Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 . Электрофизические исследования в почвоведении 10
1.1. Роль электрофизических исследований в почвоведении 10
1.2. Электрические свойств почв: основные методы измерения 12
1.3. Электрогеофизика в почвоведении 15
1.4. Электрофизические методы в почвоведении 16
1.5. Теория электрических полей и почвообразовательных процессов 22
1.6. Электрические поля и свойства почв 22
1.7. Основные измерительные приборы электрофизики почв 30
1.8. Теоретические основы использования методов электрофизики в точном земледелии 35
Глава 2. Объекты и методы исследования 44
2.1. Характеристика объектов исследования 44
2.2. Методы исследования 53
Глава 3. Результаты и обсуждение
3.1 Физико-химическая характеристика объектов исследования 64
3.2 Связь электрического сопротивления с базовыми свойствами почв 67
3.3 Характеристика зависимостей электропроводности от базовых свойств почв 78
3.4. Проверка возможности практического использования полученных зависимостей 84
3.5. Системы уравнений 87
Глава 4. Практическое применение результатов исследований 89
4.1. Обоснование практического применения 91
4.2. Применение полученных зависимостей в практике прикладного почвоведения и земледелия 4.3 Оценка некоторых свойств почв определяющих степень окультуренности почв по электрическому сопротивлению 106
Заключение 111
Список литературы 113
- Электрогеофизика в почвоведении
- Методы исследования
- Характеристика зависимостей электропроводности от базовых свойств почв
- Применение полученных зависимостей в практике прикладного почвоведения и земледелия
Введение к работе
Актуальность исследований
В почвоведении и смежных науках, на протяжении уже более полувека активно изучаются закономерности изменения электрических свойств, в том числе и электрического сопротивления, для самых разных природных сред: горных пород, грунтов, различных водных растворов и почв. Однако стоит отметить, что перечень свойств, от которых зависит электрическое сопротивление почв, обычно указывается весьма широким. Например, утверждается, что электрическое сопротивление зависит от минералогического и гранулометрического составов, пористости, насыщенности пород растворами, сложения и плотности среды, ее температуры и т.д. (Corwin et al, 2003; Fedotov et al, 2002; Johnson et al, 2005; Halvorson, Reule, 1976; Березин, Кипнис, 1978; Боровинская и др., 1981, 1984; Вадюнина, 1979; Вадюнина и др., 1976; Поздняков, 2005, 2009; Раисов, 1973). Но, как известно, эти свойства для определенных почв, имеют вполне определенные диапазоны значений, поэтому мы вправе ожидать и для электрического сопротивления почв вполне четких зависимостей от конкретных свойств почв. Круг этих свойств, для определенных групп почв будет, хотя и различен, но не широк и вполне конкретен.
Попытки по установлению зависимостей удельного электрического сопротивления (УЭС) от ряда самых разных свойств почв проводятся давно (Grisso et al., 2009; Johnson et al., 2005), в том числе в стенах МГУ имени М.В. Ломоносова (Вадюнина, 1979; Вадюнина и др., 1976; Раисов, 1973; Хан и др., 1979, 2009). Однако данные работы проводились в большей мере для почв аридных регионов. Для гумидных регионов таких работ значительно меньше. Здесь в ряде случаев были получены достаточно тесные зависимости от отдельных свойств почв, например, влажности (Поздняков и др., 2002). В других случаях, например, при выявлении зависимостей от элементов питания растений - фосфора и калия, а также от окисного железа, тесных связей получено не было (Friedman, 2005; Nadler, 1991; Sudduth et al, 2005; Поздняков и др., 2002). Поэтому поиск свойств, от
которых зависит удельное электрическое сопротивление, необходимо было продолжить.
С другой стороны, использование электрофизических методов в почвоведении будет успешным, если будут найдены зависимости от таких свойств, которые являются базовыми, основополагающими и определяющими для почв. В этом случае появится возможность оценить «образ» той или иной почвы и ее основные особенности (Atherton et al., 1999; Corwin, Lesch, 2003; Friedman, 2005; Поздняков и др., 2009).
Наиболее важными в этом отношении представляются: гранулометрический состав - содержание физической глины как показатель дисперсности почвы (Шеин, 2005); содержание общего углерода - как основной показатель плодородия почвы; емкость катионного обмена (ЕКО), которая характеризует особенности поверхности твердой фазы, ее способность к насыщению носителями электричества, в данном случае катионами.
