Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Структура почвы, её значение для плодородия почв и основные свойства 9
1.1. Водоустойчивость структуры. Возможности количественной оценки водоустойчивости почвенных агрегатов 10
1.2. Механическая устойчивость структуры почв. Количественная оценка механической устойчивости агрегатов 19
1.3. Структура почвы и органическое вещество почв 24
1.4. Гидрофобные и гидрофильные компоненты органического вещества почв. Влияние на формирование водоустойчивой структуры почв 25
Глава 2. Объекты и методы исследования 30
2.1. Объекты исследования 30
2.2. Методы исследования 39
Глава 3. Результаты и обсуждение
3.1. Механическая устойчивость агрегатов черноземов обыкновенных при различном использовании (Оренбургская обл.) 46
3.2. Механическая устойчивость агрегатов серых лесных почв при различном использовании (Владимирская обл.) 53
3.3. Водоустойчивость агрегатов черноземов обыкновенных при различном использовании (Оренбургская обл.) 56
3.4. Водоустойчивость агрегатов серых лесных почв при различном использовании (Владимирская обл.) 60
3.5. Оценка содержания гидрофильных и гидрофобных компонентов органического вещества в черноземах и серых лесных почвах 62
3.6. Оценка взаимосвязи водоустойчивости и устойчивости к механическим воздействиям агрегатов черноземов обыкновенных и серых лесных почв 69
Выводы 72
Список литературы .74
- Механическая устойчивость структуры почв. Количественная оценка механической устойчивости агрегатов
- Гидрофобные и гидрофильные компоненты органического вещества почв. Влияние на формирование водоустойчивой структуры почв
- Методы исследования
- Водоустойчивость агрегатов серых лесных почв при различном использовании (Владимирская обл.)
Введение к работе
Актуальность проблем. Изучение процессов физической деградации почв (уплотнение почв, потеря водоустойчивости, увеличение глыбистости и пр.) является актуальной научной проблемой агрофизики. Под деградацией физического состояния почв понимается устойчивое изменение их физических свойств, приводящее к ухудшению водного, воздушного, питательного и других режимов. Учитывая, что большинство физических свойств почв не является независимыми величинами, а представляют собой зависимости свойств (например, влажности от давления влаги, сопротивления пенетрации от влажности и пр.) или некоторые распределения (распределения пор по размерам, массы элементарных частиц по диаметрам и пр.), количественно анализировать и сравнивать такого рода зависимости (распределения) затруднительно, в особенности, если экспериментальная процедура их определения приводит к варьированию (разбросу) значений. Для такого рода оценки и сравнения в последнее время начали широко использоваться параметры аппроксимации экспериментальных зависимостей (Пачепский, 1992; Полуэктов и др., 2006; Шеин и др., 2007). Однако, применения такого рода подхода, границы его использования, научно-обоснованное использование параметров аппроксимации представляет собой актуальную научную проблему.
Целью диссертационной работы является количественное описание процессов водоустойчивости и устойчивости почвенных агрегатов к механическим воздействиям.
Задачи исследования:
-
Определение механической устойчивости почвенных агрегатов различного размера (3-5 и 5-7 мм) методом конуса Ребиндера во всем диапазоне влажности почв. На основании проведенных экспериментов обосновать зависимости механической устойчивости от влажности почвы.
-
Исследование водоустойчивости почвенных агрегатов 3-5 и 5-7 мм по методу Андрианова на основе кривой распада агрегатов во времени.
Обоснование математической модели зависимости водоустойчивости агрегатов от времени.
-
Сравнительная оценка водо- и механической устойчивости агрегатов различных почвенных объектов с помощью параметров предложенных математических моделей.
-
Исследование содержания органического вещества и соотношение гидрофильных и гидрофобных компонентов в органическом веществе выбранных почвенных объектов.
5. Определение вида взаимосвязи между параметрами механической
устойчивости, водоустойчивости с соотношением гидрофильных и
гидрофобных компонентов органического вещества.
Научная новизна
1. Для описания зависимости сопротивления расклиниванию агрегатов
(Рт) от влажности (W) предложено использовать модель экспоненциального
типа Рт = ъ ехр(-й -W); а для описания распада агрегатов в стоячей воде
наилучшим является уравнение экспоненциального типа
у = п (1 - exp(-w t)) 5 где у _ это суммарное количество агрегатов,
распавшихся ко времени t, а bj, b2, п1} п2 - параметры аппроксимации.
