Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 7
1.1. Распространение и классификация слитых почв 7
1.2. Особенности формирования слитых почв и их вещественного состава 11
1.3. Функциональные характеристики почвенного материала слитых почв 17
1.4. Геохимическая структура слитоземных комплексов 29
1.5. Сельскохозяйственное использование слитых почв 30
1.6. Выводы из обзора 33
Глава 2. Объекты исследований 35
Глава 3. Методы исследований 41
Глава 4. Результаты и обсуждения 53
4.1. Вещественные свойства почвенного материала 53
4.1.1. Морфологические особенности почв 53
4.1.2. Химические свойства 62
4.1.3. Гранулометрический состав почв 71
4.1.4. Минералогический состав илистой фракции 77
4.2. Функциональные характеристики почвенного материала 85
4.2.1. Усадка 85
4.2.2. Удельная поверхность 90
4.2.3. Реологические характеристики 91
4.2.4. Водоудерживающая способность 94
4.2.5. Состояния влаги в почвах слитоземных комплексов 102
Заключение 107
Выводы 110
Список литературы
- Особенности формирования слитых почв и их вещественного состава
- Сельскохозяйственное использование слитых почв
- Морфологические особенности почв
- Водоудерживающая способность
Введение к работе
Актуальность исследований
Слитые почвы традиционно привлекают внимание теоретического и прикладного почвоведения. Занимаемая слитоземами площадь оценивается приблизительно в 308 млн га (около 2.2% от поверхности Земли) (Blokhuis, 2006). За последние несколько десятилетий выдвинуты фундаментальные гипотезы и сделаны обобщения о происхождении, факторах формирования и географии распространения этих почв, а также получены новые данные об их отдельных свойствах (Wilding, Tessier, 1988; Lynn, Williams, 1992; Ковда, 1992; Хитров, 2003а, 2012, 2014; Kishne et al., 2009). Традиционно считалось, что слитые почвы распространены в тропическом и субтропическом климатических поясах (Зонн, Дахаб, 1984; Wilding, Puentes, 1988; Ковда и др., 2003). Однако, в последние десятилетия стало известно об их распространении в теплых и холодных регионах умеренного климата (Dasog, 1987; Ковда, Уалдинг, 2004; Fuchs др., 2010), полупустынных (White, 1997) и засушливых условиях (Dixon, 2009). Также слитоземы описаны в области распространения мерзлотных почв (Ковда и др., 2010). Наименее изученным остается вопрос об эволюции этих почв и направлении трансформации слитости в современных условиях (Ковда, 1995). Отсутствие таких данных затрудняет прогнозирование состояния слитых почв, в том числе при глобальных климатических изменениях.
Слитоземы обладают высоким потенциальным плодородием и используются
при выращивании пшеницы, ячменя, кукурузы, риса и др. (Хитров, 2003б). Однако,
вопрос об эффективности их сельскохозяйственного применения продолжает
оставаться неоднозначным (Ahmad, 1988; Coulombe et al., 1996). Периодическое
изменение физического состояния почвенного материала при чередовании влажных
и сухих периодов в ареалах распространения слитых почв препятствует проявлению
их потенциального плодородия. В связи с этим возрастает важность исследования
влияния процессов усадки и набухания на почвенный материал. Изучение природы
процессов, свойственных слитоземам, требует комплексного подхода: необходимо
сочетание морфологического и микроморфологического описаний,
минералогического и гранулометрического анализов, а также учет физических параметров (водоудерживающая способность, удельная поверхность, плотность) и др.
В данной работе акцент сделан на процессах формирования геохимической структуры слитоземных комплексов. Под геохимической структурой понимается чередование зон выщелачивания и обогащения, их соотношение в пространстве, вещественный состав, форма и размеры (Глазовская, 1988). Поскольку реальная история большинства элементов в ландшафтах это история их химических
соединений (Глазовская, 1988), то особое внимание в данной работе уделялось формам нахождения элементов.
Цель и задачи исследования
Целью данной работы было выяснить геохимическую структуру слитоземных почвенных комплексов, закономерности поведения и направленность формирования свойств почвенного материала в ходе почвообразования в различных климатических условиях.
Задачи исследования включали в себя три группы вопросов:
1. Исследовать вещественный состав почв комплексов:
общие химические свойства;
минералогические особенности илистой фракции; состояние соединений железа; гранулометрический состав.