Изучению этих вопросов и посвящена представленная к защите работа.
Цель и задачи исследований
Целью исследования являлось установление зависимости электрического сопротивления от некоторых базовых свойств (содержание углерода, физической глины и ЕКО) почв легкого гранулометрического состава гумидной зоны и на основе этого разработка комплексного электрофизического подхода по оценке некоторых показателей степени окультуренности.
В задачи исследования входило:
-
Изучение электрических параметров почв легкого гранулометрического состава гумидной зоны с разной выраженностью базовых свойств гранулометрического состава, ЕКО и содержания гумуса.
-
Выявление зависимости между электрическими параметрами (сопротивлением, электропроводностью) и указанными базовыми свойствами почв.
-
Разработка подходов в использовании полученных зависимостей для оценки пространственного распределения изученных свойств.
-
Создание научно-обоснованного практического подхода для выделения градаций этих свойств по степени их выраженности, на основе полученных зависимостей.
-
Разработка электрофизического подхода по оценке некоторых показателей окультуренности почв легкого гранулометрического состава гумидной зоны методами электрофизики.
Научная новизна
Показано, что электрическое сопротивление - комплексный параметр физико-химического состояния почв легкого гранулометрического состава, особенно их твердой фазы. В работе впервые были получены и проанализированы зависимости электрического сопротивления от содержания физической глины, емкости катионного обмена и содержания углерода для почв легкого гранулометрического состава гумидной зоны. Установлено, что взаимосвязь между электрическим сопротивлением и данными свойствами имеет вид экспоненциальных зависимостей у=а*ехр(-Ь*х), где а и b параметры; у - значение электрического сопротивления, Ом*м; х - значение свойства. В случае с электропроводностью зависимость по внешнему виду в достаточно широком диапазоне свойства может быть аппроксимирована прямой линией.
На основе анализа этих зависимостей предложен новый подход к выбору значений сопротивления для изоомных линий (изогнутые линии Ом*м), очерчивающих достаточно однородные участки в пределах изучаемых территорий (полей) электрофизическими методами.
Использование полученных экспоненциальных уравнений при анализе и трактовке результатов обследования почв электрофизическими методами и предложенный подход выбора изоомных линий дают возможность выявлять конкретное пространственное распределение базовых свойств и распределение самих почв в пределах сельскохозяйственного поля по относительно однородному физико-химическому состоянию.
Практическая и методическая значимость работы
Практическая значимость работы заключается в выработанных системных подходах по оценке пространственного распределения однородных по свойствам участков в пределах поля, чему эффективно способствует специально разработанный для этих целей прием в выборе изоомных линий, очерчивающих эти участки.
Использование полученных систем уравнений для конкретной изучаемой территории позволяет провести экспресс-оценку почв по некоторым свойствам, входящим в показатели степени окультуренности почвы, а также систематизировать почвы по этим признакам. Представленные результаты полезны при комплексном почвенно-ландшафтном обследовании, проектировании агротехнологий, составлении электронных почвенных карт, карт полей севооборотов, автоматизации различных приемов растениеводства и при других вопросах по разработке точного и ландшафтно-адаптивного земледелия в гумидной зоне для почв легкого гранулометрического состава.
Апробация работы
Материалы по теме диссертации были доложены автором на XIV Докучаевских молодежных чтениях «Почвы в условиях природных и антропогенных стрессов» (Санкт-Петербург, 2011), XV Докучаевских молодежных чтениях «Почва как природная биогеомембрана» (Санкт-Петербург, 2012).
Публикации
По теме диссертации опубликованы 3 статьи в журналах, из списка рекомендуемых ВАК и тезисы к научным конференциям в Санкт-Петербурге 2011, 2012 г.
Структура и объем работы
Электрогеофизика в почвоведении
Если обратится к истории развития электрофизических методов в почвоведении, то можно заметить что они насчитывают уже более чем полувековую историю. В данном направлении со второй половины XX века проведено достаточно много исследований, с использованием различных методик и оборудования. Но, так или иначе, все основные достижения и результаты были обобщены в монографиях А.Ф. Вадюниной (1979), Ч.Ц. Цыдынова и др. (1979), Г.Я.Черняка (1981), В.К. Хмелевского (1960-1979).