2. С помощью статистического сравнения параметров аппроксимации
механической устойчивости и водоустойчивости агрегатов доказаны
достоверные различия объектов исследования по характеристикам
механической устойчивости и водоустойчивости. Показано, что параметр Ьь
отражающий механическую устойчивость, достоверно возрастает с
увеличением количества гидрофобных компонентов органического вещества
черноземов, а Ь2 убывает (отрицательная достоверная регрессионная связь) с
увеличением гидрофобной фракции.
Защищаемые положения:
Зависимости механической устойчивости агрегатов от влажности почв и водоустойчивости агрегатов во времени могут быть описаны и аппроксимированы уравнениями экспоненциального типа. Параметры уравнений аппроксимации могут быть использованы для количественного статистического сравнения, анализа и оценки процессов механической устойчивости при различной влажности почв и водоустойчивости агрегатов от времени для почв при различном сельскохозяйственном использовании.
Количественный анализ взаимосвязи параметров, характеризующих зависимости сопротивления расклиниванию агрегатов от влажности и динамики распада агрегатов в стоячей воде (водоустойчивости), с характеристиками почвенного органического вещества показал, что для исследованного чернозема обыкновенного (Оренбургская обл.) существует достоверная возрастающая зависимость параметра b1 с содержанием органического вещества и гидрофобных компонентов в его составе почвенного органического вещества, что положительно характеризует влияние гидрофобных компонентов на механическую устойчивость. Для параметра водоустойчивости агрегатов n1, связь указанного типа справедлива для черноземов Оренбургской области и недостоверна для суммарного рассмотрения всех объектов исследования, что указывает на возможность агрегатообразования и формирования свойства водоустойчивости, связанного не только с влиянием органических веществ, но и возможных иных механизмов агрегатообразования.
Практическая значимость
Апробация работы. Материалы и основные положения работы были представлены на Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2005, 2006), Международной научной конференции «Экологические функции лесных почв в естественных и антропогенно нарушенных ландшафтах» (Петрозаводск, 2005), Международной научной конференции «Докучаевские молодежные чтения» (Санкт-Петербург, 2006), V Съезд Общества почвоведов им. В.В.Докучаева (Ростов–на–Дону, 2008), International Soil Science Congress on «Soil science in international year of soils 2015» (Sochi, 2015) и на заседаниях кафедры физики и мелиорации почв.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работы, из них 5 в реферируемых журналах, входящих в список ВАК Минобрнауки РФ для опубликования результатов диссертационных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, выводов, списка использованной литературы и приложений, и включает 87 стр. машинописного текста, 12 рисунков, 13 таблиц. Список использованной литературы включает 149 наименований, из них 96 на иностранных языках.
Механическая устойчивость структуры почв. Количественная оценка механической устойчивости агрегатов
Этот автор классифицирует стабильность структуры в двух основных типов: (а) способность почвы, чтобы сохранить свою структуру под действием воды; и (б) способность влажной почвы, чтобы сохранить свою структуру под действием внешних механических напряжений. Первый тип устойчивости структуры обычно оценивается с помощью методов влажного просеивания для определения совокупного стабильность в воде, как это было предложено (Теории…, 2007). Стабильность структуры под воздействием внешних нагрузок может быть определена в опытах сжимаемости (Gupta et al., 2002) и прочность на сдвиг (Fredlund, Vanapalli, 2002). Авторы (Ae et al., 1987; Piccolo, Mbagwu, 1989, 1994) устойчивость агрегатной структуры первоначально связывали с формированием глинисто-гуминовых комплексных соединений, в которых органический лиганд связывается с минеральной матрицей многовалентными катионами. Дальнейшие исследования (Piccolo, Mbagwu, 1994; Bachmann et al., 2008) показали, что органические вещества, состоящие преимущественно из гидрофобных компонентов, являются более эффективными и длительно действующими агрегирующими факторами, по сравнению с гидрофильными компонентами корневых эксудатов или полисахаридов из растительных тканей.