2. Выявить закономерности поведения почвенного материала путем
исследования:
удельной поверхности почвы;
гидрофизических характеристик (динамика водоудерживания, усадки почвы, порозности аэрации в зависимости от изменения всасывающего давления);
реологического поведения.
3. Составить вероятную схему геохимической структуры слитоземных
комплексов и протекающих почвенных процессов, а также структуру основных
миграционных потоков между элементами почвенного комплекса.
В данной работе использовались следующие основные принципы: изучение набора минеральных почвенных компонентов, различающихся по
времени трансформации и интенсивности миграции в почвенной среде; выделение зон почвенных комплексов с различной направленностью
формирования свойств почвенного материала при почвообразовании;
использование методов структурно-функциональной гидрофизики для
определения направленности миграции растворимых компонентов и особенностей
поведения почвенного материала в элементах почвенных комплексов.
Научная новизна
Впервые проведен сопряженный и детальный анализ вещественного состава почвенного материала и характеристик его поведения с целью выяснения направленности трансформации минерального вещества при почвообразовании. Составлена вероятная схема геохимической структуры слитоземных комплексов и схема основных миграционных потоков между элементами почвенного комплекса.
Сравнение данных по комплексам слитоземов в умеренном и субтропическом климатических поясах позволило выделить особенности их формирования и поведения в биоклиматических условиях, контрастно различающихся по количеству поступающих осадков.
Теоретическая и практическая значимость работы
Полученные схемы геохимической структуры и основных миграционных потоков между элементами микрорельефа гильгай дополняют имеющиеся сведения о функционировании слитоземных комплексов. Результаты исследований могут быть использованы для прогнозирования изменчивости физического состояния почвенного материала комплексов слитых почв. Полученные результаты могут способствовать более рациональному землепользованию в районах распространения слитых почв и выбору оптимальных методов их мелиорации, которые при необходимости можно модифицировать с учетом требуемых условий.
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы были доложены и обсуждались на Международной научной конференции Докучаевские молодежные чтения (Санкт-Петербург, 2014, 2015), Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2013, 2014) и на заседаниях кафедры общего почвоведения факультета почвоведения МГУ.
По теме диссертации опубликовано 2 статьи в журналах из списка ВАК и 4 тезисов докладов на конференциях.
Структура и объем диссертации
Особенности формирования слитых почв и их вещественного состава
Слитые почвы обладают специфическим набором свойств. Некоторые из них обуславливают основные почвообразовательные процессы – набухание/усадку почвенного материала, сдвиговые деформации, а другие могут нивелировать эти процессы.
Особенности климатических условий. Во влажном климате с низким сезонным дефицитом влаги (регионы, получающие в большом количестве постоянные осадки в течение всего года) почвообразование слитоземов находится под сильным влиянием относительно высокой биотической деятельности. Для климатических условий, где слитые почвы получают более 1300 мм осадков в год, есть свидетельства обширной биотурбации (например, в результате воздействия корневых систем или в результате деятельности ракообразных, которые могут проникать вглубь профиля на 2м) (Stiles et al., 2003).
В слитоземах, формирующихся в условиях продолжительного дефицита почвенной влаги, замедлен процесс минерального выветривания: физические процессы преобладают над физико-химическими процессами почвообразования. Для слитых почв, сформированных в климате средней влажности, отмечается совместное воздействие как физических, так и гидрогеохимических почвообразующих процессов, что обусловливает максимальные различия в физической и химической выраженности микрорельефа (Stiles et al., 2003). Нехватка доступной почвенной влаги (даже в сезон дождей) для необходимого набухания глинистых минералов и соответствующих физических подвижек почвенного материала ослабляет образование сликенсайдов и развитие микрорельефа (Wilding, Tessier, 1988).
Краткосрочные ежедневные колебания почвенной влаги вызывают относительно короткие циклы иссушения, которые, в свою очередь, накладываются на долгосрочный многолетний цикл колебаний почвенной влаги. Эти долгосрочные изменения влагосодержания могут влиять на медленно меняющуюся геометрию почвенных частиц в смектитовой матрице почвы в связи с многократными повторными условиями увлажнения и иссушения (Kishne et al., 2010). Процессы усадкинабухания вызывают сдвиговые явления почвенного материала, которые ориентируют глинистые частицы в узком слое, прилегающем непосредственно к сликенсайдам, и во всей смежной массе (Ковда и др., 2000). В результате в слитоземах выделяются хорошо ориентированные микроструктуры, приуроченные к горизонтам с максимально выраженными сликенсайдами.