После изучения данных работ было выяснено, что нет единого мнения при выборе конкретной методики измерения электрофизических свойств почв. Данный вопрос остался открытым, а результаты, полученные разными авторами, в своем большинстве довольно разрознены, а порой и противоречивы (Поздняков, 2001).
На сегодняшний день существуют два способа измерения электрических характеристик почв - при постоянном электрическом поле или переменном. У каждого способа есть как достоинства, так и недостатки. Основным требованием для выбора того или иного способа измерения является получение максимального количества информации для характеристики того или иного объекта. В настоящее время более актуальным и технически совершенным способом является использование постоянного электрического поля (Поздняков и др., 2002).
При этом выбирая постоянный электрический ток, можно проводить такие исследования, как горизонтальное профилирование, вертикальное зондирование и другие (Карпачевский и др., 1983; Боровинская и др, 1981; Поздняков, Хан, 1979).
Например, по результатам работ (Боровинская и др., 1984) были установлены границы слоев, образующих почвенно-грунтовую толщу; в других исследованиях (Chang et al., 1983) выявлена взаимосвязь электропроводности с концентрацией растворенных солей (катионов) в почвенных вытяжках. В другой работе (Rhoades, 1981) предложил использование четырех электродных датчиков, в комбинации с промышленными источниками постоянного тока для снижения стоимости процесса.
Однако, даже принимая во внимание, что применение постоянного электрического тока дает полезную информацию о профиле почвы, имеется достаточно работ по электрофизическим методам, которые говорят о нецелесообразности его применения, например для определения содержания почвенной влаги (Грушко, 1983; Гюлалыев, 1984; Сибуль и др., 1981). Основной причиной является неоднозначность и изменчивость показаний во времени, что создает ошибку при определении запасов влаги в почве.
Наиболее эффективным для разработки экспресс-методов определения влажности почв является измерение комплексного сопротивления (Поздняков, Гюлалыев, 2004; Смерников и др., 2008).
Следует также отметить, что почвенные растворы на основе воды и растворенных в ней химических соединений полярного типа позволяет отнести воду к классу полярных диэлектриков. Для них характерны различные виды поляризации: дипольная, электронная, ионная и др. При этом поляризация в почве подчинена таким же законам, как и в растворах электролитов (Поплавко, 1980; Gulaliyev 2000; Шумаков и др., 1982).
Из курса коллоидной химии известно, что растворы электролитов обладают двойным электрическим слоем (Антропов, 1975). Двойной электрический слой - это такой слой ионов, которые образуются на поверхности частиц в результате адсорбции ионов из раствора, диссоциации поверхностного соединения или ориентирования полярных молекул на границе фаз. Ионы, непосредственно связанные с поверхностью называются потенциал определяющими. Заряд этого слоя компенсируется зарядом второго слоя ионов, называемых противоионами (Крупский и др., 1975; Скорчеллетти, 1974).
Данный слой противоионов, представляющий собой конденсатор, через который затруднено прохождение постоянного электрического тока (из курса общей электрофизики), называется поляризационной емкостью. С увеличением влажности почвы, данный эффект увеличивается, ввиду смещения заряженных частиц и ориентировкой полярных молекул.
Для избавления от данного явления применяются разные электроды и компенсаторы поляризации, однако лучшим способом для борьбы с данным эффектом является применение переменного электромагнитного ПОЛЯ. Основное внимание в данном вопросе уделяется выбору методики измерения диэлектрических характеристик почв (Троицкий и др., 1986; Гюлалыев 1984).
В основе методических разработок всех их находится схема с датчиком, в виде заполненного исследуемой почвой конденсатора, так называемая схема замещения. Имеются различные методы применения мостовой схемы: Т-образная, резонансная схема на принципе замещения, осциллографический метод, метод срыва и т.д. (Троицкий, 1975).
Электрофизические свойства почв являются сложной и весьма изменчивой характеристикой. Они зависят от таких факторов, как частота электрического поля, плотность, температура, механический состав почвы и особенно, от характера и свойств почвенного раствора (Семенов, 1974; Пантелеева, 1962).