Ряд свойств, такие, например, как усадка, набухание, сопротивление пенетрации и др., несмотря на свое название, подразумевают наличие зависимости этих свойств от влажности, т.е. представляют собой почвенно-физические зависимости (Шеин, 2005). Количественно анализировать и сравнивать такого рода зависимости затруднительно. В особенности, если экспериментальная процедура их определения приводит к варьированию (разбросу) значений. Для такого рода оценки и сравнения в последнее время начали широко использоваться параметры аппроксимации экспериментальных зависимостей выбранными авторами функциями. Так, известны многочисленные функции для аппроксимации основной гидрофизической характеристики (ОГХ) и функции влагопроводности (Шеин, 2005; Pachepsky et al, 2003), осуществлялись попытки применения функций различного вида для количественного описания гранулометрического и микроагрегатного составов (Шеин, 2005; Березин, 1983), усадки агрегатов (Березин, 1995) и ряда других почвенных свойств. Однако, условия грамотного применения такого рода подхода, границы его использования, научно-обоснованное использование параметров аппроксимаций представляет собой актуальную научную проблему.
В большинстве случаев для оценки взаимосвязи используют регрессионный анализ (Дмитриев, 1995). Как считается регрессионный анализ базируется на модели отклика, которая состоит из двух составляющих: детерминистической, описывающей зависимость среднего значения отклика от объясняющих переменных (аргументов или предикторов), и случайной составляющей, описывающей отклонения наблюдаемого отклика от этой зависимости.
Детерминистическая составляющая модели описывается уравнением регрессии. Случайная составляющая - статистическим распределением ошибки. Например, в случае линейной зависимости между переменными, модель отклика выглядит как : y=b0+b1x+, где: y – переменная отклика; x – объясняющая переменная (предиктор); – ошибка определения отклика; b0 и b1 - фиксированные, но неизвестные коэффициенты, называемые параметрами регрессии. Как правило, эти параметры не несут физического смысла. Они безразмерны. Физическая размерность у параметров регрессии может быть только в случае, если само регрессионное уравнение получено в результате анализа физических явлений, как, например, уравнение БЭТ в координатах БЭТ приводит к линейному регрессионному уравнению (Шеин, 2005). В любом случае, при использовании регрессионного уравнения указывают размерности переменной отклика и предиктора, т.к. от используемых размерностей будет зависеть и вид самого регрессионного уравнения. Поэтому, при получении регрессионных зависимостей в данной работе мы всегда указывали размерности переменных отклика (механической устойчивости или водоустойчивости) и предикторов (влажности почвы или времени).
Среднее значение отклика (Еу) равно b0+b1x. Детерминистическая составляющая модели описывается линейным уравнением регрессии: Еу = b0+b1x. Случайная составляющая описывается распределением ошибок – случайных отклонений наблюдаемого отклика от среднего. Цель регрессионного анализа теперь может быть определена более строго как идентификация детерминистической зависимости по данным измерений и с учетом ошибки как составной части модели. В случае линейной зависимости такая идентификация сводится к оценке параметров b0 и b1.
В наиболее распространенном случае классической регрессии, использующей метод наименьших квадратов, распределение ошибки принимается нормальным. Это важно учитывать при расчетах.
Линейная функция употребляется крайне широко во всех областях науки для описания пропорциональной зависимости, например, градуировочный график в химии. Линейная зависимость встречается во многих физических законах, технике (равноускоренное движение материальной точки, закон Ома, закон Дарси для процесса фильтрации воды в почве и др.), закон Гука для упругих деформаций, в биологии (скоростью растворения веществ в крови). Однако, для зависимостей, входящих во многие почвенные процессы, такие как зависимость порозности от влажности (кривая усадки), функция влагопроводности, зависимость диапазона доступной влаги от гранулометрического состава, в частности, от содержания физической глины, зависимость механической устойчивости или сопротивления расклиниванию от влажности и множества других, этот вид функции непригоден, так как эти зависимости нелинейны (Шеин и др., 2009а; Шеин и др., 2014). Требуются другие виды для их описания. Отметим, что вообще в науках об окружающей нас природе линейные функции используются нечасто. Наиболее употребительна эта форма регрессии при получении тарировочных кривых, определения вида взаимосвязи в какой-то области значений зависимости (где зависимость близка к линейной). В основном взаимосвязи почвенных свойств и зависимости свойств и характеристик от воздействующих факторов, нелинейны. В данном исследовании мы использовали нелинейную регрессию. При этом, заведомо предполагали, что водоустойчивость от времени имеет нелинейный характер. Этот характер, - экспоненциальная, показательная, степенная или какая-либо другая функция, необходимо было определить в процессе исследования. Обосновать применяемую нелинейную модель, использовать для её проверки и обоснования экспериментально полученный материал по исследованию водоустойчивости почвенных агрегатов от времени.
