Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

Вертикальная трещинная сеть (ВТС) принимает активное участие при формировании морфологического строения почвы, что делает её полноправным участником почвообразовательного процесса. ВТС разделяет почвенное тело на части – отдельности, которые индивидуальны по строению и свойствам. Структурная организация элементарного почвенного ареала может быть определена, как совокупность элементарных отдельностей (ячеек ВТС), которые могут быть тиражированы симметричным отображением.

Трещинная сеть почв вызывает интерес, благодаря идеям М.А. Глазовской [2]. По её мнению часть СО2 атмосферы выводится из круговорота в виде гумусовых веществ, мигрирующих по вертикальным трещинам вниз в подпочву, где происходит фоссилизация органики на длительное время в интервале глубин 1-2 м. Трещины представляются, как артерии, способствующие более быстрому транзиту вещества, как в радиальном внутри почвы, так и вертикальном направлениях из почвы в подпочву.

Целью работы является пространственная характеристика вертикальной трещинной сети, влажности и объемной массы материала трещин дерново-подзолистых почв в зависимости от экологической ситуации.

Исходя из ранее проведенных исследований [5, 6, 8], ожидается, что на достаточно ровном участке будет выявлено различие характеристик трещинной сети, влияние ВТС на гидрологию элювиального слоя в различных экологических условиях границы леса и просеки линии электропередачи. Предполагается, что токи утечки воздушной линии электропередачи сверхвысокого напряжения (ВЛ СВН) вызовут существенное снижение влажности почв за счет дополнительного нагрева и испарения особенно в трещинном материале, что должно выявится даже на небольшой по объему выборке.

Материалы и методы исследования

Исследования проведены на просеке ВЛ СВН 500 кВ, направленной с востока на запад. Возраст ВЛ СВН на момент проведения исследования 13 лет [4]. Земля под ВЛ СВН находится в санитарной зоне отчуждения шириной 60 м, но используется фермерами для проезда, выпаса домашней скотины и сенокошения. В одном створе проложены две ВЛ СВН: северная – в 1967 г., а южная – в 1986 г.

Место исследования географически располагается на склоне Арчекасского кряжа восточной экспозиции. По данным геологов территория тектонически активна и воздымается, о чем свидетельствует спрямленное русло р. Алчедат и его врезка в дно долины на глубину до 3,5 м. Река Алчедат горного типа с перекатами и плесами.

Район исследований относят к Мариинско-Ачинскому почвенному округу расчлененной лесостепи предгорий Кузнецкого Алатау. Административная принадлежность – Ижморский район Кемеровской области, Воскресенское поселение, п. Ломачевка.

На просеке сверху вниз по макросклону кряжа наблюдаются черноземно-луговые, серые лесные, дерново-подзолистые почвы, в нижней части – слаборазвитые дерновые и, затем, аллювиальные дерновые почвы. Изученные дерново-подзолистые почвы азональны, и в виде полосы располагаются на пологой средней части склона Арчекасского кряжа [6, 9]. Зональные почвы находятся в плакорном положении – это темно-серые и лугово-черноземные. Морфология этих почв, химические и физические свойства достаточно подробно изучены [3, 5].

Объектом исследования является трещинная сеть элювиального горизонта (El). В нем отчетливо проявляется рисунок ВТС в виде серых или белесых секущих горизонт вертикальных плоскостей. Вертикальная трещинная сеть название достаточно условное, так как в открытом виде их можно наблюдать только в очень сухой сезон на хорошо прогреваемых участках (вне леса). ВТС заполнена трещинным материалом (ТМ), имеющем состав, структуру и строение отличное от того, что наблюдается вне трещины. Эти морфологические различия проявляется по цвету, структуре, плотности, иногда влажности. По структуре минеральный материал трещин более пористый и отлагается на стенках в виде вертикальных плоских и тонких слоев (менее 1 мм). Трещинная сеть разделяется на ячейки – отдельности трещинной сети (ОТС).

Морфометрическая обработка горизонтальных срезов дерново-подзолистых почв впервые проведены В.И. Бондарь, М.Н. Строгонова [1] в Малиниском лесничестве Центрального лесного заповедника. Авторы с удивлением констатировали, что почвенные горизонты не горизонтальны, а имеют сложную форму. На основе горизонтальных срезов показано, что морфы верхних горизонтов проникают глубоко вниз, морфы нижних можно обнаружить уже на глубине 10-15 см.