Микрорельеф гильгай. Особенности почвенного материала слитоземов часто обуславливают развитие специфичного бугристого микрорельефа гильгай. Само название "гильгай" на коренном австралийском языке означает "мелкие водосборы" ("small waterhole") (Paton, 1974). В литературе встречается описание двух типов форм гильгая: округлые (нормальные) и овальные (эллипсоидные). Наиболее распространены и более подробно изучены округлые гильгаи. Согласно многим исследованиям, перепад высот между элементами микрорельефа в таких гильгаях чаще всего составляет 1050 см, однако может варьировать от нескольких см до 3 м (Ковда и др., 2003; Miller, Bragg, 2007; Dixon, 2009). Горизонтальные размеры гильгая (расстояние между двумя ближайшими вершинами/понижениями) может достигать 16 м (Dixon, 2009).
Особенности микрорельефа гильгай связаны с различиями таких почвенных свойств, как содержание илистой фракции ( 0.001 мм), а также органического вещества, карбонатов и солей (Coulombe et al., 1996). Wilding и др. (1990) обобщили имеющиеся данные и сделали вывод, что микроповышения имеют более сложное структурное строение, лучше дренированы, содержат больше карбонатов и менее богаты органическим веществом по сравнению со смежными микропонижениями, которые ведут себя как физически и химически более замкнутые системы (Driese et al., 2000). Положение микроповышений позволяет им "сбрасывать" почвенный материал в нижележащие чашеобразные микропонижения. Подобный микрорельеф достигает своей максимальной выраженности в климатических зонах, испытывающих большие сезонные дефициты почвенной влаги (Stiles, 2001).
Контрастность увлажнения необходимое условие развития слитоземных признаков. Поскольку в почве на микросклоне формируются наиболее контрастные условия, то признаки слитогенеза на этих участках выражены ярче. В этом случае вместо характерной клиновидной структуры формируются блочные и глыбистые агрегаты (Ковда и др., 1995).
Наличие микрорельефа гильгай серьезно усложняет исследования многих свойств слитых почв. При исследовании двух типов гильгая (округлый и овальный) в Центральном Техасе замечено, что форма, размер, глубина и длина гильгаев изменяют динамику усадкинабухания почв в пространстве (Kishne et al., 2009; Miller et al., 2010). Почвенная усадка в вертикальном и горизонтальном направлении не равномерна: считается, что вертикальные подвижки почвенного материала превышают горизонтальные (Cabidoche, Ozier-Lafontaine, 1995; Peng et al., 2006). Однако, на участках, где зеркала скольжения менее заметны, усадка практически изотропна (Yule, Ritchie, 1980; Bronswijk, 1990).
Морфологические особенности. Самомульчирование почвенного материала в сочетании с процессом педотурбаций (перемешивания) представляют собой механический процесс, который гомогенизирует материал верхней части почвы (Mermut et al., 1996). Педотурбации, механически формируя специфический профиль слитоземов и дифференцируя почвенный покров путем формирования микрорельефа, требуют сочетания определенной эволюционной стадии развития слитоземов и условий увлажнения (Ковда и др., 1995).
Уникальные внутрипочвенные образования, которые называются сликенсайдами, представляют собой "зеркала скольжения", образованные при сдвиговых деформациях почвенного материала в результате процессов усадкинабухания. Отмечено, что вдоль сликенсайдов происходит физико-химическая транспортировка минеральных частиц и растворенных веществ, вызванная сезонными процессами усадкинабухания (Stiles et al., 2003). Таким образом, в результате изменения почвенного объема в дополнение к радиальному почвообразующему вектору добавляется боковой вектор: почвенный материал смещается и в стороны и вверх.