Гидрофобные и гидрофильные компоненты органического вещества почв. Влияние на формирование водоустойчивой структуры почв
Изучение физических свойств почв и агрегатов черноземов проводили на примере черноземов обыкновенных Бугурусланского района Оренбургской области (село Аксаково). Бугурусланский район с комплексным почвенным покровом расположен в лесостепи, в подзоне типичных и обыкновенных черноземов. В качестве контрастных вариантов взят чернозем под пашней (далее «пашня», в момент исследования - под черным паром), под травянистой растительностью (далее «луг») и мертвопокровным лесом (далее «лес») и находившиеся в 35 метрах друг от друга (координаты расположения разрезов: N 533 50,6” Е 05343 50,6”. Вторым объектом являлись серые лесные почвы Владимирского ополья (Суздальский район Владимирской области) около села Цибеево. Здесь также были выбраны аналогичные варианты («лес», «луг» и «пашня»).
Черноземы Оренбургской области – уникальные природные образования, характеризуются высоким плодородием и поэтому почти повсеместно распаханы и активно используются под сельскохозяйственные культуры. При этом в почвах происходят разнообразные процессы, связанные, как правило, с ухудшением черноземной почвенной структуры, уплотнением, дезагрегацией и другими процессами, называемыми физической деградацией почв при сельскохозяйственном освоении.
Следует отметить существенные различия объектов исследования как по морфологии, так и по физическим свойствам. Чернозем, находящийся под «пашней», имеет меньшую мощность гумусового горизонта почти на 10 см. Структура верхней части пахотного слоя вполне типична для черноземов – в целом ее можно охарактеризовать как зернистую, пахотный слой отличается пылеватостью. Плотность распаханных черноземов в пахотном слое близка к 1,0 г/см3, с глубиной она возрастает до 1,3 г/см3 (имея чуть большее значение, в слое 30–35 см, что, возможно, связано с уплотнением под воздействием сельскохозяйственных орудий) и на глубине 70–75 см она равна 1,31 г/см3. Для «леса» отмечена равномерно зернистая, чрезвычайно четко выраженная структура агрегатов, в поверхностном слое почти нацело состоящая из копролитов с отсутствием глыбистости и пылеватости. Плотность почвы в самом верхнем слое, состоящем из агрегатов-копролитов – 0,5 г/см3 (что скорее характерно для органогенных почв). Вниз по профилю плотность постепенно увеличивается до 1,03 г/см3 (на глубине 30–40 см) и далее до 1,4 г/см3. Необходимо отметить высокое значение коэффициента впитывания (Квпит) черноземов обыкновенных для поверхностных слоев почвы под «лесом» (относится по классификации Н.А. Качинского к излишне высокой). Для остальной гумусовой части профиля «леса» и для «пашни» значения Квпит относится к наилучшей, отличаясь очень большим разбросом. В нижележащих горизонтах (глубже 40 см) Квпит заметно снижается до хорошей оценки. Серая лесная почва под «лесом» отличается излишне высоким коэффициентом впитывания по всему профилю, как и верхние гумусовые слои почвы под «лугом» и под «пашней», изменяясь с глубиной до наилучшей.
Данные по ситовому анализу агрегатов в сухом состоянии и в стоячей воде (по Саввинову) выявляют резкое различие в водопрочности структуры объектов исследования. Если на пашне большая часть агрегатов не водопрочны, а по проценту водоустойчивых агрегатов размерами 0,25 мм структура относится к «удовлетворительной» или к «хорошей», то в лесу процент неводопрочных агрегатов незначителен и по классификации Н.А. Качинского структура относится даже к «избыточно высокой», и лишь в глубоких слоях снижается до оценки «отличная». Этот факт указывает на существенные различия в структуре черноземов под «лесом» и «пашней». Основные физические свойства приведены в таблице 2.3. Непосредственными объектами исследований явились агрегаты диаметрами 5-7 и 3-5 мм черноземов Оренбургской области и серых лесных почв Владимирского ополья. Основными параметрами устойчивости почвенных агрегатов в данной работе приняты: сопротивлению расклиниванию (пластическая прочность по Ребиндеру), водоустойчивость (скорость распада агрегатов в стоячей воде, по Андрианову). Черноземы обыкновенные Оренбургской области
Черноземы Оренбургской области – уникальные природные образования, характеризуются высоким плодородием и поэтому почти повсеместно распаханы и активно используются под сельскохозяйственные культуры. При этом в почвах происходят разнообразные процессы, связанные, как правило, с ухудшением черноземной почвенной структуры, потерей гумуса и другими процессами, называемые деградацией почв при сельскохозяйственном освоении. Наиболее существенные и до сих мало изученными являются процессы трансформации свойств почвенных агрегатов, ухудшения их водоустойчивости в связи с изменением содержания и свойств органического вещества черноземов. В данной работе был сравнительно изучены физические свойства и свойства органического вещества черноземов типичных Оренбургской области, находящихся в условиях интенсивного сельскохозяйственного использования и под лесом.