По мнению многих исследователей, главным фактором, влияющим на электрические свойства почвы, является их влагосодержание (Гюлалыев 1984; Gulaliyev 2000). Добавление в абсолютно сухую почву небольших порций воды приводит к росту электрических характеристик. В результате проведенных исследований были получены эмпирические формулы зависимости диэлектрических параметров от влажности (Gulaliyev et al., 1998). Недостатком предложенных формул является их приближённость, а также необходимость проведения дополнительных экспериментов в каждом конкретном случае, чтобы определить соответствующие коэффициенты, входящие в эмпирические формулы.
Другой не менее важной характеристикой для почвоведов наряду с влажностью является степень засоления почв. Поэтому, понимая всю важность определения засоленности почв, многие исследователи провели работу в данном направлении (Вадюнина и др., 1973, 1974, 1976; Rhoades, 1981; Chang, 1983; Gulaliyev, 2002).
Выяснение характера влияния степени засоления почвы на ее электрофизические свойства имеет важное значение в почвенно-мелиоративных исследованиях, особенно, в условиях орошаемого земледелия, обуславливающего непостоянство солевого состава почвенного раствора.
Другим не менее важным параметром, с точки зрения агрономии, является удельная поверхность частиц разных размеров. Этот параметр возрастает прямо пропорционально степени раздробленности или дисперсности почвы (Вадюнина, Корчагина, 1973). Установлено, что с увеличением удельной поверхности возрастает и электропроводность почв, что стало причиной для исследования зависимости электрических характеристик почв от ее удельной поверхности.
Методы исследования
В настоящее время, с учетом высоких темпов прироста населения стоит огромная проблема нехватки продовольствия. Однако перспектива решения данной продовольственной проблемы дополнительно для трех миллиардов человек, которые дополнительно появятся в результате демографического роста в ближайшие тридцать-сорок лет весьма оптимистичная (Corwin et al., 1999; Lowenberg-DeBoer, 1999).
И если не произойдет неожиданных технологических прорывов и открытий, устойчивое сельское хозяйство, как одно из агрономических средств решения этой задачи может не справиться. Концепция устойчивого сельского хозяйства основывается на тонком балансе максимизации урожайности и поддержании экономической выгоды, при минимизации использования иссекаемых природных ресурсов и экологического ущерба в результате воздействия (Corwin et al., 1999). Одна из ключевых технологий для достижения устойчивого развития сельского хозяйства это использование в растениеводстве метода точного земледелия (Lowenberg-DeBoer, Erickson, 2000). Точное земледелие использует современные методы и технику, благодаря чему повышается эффективность удобрений, а полезных веществ из почвы вымывается меньше.
Одним из приемов точного земледелия может служить применение удельного электрического сопротивления. Фермеры, использующие технологии точного земледелия могут использовать измерение электропроводности, чтобы затем отобразить на полевой карте густой набор данных по электропроводности для описания изменчивости почв в пределах поля, что будет являться достаточно качественным и недорогим методом (Johnson et al., 2001, 2003).
Датчик электропроводности в сочетании с GPS-приемником, позволяет проводить измерения электрической проводимости образцов гораздо быстрее, чем данные, полученные путем отбора почвенных проб классическими методами. Исходя из этого, возможно получение почвенной карты более высокого разрешения, чем типичные карты распределения питательных веществ в кратчайшие сроки (Corwin, Lesch, 2003; Johnson et al., 2003).
При этом, анализируя концепции существования стационарных электрических полей, а также учитывая результаты многочисленных исследований, можно предположить, что границы применения электрофизических методов в почвоведении достаточно широки (Поздняков и др., 2002; Позднякова, Поздняков, 2004). С их помощью можно попытаться решить некоторые задачи генетического и прикладного почвоведения:
1. Некоторые вопросы генезиса и диагностики почв.
2. Возможность применения методов СЭП для стационарного исследования почв. Например, наблюдение за динамикой изменения различных агрофизических свойств почв: влажности, засоления, промерзания-оттаивания и т.п.
3. Использование удельного электрического сопротивления для решения истинно прикладных задач: а) оценка каменистости; б) оценка загрязнения нефтепродуктами; в) установления закономерностей в продвижении питательных растворов и др. Длительное использование почв как средств сельскохозяйственного производства приводит к изменениям природных процессов почвообразования (Иванов, Кузнецова, 2004) и свойств почв, т.е. к формированию новых культурных почв (Цыганова, 2007).