Существуют исследования, показывающие, что в результате педотурбаций может происходить значительное перемещение карбонатов вдоль поверхностей сликенсайдов (Miller et al., 2007). В связи с этим пространственное распределение карбонатов в профиле носит закономерный характер. Согласно исследованию стабильных изотопов и микроморфологии карбонатов, предполагается, что из-за механического характера почвообразования слитоземов (процессы усадкинабухания) некоторые крупные педогенные карбонатные конкреции, возможно, перемещаются вдоль зеркал скольжения к их текущим положениям в почвенных профилях. Такой подход согласуется с моделями формирования слитоземов, представленные Wilding и Tessier (1988) и Lynn и Williams (1992), которые также поддерживают возможность движения вверх по профилю карбонатных конкреций и их боковое движение из почвы микропонижения к почве микроповышения.
Многочисленные исследования показывают сильное влияние гидрофизических процессов на водоудерживающую способность почвы (Davidson, Page, 1956; Dudal, Eswaran, 1988; Lin et al., 1998; Thomas et al., 2000). Слитоземы имеют исключительно низкую гидрологическую проводимость, плохую почвенную структуру и глубокие трещины, образующиеся в период иссушения, а также высокую липкость при увлажнении (Favre et al., 1997; Wilding, Tessier, 1988).
Сельскохозяйственное использование слитых почв
Cодержание органического углерода определялось по методу Тюрина в титриметрическом варианте (Теория и ..., 2006). В основе метода лежит окисление углерода органического вещества почвы дихроматом калия (K2Cr2O7) в присутствии серной кислоты, сопровождаемое восстановлением Сr6+ до Сr3+. Избыток дихромата оттитровывается раствором соли Мора ((NH4)2SО4FeSО46H2О).
Содержание карбонатов определялось с помощью ацидометрического метода (Аринушкина, 1970). Метод основан на разрушении карбонатов титрованным раствором соляной кислоты (HCl) при суточном настаивании и последующем титровании избытка кислоты щелочью (NaOH).
Содержание солей определялось в почвенных растворах, выделяемых по методике Самойловой (1972). Вытеснение почвенного раствора производилось с помощью трубок длинной 120 см и диаметром 4.5 см этиловым спиртом.
Определение состава обменных катионов проводилось по методике Хитрова (1984). За основу данного метода принят метод Пфеффера в модификации Молодцова и Игнатовой (1975). Выделение проводится последовательно в несколько этапов. Для начала водорастворимые соли переводятся в раствор путем увлажнения навески дистиллированной водой до 2040%. Затем солевой поровый раствор отмывается 70%-ым этиловым спиртом и вытесняются обменные катионы с помощью реактива Пфеффера (0.1 н раствор NH4Cl в 70%-ом этаноле), а оставшиеся в навеске после удаления солей и вытеснения обменных катионов карбонаты кальция, магния и гипс растворяют в соляной кислоте. Определение содержания соединений железа
Валовое содержание железа определялось методом атомно-абсорбционной спектроскопии после разложения почвы сплавлением с углекислым калием и натрием. Разложение почвы основано на образовании щелочных солей кремневой кислоты и других растворимых соединений (Аринушкина, 1990). Атомно-абсорбционный спектральный анализ основан на измерении поглощения света свободными атомами элемента железа при прохождении света через атомный пар исследуемой пробы. Свободные атомы элементов, находящиеся в невозбужденном, стабильном состоянии в слое нагретого газа, способны селективно поглощать свет, переходя при этом в возбужденное состояние. Величина светопоглощения (абсорбции) зависит от концентрации определяемого элемента (Теория и ..., 2006).
Формы соединений железа определялись методом селективных вытяжек. Содержание железа по Мера-Джексону соответствует соединениям железа, которые экстрагируются дитионит-цитрат-бикарбонатной вытяжкой (несиликатное или свободное по классификации Зонна, 1982). Содержание железа по Тамму соответствует оксалатрастворимым соединениям железа (сумма аморфных и слабоокристаллизованных соединений по Зонну, 1982). Подобная классификация соединений железа не является универсальной: существует потребность в новой характеристики экстрагируемых соединений железа (Водяницкий, Шоба, 2014).