Изучение физических свойств черноземов проводили в Бугурусланском районе Оренбургской области. Бугурусланский район с комплексным почвенным покровом расположен в лесостепи, в подзоне типичных и обыкновенных черноземов. В качестве контрастных вариантов взят чернозем обыкновенный под пашней (далее «пашня», в момент исследования - под черным паром) и мертвопокровным лесом (далее «лес»), находившиеся в 35 метрах друг от друга (координаты расположения разрезов: N 53о3 50,6” E 053o43 50,6”) и под травянистой растительностью (далее «луг»).
В отношении морфологических описаний объектов исследования, следует отметить значительные различия объектов исследования как по морфологии, так и по физическим свойствам. Чернозем под «пашней» характеризуется меньшей почти на 10 см мощностью гумусового горизонта. Структура верхней части пахотного слоя вполне типична для черноземов – в целом ее можно охарактеризовать как зернистую, пахотный слой отличается пылеватостью. Плотность чернозема под «пашней» в пахотном слое близка к 1 г/см3 , с глубиной она возрастает до 1,3 (имея чуть большее значение в 30-35 см, что, возможно, связано с уплотнением под воздействием с/х орудий), и на глубине 70-75 см
Методы исследования
В целом, следует отметить, что в данном случае показатели параметров аппроксимации уравнения водоустойчивости агрегатов лучшим образом характеризуют объекты «лес» и «пашня», причем для агрегатов обоиз диапазонов размеров. К сожалению, не удалось провести околнчтельного длительного эксперимента по определению водоустойчивансти данным аппроксимационным подходом ля объекта «луг» в связи с недостатком образцов.
Таким образом, использование уравнения у = п1-(1-ex p(-и2 t)) для оценки водоустойчивости агрегатов во времени, где у - суммарное количество распавшихся агрегатов ко времени t позволяет провести качественное сравнение объектов исследования. При этом параметр щ отражает суммарное количество распавшихся агрегатов при времени, стремящемся в бесконечность, а параметр щ - это параметр уравнения, указывающий на быстроту распада агрегатов. Параметры щ и п2 выше для чернозема, находящегося под сельскохозяйственным использованием, чем для лесных почв, что указывает на большую его подверженность водным воздействиям. Аппроксимация результатов динамики распада агрегатов уравнением указанного вида не всегда дает достоверные параметры и статистически сравнивать объекты в связи особенностями динамики распада агрегатов. 3.4. Водоустойчивость агрегатов серых лесных почв при различном использовании (Владимирская обл.)
