Physico-mechanical properties of automorphic taiga soils of the Komi Republic (according to rheological studies)
We carried out rheological studies of automorphic taiga soils formed at silty-loamy rocks in spruce forests to assess their structural-mechanical features determining soil resistance to the mechanical impact. Soil pits were made at five model sites located in taiga and forest-tundra zones (Table 1 and Fig. 1). Rheological measurements were performed using a module rheometer MCR 302 "Anton Paar" (Austria) by the method of amplitude sweep (oscillating method) using measurement systems plate-by-plate. Rheological properties were assessed according to the following parameters (Fig. 2): the modulus of elasticity (G'), the elastic deformation range -LVE-range (Linear viscoelastic), the modulus of viscosity (G''), and plastic deformation range - CROSSOVER (Flow point) measured using the point of modules crossover (G'=G''). We also investigated the main physico-chemical properties of soils: рН, content of organic carbon, exchangeable bases, oxalate-and dinitro-soluble forms of ferrum, and granulometric composition. Temperature regime of soils was studied using loggers "HOBO-U12" (USA) set at the depth of 0-20-50-100 cm. The clearest rheological features of taiga soils due to their hydrological and climate environment were observed in the upper mineral horizons. In the lower part of the soil profile, rheological parameters determined by physico-chemical and lithological soil properties were clearer. The most stable interparticle contacts with G' over 1.00 106 Ра were noticed in the horizons with a high content of labile humic substances of fulvic origin and organic-mineral alphehumic compounds (Table 3 and 4). At site CS-I with soil Folic Albic Retisol, this was humus accumulative horizon AY. In the podzolic soil with podzol microprofile texture-differentiated soil of the middle taiga (site CS-II Folic Albic Retisol), it was illuvial horizon of podzol microprofile EL[hf]. In illuvial ferrous svetlozems (Folic Albic Stagnosols) of the northern (CS-III), far northern taiga (CS-IV) and forest-tundra (CS-V), these were horizons of podzol microprofile (Eg-BHF-BF). An increased stability of the structure was due to the cementation of soil particles as a result of alphehumic compounds intake with the following formation of strong interparticle contacts. Another reason was the seasonal freezing. The impact of freezing on rheological properties of soils was the clearest in svetlozems (Folic Albic Stagnosols). An increased stability of interparticle contacts was found in the area of zero veil (0±0.1°С) at the depth of 3050 cm due to condensation sealing of the particles caused by freezing. Moving to the north (from southern taiga to forest tundra), the stability of soil microstructure against mechanical damages decreased due to the formation of strong but fragile interparticle contacts. The mean value of the modulus of elasticity (G') increased from 7.95 105 Ра (southern taiga, soil L-2) to 1.69 106 Ра (forest tundra, soil Р-4-1). LVE-range values decreased when moving to the north (less than 0.00328%). Plastic deformation range CROSSOVER was less than 3.48%, which indicated an increased fragility of strong interparticle contacts. These strong but fragile contacts have low structural stability and demonstrate rapid destruction and slow recovering under extreme mechanical influences.
Keywords
Folic Albic Stagnosols,
Folic Albic Retisol,
podzolic texture-differentiated soils,
ferrous-illuvial svetlozems,
cryometamophic soils,
structurization,
rheology,
Folic Albic Stagnosols,
Folic Albic Retisol,
подзолистые текстурно-дифференцированные почвы,
светлоземы иллювиально-железистые,
структурообразование,
реологияAuthors
Kholopov Yuriy V. | Institute of Biology, Komi Scientific Centre, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences | Yuraholopov@yandex.ru |
Khaydapova Dolgor D. | Moscow State University | dkhaydapova@yandex.ru |
Lapteva Elena M. | Institute of Biology, Komi Scientific Centre, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences | lapteva@ib.komisc.ru |
Всего: 3
References
Тюлин А.Ф. Органоминеральные коллоиды в почве, их генезис и значение для корневого питания высших растений. М. : Изд-во АН СССР, 1958. 52 с.
Антипов-Каратаев И.Н. Вопросы физикохимии почв и методы исследования. М. : Изд-во АН СССР, 1959. 157 с.
Зайдельман Ф.Р. Генезис и экологические основы мелиорации почв и ландшафтов : учебник. М. : КДУ, 2009. 448 с.