Кроме того, границы горизонтов имеют наклон по отношению к поверхности почвы. Для выяснения этих обстоятельств использован метод последовательных вертикальных срезов с шагом 5 см [7]. Показано, что языки почвенных горизонтов по положению привязаны к трещинам элювиального горизонта, поэтому формы границ соседних горизонтов высокой долей вероятности коррелируют.

Для изучения влияния экологической обстановки на размеры ВТС заложена трансекта длиной 29 м, которая начинается вблизи ствола сосны, пересекает её подкроновое пространство. Сосна выбрана диаметром 80 см с проекцией кроны 5 м. Далее, располагается молодой осиновый лес (6 м), экотон (8 м), след парцеллы сосны (5 м) и центральную часть просеки (5 м). Трансекта захватывает лес, пересекает северную часть просеки в направлении крайнего провода ВЛ СВН, где она и заканчивается.

В элювиальном слое, где ВТС наиболее ярко выражена, закладывается горизонтальный срез шириной 50 см. ВТС зарисовывается пантографом. В эксперименте В.И. Бондарь, М.Н. Строгоновой [1] ширина среза равнялась 1 м, но при ширине больше 50 см начинает сказываться наклон слоев почвы, что приводит к появлению на горизонтальном срезе EL фрагментов горизонтов ЕВТ и ВТ, или AY. Широкий срез может по краям уйти в нижележащие или выше лежащие слои, а методически предпочтительно отбирать пробы внутри одного горизонта, поэтому ширина сокращена вдвое (50 см). Горизонтальный срез проводится лопатой со стороны предварительно выкопанной траншеи. Горизонтальность поверхности проверяется уровнем, неровности зачищаются ножом.

На каждом метре трансекты отбираются 3 пробы в области трещин и 3 пробы в центре отдельности. Результаты усредняются. При отборе в центре отдельности выбираются места, где нет крупных червоточин. Отбор трещинного материала проводится на стыках 2-3 трещин. Пробы ненарушенного сложения отбираются кольцом диаметром 4 см и высота 4 см. Материал переносится в алюминиевые бюксы с последующим высушиванием при 110 °С и определением объемной массы (г/см3) и весовой влажности ( %). Отбор проводится в период с середины по конец июля.

Мощность El замеряется в 4 точках (0, 25 см, 50 см, 75 см) на каждом метре, значения усредняется на метр длины. Трещинная сеть зарисовывается пантографом. Площадь отдельностей определяется методом палетки на рисунках.

Переменные электромагнитные поля (Пе ЭМП) оказывают влияние на некоторые экологические характеристики [10], поэтому проведен сравнительный анализ влияние этого фактора на содержание влаги в почве в условиях просеки ВЛ СВН.

Варьирование показателей изменяется независимо от экологических факторов, что позволяет использовать однофакторную дисперсионную модель ANOVO.

Результаты исследования и их обсуждение

Эксперимент Бондарь В.И., Строгоновой М.Н. [1] был повторно проведен на дерново-подзолистых почвах в районе пос. Ломачевка. Общий характер и основные закономерности, установленные ими, подтверждаются. Вдоль трещин верхние горизонты способны проникать глубоко вниз, а центральные части отдельностей подниматься вверх. Каждая отдельность, высекаемая трещинами, различается по мощности горизонтов, что делает неоднородным горизонтальный срез. Каждая отдельность имеет свое морфологическое строение, отличное от окружающих. Вдоль трещин в иллювиальные горизонты проникают корни растений.

Дальнейшие исследования были направлены на выявление пространственной неоднородности почв, обусловленные ВТС. Дисперсионный анализ связывает площадь сечения отдельности (ОТС), мощность горизонта El, по которому проводился горизонтальный срез от фактора экологической ситуации (табл. 1).

Произведение площади сечения на мощность характеризует объем ОТС горизонта El. Площадь сечения ОТС увеличивается от приствольного участка сосны в направление к молодому осиновому лесу. Здесь наблюдается максимальная площадь сечения ОТС (более 500 см2). Далее, на экотоне площадь сечения ОТС достигает среднего значения (326 см2) и снижается в направлении следа произрастания сосны на просеке, достигая минимальных отметок (около 200 см2). В дальнейшем наблюдается увеличение площади сечения ОТС на просеке. Маргинальные средние значения укладываются в пределах от 291 см2 до 594 см2. Отмечается реакция снижения размеров ОТС в пределах проекции корны сосны и аналогичное снижение площади отмечается в следе парцеллы сосны на просеке. Пень сосны раскорчеван, но остатки древесины и кора присутствуют, что позволяет след идентифицировать. Уменьшение площади отдельностей вполне закономерно, так как ствол, раскачиваясь, оказывает переменное давление на почву, кроме того, в процессе роста комля и приствольных корней почва раздвигается, что может приводить к дроблению ОТС.