Технологии точного земледелия, которые сейчас активно внедряются, требуют согласования количества и качества применяемых сельскохозяйственных материалов с условиями отдельных участков поля.
Однако эти технологии не могут базироваться на базах данных и методах исследования почв прошлого столетия и агрохимических картограммах, сформированных по устаревшим методикам, когда один композиционный образец почвы представлял площадь от 10-20 га без учета его пестроты и топографии распределения свойства по полю (Вадюнина, Корчагина, 1973; Воробьева, 2006).
Для обеспечения новых подходов обследования почв сегодня уже достаточно широко применяются приборы глобального позиционирования (GPS), методы дистанционного зондирования и географические информационные системы (ГИС). Для сельского хозяйства эти информационные технологии обеспечивают точный и автоматизированный сбор, анализ и хранение качественной и количественной информации о почвах в пределах даже одного поля (Lesch, Corwin, 2003; Pellerin, Wannamaker, 2005).
На сегодняшний день, опыт применения методов электрофизики в земледелии и агрофизике, как у нас в стране, так и за рубежом достаточно обширный и насчитывает уже более 30 лет (Карпачевский и др., 1983; Раисов, 1973; Поздняков 1979-2012; Федотов и др., 2003; Федотов, Поздняков, 2001, 2006; Хан и др., 1979; Хан, 1977; Шкабарня, Гриценко, 1971; Corwin, Lesch, 2003, 2005; Friedman, 2005; Grisso et al., 2009).
Но, к сожалению, использование электрофизических методов обычно ограничивается решением частных задач прикладного почвоведения (Федотов, Поздняков, 2003; Федотов и др., 2005). В странах с развитой экономикой для проведения почвенных обследований уже сейчас довольно широко применяют электрофизические методы.
В европейский странах используются так называемые «SEC map» (SEC, soil electrical conductivity- карты электропроводности почв).
В дополнение к картам электропроводности, выделяющими неоднородность почвы в пределах одного поля, электропроводность также, тесно связана с другими свойствами почв, используемых для определения плодородия почвы (Corwin, Lesch, 2003, 2005; Рожков, Смеян, 1984).
Так, например, емкость катионного обмена (ЕКО) связана с процентным содержанием глины и органических веществ. При увеличении процентного содержания глины и органических веществ увеличивается и ЕКО. Исследования подтверждают взаимосвязь между электропроводностью и ЕКО через связь с глинистой фракцией (Ferre et al., 1998; Friedman, 2005; Grisso et al., 2009).
Также электропроводность можно использовать для прогнозирования порового пространства. Чем больше общая пористость почвы, тем легче она проводит электричество. Почвы с высоким содержанием глины, имеют больше общего порового пространства, чем песчаные почвы, при неизменных остальных параметрах. Аналогично можно исследовать определение засоленности почв: избыток растворенных солей в почве, легко определяется по электропроводности (Corwin, Lesch, 2005; Robinson et al., 2003; Wraith, Or, 1999; Хан, Поздняков, 2009).
При исследовании температурного режима все происходит не так однозначно. При уменьшении температуры до нуля градусов (точка замерзания воды) электропроводность почвы снижается незначительно. При дальнейшем уменьшении температуры, поры становятся все более изолированными друг от друга, и в целом электропроводность почвы резко уменьшается (Гюлалыев, 1984; Grisso et al., 2009).
Характеристика зависимостей электропроводности от базовых свойств почв
Для выполнения поставленных задач, в полевых условиях было отобрано более 200 образцов почв. Одновременно с этим, в местах отбора проб производилось измерение электрического сопротивления, как по горизонтали, так vi по вертикали. Совместно с данными процедурами проводилось морфологическое описание почвенного профиля в ключевых разрезах.
Для определения физических и химических свойств почв были использованы классические методы и приборы (Шеин и др., 2001; Шеин, 2005).
Используя отобранные образцы почв, было произведено определение полевой влажности. Влажность определяли классическим стандартно-весовым методом.
Также, в отобранных образцах было произведено определение содержания общего углерода с использованием экспресс-анализатора АН-7529М (Когут и др., 1993).