Кононова М.М. Органическое вещество почвы. Его природа, свойства и методы изучения. М. : Изд-во АН СССР, 1963. 314 с.
Абрукова Л.П. Кинетика процессов тиксотропного структурообразования в почвенных суспензиях // Почвоведение. 1970. № 3. С. 104-114.
Азовцева Н.А., Лазарева Е.В., Парфенова А.М., Хайдапова Д.Д., Клюева В.В. Влияние органических веществ на реологическое поведение почв и модельных почвенных систем при различных режимах увлажнения // Современные проблемы изучения почвенных и земельных ресурсов. М. : Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева, 2017. С. 66-67.
Мокиев В.В. Промерзание почв как результативный признак метеорологических показателей холодного периода года (на примере промерзания освоенной и целинной суглинистых почв среднетаежной подзоны Республики Коми) // Вестник Института биологии. 2009. № 5. С. 16-19.
Вялов С.С. Реологические основы механики грунтов: учебное пособие для строительных вузов. М. : Высшая школа, 1978. 447 с.
Соколова Т.А., Шоба С.А., Бганцов В.Н., Чернова Г.Н. Преобразования минеральной массы в подзолистых почвах на озерно-ледниковых глинах // Почвоведение. 1983. № 1. С. 101-112.
Каверин Д.А., Пастухов А.В., Жангуров Е.В. Особенности температурного режима светлоземов северотаежных ландшафтов (европейский Северо-Восток России) // Известия Коми научного центра УрО РАН. 2016. № 1 (25). С. 23-29.
Дымов А.А., Старцев В.В. Изменение температурного режима подзолистых почв в процессе естественного лесовозобновления после сплошнолесосечных рубок // Почвоведение. 2016. № 5. С. 599-608. doi: 10.7868/S0032180X16050038
Абрукова В.В., Манучаров А.С. Реологическая характеристика тундровой поверхностно-глеевой почвы // Почвоведение. 1986. № 9. С. 44-52.
IPCC, 2014: Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovermental Panel on Climate Change [Core Writing Team, R.K. Pachauri and L.A. Meyer (ads.). IPCC, Geneva, Switzerland. 151 p.
Вершинин П.В. Почвенная структура и условия ее формирования. М. : Изд-во Академии наук СССР, 1958. 187 с.
Жангуров Е.В., Лебедева (Верба) М.П., Забоева И.В. Микростроение генетических горизонтов автоморфных таежных почв Тимана // Почвоведение. 2011. № 3. С. 288299. doi: 10.1134/S1064229311030203
Русанова Г.В., Лаптева Е.М., Пастухов А.В., Каверин Д.А. Современные процессы и унаследованные педогенные признаки в почвах на покровных суглинках южной тундры // Криосфера земли. 2010. Т. XIV, № 3. С. 52-60.
Лепорский О.Р., Седов С.Н., Шоба С.А., Бганцов В.Н. Роль промораживания в разрушении первичных минералов подзолистых почв // Почвоведение. 1990. № 6. С. 112-116.
Конищев В.Н., Рогов В.В. Влияние криогенеза на глинистые минералы // Криосфера Земли. 2008. Т. XII, № 1. С. 51-58.
Пастухов А.В. Микроморфологическое строение мерзлотных и длительно сезонно-промерзающих суглинистых почв Европейского Северо-Востока // Известия Коми научного центра УрО РАН. 2012. Вып. 4(12). С. 30-39.
Манучаров А.С., Абрукова В.В., Черноморченко Н.И. Методы и основы реологии в почвоведении. М. : Изд-во МГУ, 1990. 97 с.
Русанова Г.В., Денева С.В., Шахтарова О.В. Особенности генезиса автоморфных почв северной лесотундры (юго-восток Большеземельской тундры) // Почвоведение. 2015. № 2. С. 145-155. doi: 10.7868/S0032180X15020100
Горбунов Н.И., Абрукова Л.П. Реологические свойства и минералогический состав слитых почв // Почвоведение. 1974. № 8. С. 74-85.
Теория и практика химического анализа почв / под ред. Л.А. Воробьевой. М. : ГЕОС, 2006. 400 с.
Фукс Г.И., Абрукова Л.П., Бурибаев Я.Б. Влияние поглощенных оснований на реологические свойства почвообразующих глин // Почвоведение. 1973. № 10. С. 70-90.
