизонта В может быть описано Кфср = 0,25 м/сут и Cv = 0,8. Предварительные расчеты показали, что при установившемся режиме вариация КфВ практически не влияет на эпюры влажности горизонтов А0-А2 и В.

 

 

Рис. 3. Вариация водообменов на выходе из горизонтов В, С

Рассматриваемая вариация заметно сказывается на водообменах, вызывая их вариацию в пространстве. Был рассмотрен случай инфильтрации 330 мм/год, что соответствует влажным условиям, и получены графики величин водообмена на выходе фильтрационного потока из горизонта В и затем на выходе из горизонта С в D (рис. 3).

Диапазон вариаций водообменов на выходе из В составляет около 70 мм/год при среднем значении по всем столбцам 330 мм, когда как на выходе из С – около 25 мм/год при том же среднем. Таким образом, при заметной вариации водообменов в В, вызванной вариацией КфВ, слабопроницаемый слой С в значительной степени сглаживает эту вариацию. Этот вывод важен при оценке влияния предпочтительных путей протекания (макропор, трещин, червороин) на скорость проникновения загрязнителей через иллювиальный горизонт дерново-подзолистых почв.

Почва, сложное органоминеральное тело, интенсивно регулирующее обмен веществами и энергией с окружающей средой, в ходе педогенеза развивает механизмы регуляции этого обмена. Иллювиальный горизонт, как показано выше, способен перераспределять потоки влаги во времени и пространстве, уменьшая колебания влагозапасов корнеобитаемой зоны в сухие и влажные периоды, повышая плодородие почвы и продуктивность растений.

Библиографический список

 

1.    Голованов А.И., Караев В.В. Способ учета неравномерного распределения осадков в период вегетации сельскохозяйственных культур при проектировании осушительных систем. /Сб. научных трудов. Комплексные мелиорации.– М.: МГМИ, 1986.

2.    Голованов А.И., Корнеев И.В. Впитывание воды в почву из инфильтрометра с одиночным кольцом: теория и результаты. /Сб. материалов Межд. научно-практической конференции «Природообустройство и рациональное природопользование – необходимые условия социально-экономического развития России». – М.: МГУП, 2005.

3.    Голованов А.И., Сухарев Ю.И. Математическая модель влагопереноса в ландшафтных катенах. /Сб. материалов Межд. научно-практической конференции «Природообустройство и рациональное природопользование – необходимые условия социально-экономического развития России». – М.: МГУП, 2005.

4.    Основы природообустройства. /Под ред. Голованова А.И. – М.: Колос, 2001.

5.    Плюснин И.И., Голованов А.И. Мелиоративное почвоведение. – М.: Колос, 1983.

6.    Пономарева С.И. Роль жизнедеятельности дождевых червей в создании прочной структуры в травопольных севооборотах. //Почвоведение. 1950.

7.    Розов Л.П. Мелиоративное почвоведение. – М.: 1956.

 



[1] Работа подготовлена под руководством заслуженного деятеля науки РФ, д.т.н., проф. А.И. Голованова

 

 

 

   
Вернуться к Оглавлению...