Отобранные образцы почв подверглись так же и гранулометрическому анализу. Как известно, под гранулометрическим составом почв и лочвообразующих пород понимают относительное содержание в почве элементарных почвенных частиц различного диаметра, независимо от их минералогического и химического состава (Шеин, 2005). Измерения проводили на лазерном дифракционном анализаторе «Analysette-22 Comfort». Методика измерения была следующей: были взяты средние пробы воздушно-сухой почвы из отобранных образцов. Эти пробы были перетёрты в ступке с резиновым наконечником и просеяны через сито ! мм. Далее были отобраны навески около 110 мг для каждого исследуемого образца. Навески были подвергнуты ультразвуковой диспергации в воде стандартной интенсивности в течение 2,5 минут. После этого были проведены измерения гранулометрического состава на приборе «Analysette-22 Comfort».
Метод гранулометрического анализа с помощью лазерной дифракции имеет ряд преимуществ. Данный метод основан исключительно на фундаментальных научных принципах. Следовательно, для проведения анализа абсолютно не требуется калибровка прибора по стандартным материалам.
Широкий динамический диапазон. Лучшее лазерное дифракционное оборудование позволяет пользователю измерять размеры частиц в диапазоне, например, от 0,1 до 2000 микрон.
Частицы, находящиеся в жидких суспензиях и эмульсиях могут измеряться при помощи циркулирования пробы через измерительную ячейку, что позволяет получать высокую воспроизводимость результатов.
Электрическое сопротивление в пасте измерялось с помощью датчика-кюветы, методика измерения описана далее. В полевых условиях электрическое сопротивление почвы измерялось четырехэлектродным датчиком AMNB прибором LandMapper.
Ввиду большой пространственной неоднородности физических свойств агроландшафтов, возникла необходимость новых подходов и методов обследования территории. Изменение свойств можно представить в виде агрофизических карт -- массива данных с координатами X и Y, определяющими местоположение точки (точечного значения свойства) в пространстве, и координатой Z, представляющей значение изучаемого свойства. Таким образом, возможно получение 3D агрофизических карт. Для выполнения данной работы изначально предполагалось, что электрическое сопротивление имеет значения в любой точке изучаемого пространства, т.е. непрерывно.
Применяя электрофизические методы на практике, имеется возможность проводить исследования почвенного покрова без его нарушения. Измерения проводятся с поверхности почвы. Также, регулируя различный разнос электродов вдоль горизонтальной оси датчика (рис. 1.7), можно добиться измерения электрических параметров на различной глубине. Это является несомненным плюсом электрофизических методов и их особенность.
Для измерения объемов почвы, довольно однородных (паст, суспензий, растворов, почвенных вытяжек) очень удобно и практично использовать сосуд с размещенными в них электродами AMNB. В роли данного сосуда распространение получили специальные кюветы из органического стекла и полимеров. Во-первых, органическое стекло довольно прочный материал, а во-вторых, его прозрачность позволяет внешне оценивать образец почвы, измеряемый на значения электрического сопротивления. При этом, в качестве электродов используются площадные электроды А-В. При площадных А-В электродах создается однородное электрическое поле, пронизывающее исследуемый образец. В совокупности с тем, что объем почвы достаточно однороден при этом, производится измерение истинного электрического сопротивления. Как уже отмечалось ранее, под истинным электрическим сопротивлением понимается сопротивление, измеряемое для относительно однородного объема почвы в однородном электрическом поле.
При этом в полевых измерениях очень часто измеряется электрическое сопротивление для неоднородных объемов, В этом случае электрическое сопротивление называется не истинным, а кажущимся, т.е. характеризующим неоднородный объем почвы
Применение полученных зависимостей в практике прикладного почвоведения и земледелия
Электрическое сопротивление - комплексная характеристика почвы. Поэтому его использование возможно для оценки и определения многочисленных свойств среды, в зависимости от условий и задач исследования.
В зависимости от конкретных условий и поставленной задачи, по удельному электрическому сопротивлению можно оценивать достаточно большой спектр свойств в торфяной залежи.
Так, сопротивление должно закономерно снижаться по экспоненциальной кривой при нарастании выраженности свойств, увеличивающих плотность подвижных электрических зарядов, то есть с увеличением емкости поглощения, содержания гумуса, утяжелении механического состава, увеличению плотности почвы.