Определение дитионитрастворимых соединений железа по Мера-Джексону. Навеску воздушно-сухой почвы, просеянной через сито с диаметром отверстий 1 мм, массой 2 г, помещали в центрифужную пробирку вместимостью 50 см3. В пробирку приливали 20 мл 0.3 М раствора цитрата натрия (Na3C6H5O7) и 2.5 мл 1М раствора гидрокарбоната натрия (NaHCO3), перемешивали круговыми движениями и нагревали на водяной бане до 800С. Затем в пробирку вносили 0.5 г сухого порошка дитионита натрия (Na2S2O4) и перемешивали стеклянной палочкой. После этого в пробирку добавляли 5 мл насыщенного раствора хлорида натрия (NaCl), перемешивали и оставляли на водяной бане до образования хлопьевидного осадка. Затем проводили центрифугирование в течение 10 мин при 3000 об/мин, центрифугат сливали через сухой плотный фильтр в мерную колбу вместимостью 250 мл. Обработку почвы в центрифужной пробирке повторяли еще два раза, собирая центрифугаты в ту же мерную колбу. После охлаждения содержимое мерной колбы доводили дистиллированной водой до метки и тщательно перемешивали (Теория и ..., 2006). Концентрация железа в полученном растворе определялось атомно-абсорбционной спектроскопией.
Определение оксалат-растворимых соединений железа по Тамму. Навеску воздушно-сухой почвы, просеянной через сито с диаметром отверстий 1 мм, массой 2 г, помещали в плоскодонную колбу вместимостью 250 мл, заливали 100 мл буферного раствора Тамма при рН 3.2 (смесь щавелевой кислоты (0.14 М H2C2O4) и щавелевокислого аммония (0.2 М (NH4)2C2O4)). Колбу закрывали пробкой и взбалтывали 1 ч. Содержимое колбы фильтровали через сухой плотный фильтр в колбу-приемник. Обработку почвы повторяли, перенося фильтр с почвой в исходную колбу. Фильтраты собирали вместе в мерной колбе на 250 мл, доводили дистиллированной водой до метки и тщательно перемешивали (Теория и ..., 2006). Концентрация железа в полученном растворе определялось атомно-абсорбционной спектроскопией.
Морфологические особенности почв
Почвы слитоземного комплекса Ставрополья отличаются друг от друга различным распределением содержания карбонатов по профилю почв и глубинами вскипания от 10% HCl (рис. 12А). В почве микроповышения вскипание обнаружено с поверхности. Почва микросклона вскипает на глубине 1520 см, а в почве микропонижения отмечается максимальная глубина вскипания – 110 см. В почвах всех элементов микрорельефа содержание CaCO3эквивалента не ниже 2%: в почве микропонижения оно остается на этом уровне до глубины 110 см. В почве на микросклоне содержание карбонатов заметно возрастает с 85 см, а в почве на микроповышении достигает 6% уже на глубине 20 см. В целом, карбонаты, отличаясь между профилями по содержанию, по глубине распределены относительно равномерно
Распределение содержания карбонатов по профилю почв в Ставропольском (А) и Техасском (Б) слитоземных комплексах.
Почвы Техасского слитоземного комплекса отличаются бльшим содержанием карбонатов (рис. 12Б). В почве микроповышения в верхнем метре содержание карбонатов колеблется около 10% и с глубиной резко увеличивается до 24% (ниже 125 см). Для почв микросклона и микропонижения отмечается диапазон значений 2.67% в пределах верхнего полуметра, а ниже 140 см для почвы микросклона наблюдается резкий скачок содержания карбонатов до 24%.
Таким образом, почвы обоих слитоземных комплексов содержат заметное количество карбонатов с неоднородным распределением (увеличение на глубине ниже 100 см). Абсолютное накопление в обоих случаях наблюдается в почве на микроповышении.