IUSS Working Group WRB. 2015. World Reference Base for Soil Resources 2014, update 2015. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports No. 106. FAO, Rome.
Атлас Республики Коми по климату и гидрологии / под ред. А.И. Таскаева. М. : ДиК; Дрофа, 1997. 116 с.
СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная версия СНиП 23-01-99. М., 2012. 109 с.
Pertile P., Reichert J.M., Gubiani P.I., Holthusen D., Costa A. Rheological parameters as affected by water tension in subtropical soils // Revista Brasileira de Ciencia do Solo. 2016. Vol. 40(0). doi: 10.1590/18069657rbcs20150286
Stoppe N., Horn R. Microstructural strength of tidal soils - a rheometric approach to develop pedotransfer functions // J. Hydrol. Hydromech. 2018. Vol. 66. PP. 87-96. doi: 10.1515/johh-2017-0031
Хайдапова Д.Д., Честнова В.В., Шеин Е.В., Милановский Е.Ю. Реологические свойства черноземов типичных (Курская область) при различном землепользовании // Почвоведение. 2016. № 8. С. 955-963. doi: 10.7868/S0032180X16080049
Болотов А.Г. Методика измерения реологических свойств почвы с помощью реометра // Дальневосточный аграрный вестник. 2015. № 3. С. 13-17.
Шеин Е.В., Болотов А.Г., Хайдапова Д.Д., Милановский Е.Ю., Тюгай З.Н., Початкова Т.Н. Реологические свойства черноземов Алтайского Приобья // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2014. № 8. С. 32-38.
Mezger T.G. The Rheology Handbook / 3-rd Revised Edition. Hanover, Germany, 2011. РР. 436.
Хайдапова Д.Д., Холопов Ю.В., Забоева И.В, Лаптева Е.М. Реологические особенности коагуляционной структуры северотаежных торфянисто-подзолисто-глееватых почв Европейского Северо-Востока // Вестник Московского университета. Сер. 17. Почвоведение. 2014. №1. С. 20-25.
Markgraf W., Horn R., Peth S. An approach to rheometry in soil mechanics: Structural changes in bentonite, clayey and silty soils // Soil Tillage Res. 2006. Vol. 91. PP. 1-14.
Полевой определитель почв России. М. : Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева, 2008. 182 с.
Классификация и диагностика почв России / под ред. Л.Л. Шишова, В.Д. Тонконогова, И.И. Лебедевой, М.И. Герасимовой. Смоленск : Ойкумена, 2004. 342 с.
Пастухов А.В. О генезисе и классификационном положении автоморфных почв на покровных суглинках в микроэкотоне тундра-лесотундра // Вестник Санкт-Петербургского университета. 2008. Сер. 3. Вып. 3. С. 117-126.
Тонконогов В.Д. Автоморфное почвообразование в тундровой и таежной зонах Восточно-Европейской и Западно-Сибирской равнин. М. : Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева, 2010. 304 с.
Канев В.В. Параметры оглеения и подзолообразования в почвах на покровных суглинках северо-востока Русской равнины. Екатеринбург : УрО РАН, 2001. 221 с.
Классификация и диагностика почв СССР / сост.: В.В. Егоров, В.М. Фридланд, Е.Н. Иванова, Н.И. Розов, В.А. Носин, Т.А. Фриев. М. : Колос, 1977. 224 с.
Орлов Д.С. Гумусовые кислоты и общая теория гумусообразования. М. : Изд-во МГУ, 1990. 325 с.
Структурно-функциональная организация почв и почвенного покрова европейского Северо-Востока. СПб. : Наука, 2001. 224 с.
Забоева И.В. Почвы и земельные ресурсы Коми АССР. Сыктывкар, 1975. 343 с.
Шамрикова Е.В., Груздев И.В., Пунегов В.В., Хабибуллина Ф.М., Кубик О.С. Водорастворимые низкомолекулярные органические кислоты в автоморфных суглинистых почвах тундры и тайги // Почвоведение. 2013. № 6. С. 691-697. doi: 10.7868/S0032180X13060099
Атлас почв Республики Коми / под ред. Г.В. Добровольского, А.И. Таскаева, И.В. Забоевой. Сыктывкар : ООО «Коми республиканская типография», 2010. 356 с.