Влияние гранулометрического состава и влажности на реологические свойства почв средней тайги (Республика Коми)
Реология как наука о течении и деформации материальных тел, о качестве структурных связей и об их прочности, позволяет изучить реакцию системы на механическое воздействие. Большая часть современных реологических исследований в настоящее время направлена на изучение влияния сельскохозяйственного управления на микромеханическую устойчивость почвы. Исследования изменений деформационных свойств почв, подверженных сплошным рубкам, единичны или отсутствуют. Нами были проведены исследования реологических параметров подзолов и подзолистых почв, формирующихся под наиболее часто подверженными сплошным рубкам лесами средней тайги. Объекты исследования располагались на территории Республики Коми: Печоро-Илычский заповедник, окрестности г. Сыктывкар и с. Усть-Цильма. Было исследовано две подзолистых почвы и два подзола иллювиально-железистых (один с обильным количеством мелких углей). Почвенные образцы отбирались из верхних минеральных горизонтов. Морфологическое описание и определение почв проведено согласно Классификации и диагностике почв России 2004 года. Химический анализ был выполнен в экоаналитической лаборатории и отделе почвоведения ИБ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН. Гранулометрический состав определен на лазерном дифракционном анализаторе размера частиц Bettersize 2600 (Китай).
Реологические свойства были исследованы методом амплитудной развертки на реометре MCR-302 с помощью программного обеспечения RHEOPLUS/32 V3.60 на кафедре физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова. Определялись такие реологические параметры, как диапазон устойчивости структуры, точка разрушения структуры и максимальное сопротивление сдвигу. Для характеристики каждого параметра приведены значения напряжения и модуля упругости. Измерение проводилось при двух влажностях: после предварительного капиллярного насыщения в течение суток и после отведения некоторого количества подвижной влаги фильтровальной бумагой, сложенной вдвое, в течение получаса. Каждый образец разной стадии насыщения влагой был исследован в трех повторностях. В результате проведенной работы выявлено значительное влияние гранулометрического состава и уровня влажности на прочность структурных связей. Суглинки отличаются более стабильной структурой. При этом во влажном состоянии ее разрушение происходит значительно позже, чем в сухом. В песках наоборот, более быстрое разрушение структуры характерно для капиллярно-насыщенных влагой образцов. В сухом состоянии пески имеют жесткие и хрупкие связи, когда в суглинках они более упругие и прочные. Пирогенный материал в подзолистом горизонте почвы песчаного гранулометрического состава существенно модифицирует его свойства, как реологические, так и в целом физические. Во-первых, характер уменьшения влажности после отвода влаги с помощью фильтровальной бумаги гораздо ближе к закономерностям суглинков, чем песков. Во-вторых, значительно увеличивается диапазон устойчивости структуры в капиллярно-насыщенном состоянии, а сама структура становится более упругой. Более того, разрушение структуры происходит значительно позже.
Таким образом, гранулометрический состав и влажность играют ключевую роль в определении степени уязвимости структуры лесных почв по отношению к значительным механическим воздействиям.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-74-10007, https://rscf.ru/project/23-74-10007/.