Состояние соединений железа. В слитоземном комплексе Ставрополья содержание валового железа не превышает 5%, распределяясь по профилю равномерно (рис. 13А). Результаты химического экстрагирования соединений железа Ставропольского слитоземного комплекса представлены на рис. 13БВ. Значительные изменения содержания как дитионит-растворимых, так и оксалат-растворимых форм железа между элементами комплекса свидетельствуют о существенных трансформационных процессах соединений железа. Эти колебания содержания форм Fe особенно выражены для верхнего метра почвенного профиля. Наиболее широкий диапазон значений отмечается для почвы микропонижения: здесь доля дитионит-растворимых форм минимальна, а оксалат-растворимых – максимальна. 40 є, % от валового содержания
В почве микропонижения и в меньшей степени в почве микросклона, сформированных в ярко выраженных условиях сезонных колебаний влажности, отмечается парадоксальное явление превышения значений оксалат-растворимого железа над дитионит-растворимым в верхней части профиля. Данная ситуация объясняется повышенным содержанием двухвалентных форм железа, растворимых реактивом Тамма. Fe2+ входит в состав магнетита, который хорошо растворяется вытяжкой Тамма, но в меньшей степени – вытяжкой Мера-Джексона (Водяницкий и др., 2009). Таким образом, однородное и равномерное распределение валового железа в почвах комплекса и большие локальные вариации его форм, извлекаемых различными вытяжками, свидетельствуют о глубокой трансформации соединений железа и его слабой миграции по профилю в латеральном и радиальном направлениях.
В почвах слитоземного комплекса Техаса валовое содержание железа несколько ниже: слабо различаясь между элементами комплекса, меняется в диапазоне 2.22.6% (рис. 14А). 20 Fe, % от - микроповышение -О микросклон микропонижение
Распределение содержания соединений железа в Техасском слитоземном комплексе: А валовое железо, Б дитионит-растворимое железо, В оксалат-растворимое железо (Ковда и др., 2003).
В отличие от Ставропольского слитоземного комплекса доли соединений железа, переходящие в вытяжки, находятся в обычно наблюдаемых пределах. Содержание железа, экстрагируемого дитионит-цитрат-бикарбонатной (Feдит) и оксалатной (Feокс) вытяжками, имеет противоположный характер распределения по профилю. Содержания дитионит-растворимых форм соединений железа в почве на микроповышении находится в пределах 11.6727.5%, а оксалат-растворимых – 3.335.36%. Распределение Feокс по профилю, в целом, равномерное (рис. 14В), а Feдит существенно возрастает на глубине ниже 100 см, достигая максимального значения 30.42 % (рис. 14Б).
В почве на микросклоне распределение Feокс имеет выраженную аккумулятивную форму (во всей толще диапазон значений составляет 3.585.58% за исключением слоя 1040 см, где отмечается 14.33%). Распределение Feдит относительно равномерно в пределах профиля 10.4214.58%. В почве на микропонижении характер профильного распределения Feокс и Feдит однотипен и весьма однороден: узкий диапазон значений для Feокс 4.226.54% и для Feдит 7.692.69%.
В целом, содержание дитионит-растворимых форм железа практически не меняется в латеральном направлении, а содержание оксалат-растворимых форм несколько увеличивается в верхних горизонтах почв микрозападины и и микросклона, что наблюдалось, но в большей степени, в первом почвенном комплексе.
Таким образом, субтропические почвы отличаются бльшей долей силикатного железа и меньшей – легко извлекаемого оксалат-растворимого. Также отчетливо видно, что трансформационные изменения химических форм Fe в субтропических почвах выражены не столь ярко, как в предыдущих почвах умеренного климата.
Оценка валентного состояния железа в кристаллической решетке глинистых минералах почв представлена в таблице 5. Прослеживается четкая дифференциация между элементами комплекса в соответствии с долей содержания Fe2+ в кристаллической решетке глинистых минералов. Наибольшая его доля отмечается в почве на микроповышении слитоземного комплекса умеренного климата – 1316 % от общего содержания в решетке глинистых минералов. В почве на микросклоне эти величины колеблются в пределах 11.011.4% с некоторым увеличением до 14.7% в горизонте 70105 см. И, наконец, минимальное содержание Fe2+ в составе филлосиликатов обнаружено в почве на микрозападине (1012 %), а его распределение по профилю можно считать равномерным.
Водоудерживающая способность
Для сравнения реологического поведения была определена величина деформации (, %), которая соответствует равенству модулей (G =G"). Максимальные значения деформаций, соответствующие пересечению модулей упругости и вязкости (G =G") приходятся на верхние горизонты: =8.43% для образцов почвы на микросклоне Техасского слитоземного комплекса (микропонижение 6.21%, микроповышение 4.48%) и =6.21% для образцов почвы на микропонижении Ставропольского слитоземного комплекса (микроповышение 5.19%, микросклон 4.17%).