Особенно успешно примеЕіение методов сопротивления в случаях, когда резко изменяется какое-либо одно свойство почвы, оказывающее влияние на сопротивление - содержание солей, влажность, скелетность, или когда профиль почвы резко дифференцирован на генетические горизонты. Это бывает довольно часто. Обычно это происходит на почвах с достаточно резкой физико-химической дифференциацией профиля - дерново-подзолистых, серых лесных почвах, солонцах, светло-каштановых, скелетных и других.
И, наоборот, аллювиальные почвы пойм, торфяные и другие малодифференцированные почвы наиболее трудны для обследования электрофизическими методами/использующих, в частности, электрическое сопротивление.
Самая важная особенность, на которую необходимо обратить пристальное внимание, это зависимость сопротивления и влажности, и на то, что на кривых этих зависимостей всегда выделяются прямолинейные участки, где влиянием влажности можно пренебречь. Этот момент наступает при влажности больше ВРК, т. е. по обыденно привычным для почвоведа понятиям при влажной почве. Увеличение влажности далее не приводит к резкому изменению сопротивления почвы. В этом случае, по влиянию на сопротивление, первое место занимают другие факторы, но не влажность. Обычно это "химические" факторы, несущие генетическую нагрузку и позволяющие проводить работы связанные с почвенным и почвенно-мелиоративным обследованием.
Заметим, что и при низкой влажности, в диапазоне гигроскопической влаги, такие работы также возможны, и могут быть успешными в том случае, если нет вынужденных, не связанных с генезисом «влажностных» изменений -искусственного увлажнения. В этом случае величины сопротивления более динамичны и работа требует более внимательных подходов.
В конечном итоге можно утверждать:
1. Физические факторы в определенных условиях также несут информацию о генетических особенностях почв и могут быть использованы в почвенно-мелиоративных и других обследованиях. Это и определение глубины иссушения, и определение глубины залегания грунтовых вод, и многое другое.
2. В определенных условиях можно устранить влияние физических свойств, т.е. проводить измерения при высокой влажности, если не преследуется специальная цель ее изучения.
В гумидной зоне проблем выполнения таких условий практически нет, особенно когда исследуются не только самые верхние слои почв. В аридных регионах такие исследования надо проводить или также при высокой влажности, или строго следить, чтобы за время наблюдений не происходило спонтанных изменений влаги за счет дождей, поливов и т.п. На изменение плотности или температуры при почвенно-мелиоративном обследовании также нет необходимости обращать внимание, так как их влияние обычно незначительное. Это справедливо, опять же, если не проводятся специальные их исследования в экстремальном проявлении, и их величина не изменяется в одной и той же точке в несколько раз за время измерений.
Такой подход обеспечивает успешное применение электрогеофизических методов при почвенно-мелиоративных и других обследованиях.
Весьма важно также провести корректную интерпретацию данных полевой электрофизики почв. Наиболее полную и ценную информацию можно получить при интерпретации данных ВЭЗ с помощью компьютерной обработки данных. Для этих целей нами разработаны специальные алгоритмы количественной интерпретации ВЭЗ.
Применение методов электрофизики для крупномасштабного картирования можно использовать на площади отдельных хозяйств или проектируемых мелиоративных объектов. Они содержат максимум информации о характере почвенного покрова. Содержание этих карт должно раскрывать вопросы генезиса почв, топографические закономерности.
Детальные карты также можно составлять с помощью электрических методов на ограниченные территории с высокой комплексностью, и на опытные участки.
Поскольку электрические параметры определяются генезисом почв, то их величины можно использовать в качестве диагностических признаков, позволяющих распознавать отдельные таксономические единицы почв.
Это облегчит детальный учет почв и картирование территорий с пестрым почвенным покровом. При решении почвенно-мелиоративных гидрологических задач в первую очередь приходится решать вопросы о подразделении почв и осадочного покрова на основные литолого-стратиграфические слои с выделением и идентификацией водоносных и водоупорных горизонтов; определять распространение, мощности, глубины их залегания и изменение литологического состава выделенных горизонтов и их сочетаний в пределах изучаемых территорий.