На данный момент неясно, почему экотон между лесом и просекой имеет низкие значения площади сечения ОТС. Возможны три причины: 1) перестройка гидротермического режима от лесного типа к луговому, 2) след парцеллы сосны, которую при проведении исследования не заметили, 3) активный рост корней древесной растительности по границе леса, оказывающий давление на почву в краевой зоне в направлении просеки.

Отмечено увеличение мощности горизонта El от приствольного участка сосны в направлении просеки. При значении средней мощности El 5,6 см на экотоне (опушке) с вероятностью 0,4 наблюдается её возрастание от значений близких 5,6 см до значений более 7,6 см мощности, характерных для просеки. Существует мнение, что под кроной сосны увеличивается мощность элювиального горизонта. В большинстве случаев это увеличение связывают с выделением кислот из опада хвои и усилением подзолообразования. Следует иметь в виду, что средние и крупные корни проникают в подзолистый горизонт. Корни растут и вытесняют материал этого горизонта, а он должен где-то концентрироваться. В пределах парцеллы сосны развитие корней вызывает вытеснение минеральной массы поверхностных слоев почвы с образованием бугров. В случае гибели дерева, разложившиеся корни замещаются материалом подзолистого горизонта, формируя места с очень большой мощностью El, что наблюдалось в следе парцеллы сосны на просеке. В области лесной парцеллы или следа парцеллы на просеке возрастает среднеквадратичное отклонение, что указывает увеличение неоднородности мощности El.

Таблица 1

Результаты дисперсионного анализа площади сечения ОТС (см²), мощности элювиального горизонта El (см) в зависимости от экологической ситуации: 1 – парцелла сосны, 2 – молодая поросль на границе леса, 3 – экотон между лесом и просекой, 4 – след парцеллы с остатками пня сосны на просеке, 5 – зона вблизи крайнего провода ВЛ СВН

Достоверных различий по размерам площади ОТС в зоне действия Пе ЭМП ВЛ СВН не отмечено. В зоне действия ВЛ СВН достоверно больше мощность элювиального горизонта, но эта особенность вызвана тем, что в зоне воздействия Пе ЭМП располагается след произрастания сосны, что предопределяет результат.

Отмечаются достоверные различия по объемной массе между трещинным материалом и центральной частью отдельности элювиального горизонта, достигающие в среднем 0,3 г/см³ (табл. 2).

Гранулометрический состав примерно одинаков, то трещина имеет большую пористость, чем отдельность. Исходя из того, что для корней растений предпочтительней плотность почвы менее 1 г/см³, область трещин всегда будет более благоприятна для развития корней по сравнению с ОТС, особенно в области элювиального горизонта, который более беден элементами питания растений по сравнению с другими элювиальными горизонтами. Можно предположить, что, чем больше будет разница по плотности между трещиной и центром отдельности, тем уже по ширине будет язык гумусового горизонта.

Среднее значение содержания влаги в материале ВТС на момент отбора проб почти на всех участках выше по сравнению с ОТС элювиального горизонта (рис. 1, табл. 1). Разница средних значений (ВТС – 14,9 %, ОТС – 12,5 %) достоверна по критерию Стьюдента при p < 0.05. По-видимому, трещины связаны с глубинным хранилищем влаги в подпочве, откуда она поступает снизу вверх в область языков гумусового горизонта, где возможно конденсируется в ночное время. Отмечается положительная корреляция Спирмена (r = 0,71 при p < 0.05) между влагой ВТС и влагой ОТС. Этот факт указывает на то, что в период почвенной засухи по содержанию влага ВТС и ОТС уравновешены, и в среднем трещина на 2,5 % (при p < 0.05) более влажная, чем центр отдельности. Так как движение влаги происходит от влажного к сухому, то можно предположить, что влага поступает в горизонт El из подпочвы по трещине, а потом, поступает радиально в отдельность.

Таблица 2

Средняя объемная масса (г/см³), доверительный интервал (г/см3), разница средних (г/см³) количество измерений (N) ВТС (P-rt) и ОТС (P-part) в зависимости от экологической ситуации (условные обозначения 1-5 см. табл. 1)