Органическое вещество является одним из важнейших структурообразующих компонентов наравне с другими "клеящими веществами" такими как ил, катионы Са2+, Al3+, Fe2+ и др. (Шеин, Милановский, 2014). Оно оказывает сдерживающее влияние на деформацию почвенного материала, в частности, на разрушение структурных связей между элементарными почвенными частицами. Поэтому для почвенного материала верхних гумусовых горизонтов отмечаются наиболее устойчивые структурные связи между ЭПЧ.
На средних глубинах по реологическим критериям почвы более заметно дифференцированы. Модуль упругости в начальный момент деформации (при =0.001%) имеет более высокие значения для образцов субтропического слитоземного комплекса (492 кПа, 374 кПа и 328 кПа) в отличие от слитоземного комплекса умеренного климата (479 кПа, 161 кПа и 279 кПа). Мы предполагаем, что данная особенность может быть связана с выявленной разной величиной заряда минералов группы смектита. Как отмечалось, тест Уивера помог выявить высокозарядные смектиты в комплексе умеренного пояса (более выраженная трансформация минералов), а в субтропическом низкозарядные (менее выраженная трансформация). Таким образом, почвенный материал средней части толщи Ставропольского почвенного комплекса более "лабильный", т.е. более податлив к изменениям внешних нагрузок, скорее всего, вследствие повышенной активности кристаллической решетки преобладающей группы минералов в илистой фракции смектитов. Также отмечается варьирование показателей деформации () при равенстве модулей упругости и вязкости (G =G"): слитоземный комплекс умеренного климата характеризуется однородными значениями (в пределах 5.105.56 %) для всех образцов, а для комплекса субтропического климата выявлены различия между элементами микрорельефа (4.17 % для микроповышения, 5.94 % для микросклона и 5.29% для микропонижения).
В целом, для образцов почвообразующих пород все анализируемые реологические показатели идентичны: диапазон упругого состояния () составляет 0.0161%, начальные значения модуля упругости (при =0,001%) для Ставропольского и Техасского слитоземных комплексов равны 312 кПа и 298 кПа, соответственно. Различие отмечается лишь для деформации при равенстве модулей (G =G") 4.56 % и 5.97 %, соответственно. Таким образом, в почвообразующей породе субтропического слитоземного комплекса структурные связи между частицами прочнее, чем в комплексе умеренного пояса. И, соответственно, подвижки почвенного материала должны происходить при бльших нагрузках.
Водоудерживающая способность почвенного материала представлена в виде ОГХ зависимости pF от объемной влажности. Для разных почв и горизонтов Ставропольского слитоземного комплекса кривые водоудерживания в области пленочной и сорбционной влаги различаются весьма слабо (рис. 22). Существенные различия водоудерживания наблюдаются при более низких значениях всасывающего давления в области насыщения и капиллярной влаги. Микроповышение ОГХ профилей Ставропольского слитоземного комплекса: А область насыщения, Б капиллярная область, В пленочно-капиллярная область, Г сорбционная область. Для почвы Ставропольского слитоземного комплекса на микроповышении в области низких значений матричного давления (pF 3) наблюдается некоторое отличие только в верхнем горизонте. Нижележащие слои имеют несущественные различия при всем диапазоне всасывающих давлений и максимальное содержание влаги доходит до 50%, а в верхнем горизонте около 42%. В профиле микросклона похожая ситуация. Кривые водоудерживания для верхнего и нижнего горизонтов практически идентичны. Содержание влаги для среднего горизонта достигает 55% при наименьшем значении всасывающего давления, что почти на 10% превышает соответствующие значения двух других горизонтов.
Для профиля микропонижения наблюдаются отчетливые колебания значений объемной влажности для различных горизонтов. При pF 3 (матричное давление больше 100 кПа) заметных различий не отмечается. Однако, с уменьшением данного значения происходит дифференциация показателей содержания влаги. Наибольшее водоудерживание нижнего горизонта превышает 55%, а верхнего – не достигает и 40% (два средних горизонта имеют промежуточные значения). Таким образом, оказалось, что в области небольшого всасывающего давления (pF 3) наибольшее водоудерживание характерно для наиболее глинистых почвообразующих пород, а наименьшее водоудерживание отмечается для верхних почвенных горизонтов. Как правило, бывает наоборот: крупные капилляры преобладают в верхних горизонтах, а тонкие в почвообразующей породе.