В таблице 3.8 приведены параметры аппроксимации и некоторые другие агрофизические свойства серых лесных почв под различными ценозами. Отметим, что по приведенным данным можно оценить процесс распада агрегатов в воде, а также параметры аппроксимации процесса водоустойчивости агрегатов во времени дают возможность характеризовать и сравнить выбранные объекты в отношении водоустойчивости агрегатов. Так, для агрегатов 3–5 мм, величины n1 были выше всего на объекте «пашня», что указывают на благотворное влияние агротехники. Эти различия, хотя и в меньшей мере, свойственны и агрегатам диаметром 5–7 мм. Напомним физический смысл этих параметров: n1 отражает суммарное количество распавшихся агрегатов при времени, стремящемся в бесконечность, а параметр n2 – это скорость распада. Меньшие величины достоверно указывают на более высокую водоустойчивость агрегатов. Однако в отличие от параметризации зависимости механической устойчивости агрегатов от влажности параметризация динамики распада агрегатов во времени давала несколько худшие результаты: в ряде случаев аппроксимация оказывалась невозможна, а параметры недостоверными. Это отразилось и на сравнении достоверности различий параметров процесса водоустойчивости агрегатов во времени для различных объектов: достоверно различались «лес» и «пашня» для агрегатов 3–5 мм на глубине 10–15 см и некоторых других глубинах, а для агрегатов 5–7 мм – в основном для глубин 20–25 см для обоих параметров аппроксимации (n1 и n2). Соответственно и различия по водоустойчивости агрегатов разного размера были достоверны лишь для объекта «пашня». Меньшая информативность данного подхода в случае оценки водоустойчивости связана с рядом причин, среди наиболее вероятных назовем следующие: меньшее количество дат, включенных в статистический анализ. Если для аппроксимации зависимости сопротивлении расклиниванию от влажности использовались 25–35 пар значений, то при оценке водоустойчивости вследствие довольно быстрого или, напротив, весьма замедленного распада агрегатов число дат сокращалось до 7-15. Это снижало достоверность полученных результатов; возможно, что использование предложенной экспоненциальной зависимости не совсем удачно. Поиски в этом направлении следует продолжить. параметры аппроксимации водоустойчивости, незначимо отличающиеся от нуля - отсутствие данных указывает на невозможность провести аппроксимацию, вследствие, как правило, недостатка данных Статистический анализ параметров аппроксимации для выявления значимости различий водоустойчивости агрегатов по объектам исследования
Проанализируем различные объекты исследования, для которых единой методикой получены и по одной математической модели описаны почвенные характеристики. Оказалось, что достоверно для объектов Оренбургской области выделяется агрегаты чернозема под «лесом», а под «пашней» чернозем достоверно потерял свою водоустойчивость. В серой лесной почве, – напротив, под «пашней», агрегаты были водоустойчивее, что доказывает благоприятное воздействие агротехнических мер и возможное влияние агрохимических мероприятий. Другие объекты либо отличались недостоверно, либо сравнение было невозможным в связи с недостаточностью данных и невозможностью получить аппроксимационные коэффициенты.
Приведенный пример показывает, что использование параметров аппроксимации почвенных характеристик позволяет провести дополнительный анализ изученных явлений, оценить статистически действие тех или иных факторов, в частности агротехнических мероприятий. Возможны также и дополнительные гипотезы относительно происходящих процессов.
Водоустойчивость агрегатов серых лесных почв при различном использовании (Владимирская обл.)
В таблице 3.8 приведены параметры аппроксимации и некоторые другие агрофизические свойства серых лесных почв под различными ценозами. Отметим, что по приведенным данным можно оценить процесс распада агрегатов в воде, а также параметры аппроксимации процесса водоустойчивости агрегатов во времени дают возможность характеризовать и сравнить выбранные объекты в отношении водоустойчивости агрегатов. Так, для агрегатов 3–5 мм, величины n1 были выше всего на объекте «пашня», что указывают на благотворное влияние агротехники. Эти различия, хотя и в меньшей мере, свойственны и агрегатам диаметром 5–7 мм. Напомним физический смысл этих параметров: n1 отражает суммарное количество распавшихся агрегатов при времени, стремящемся в бесконечность, а параметр n2 – это скорость распада. Меньшие величины достоверно указывают на более высокую водоустойчивость агрегатов. Однако в отличие от параметризации зависимости механической устойчивости агрегатов от влажности параметризация динамики распада агрегатов во времени давала несколько худшие результаты: в ряде случаев аппроксимация оказывалась невозможна, а параметры недостоверными. Это отразилось и на сравнении достоверности различий параметров процесса водоустойчивости агрегатов во времени для различных объектов: достоверно различались «лес» и «пашня» для агрегатов 3–5 мм на глубине 10–15 см и некоторых других глубинах, а для агрегатов 5–7 мм – в основном для глубин 20–25 см для обоих параметров аппроксимации (n1 и n2). Соответственно и различия по водоустойчивости агрегатов разного размера были достоверны лишь для объекта «пашня». Меньшая информативность данного подхода в случае оценки водоустойчивости связана с рядом причин, среди наиболее вероятных назовем следующие: меньшее количество дат, включенных в статистический анализ. Если для аппроксимации зависимости сопротивлении расклиниванию от влажности использовались 25–35 пар значений, то при оценке водоустойчивости вследствие довольно быстрого или, напротив, весьма замедленного распада агрегатов число дат сокращалось до 7-15. Это снижало достоверность полученных результатов; возможно, что использование предложенной экспоненциальной зависимости не совсем удачно. Поиски в этом направлении следует продолжить.
Проанализируем различные объекты исследования, для которых единой методикой получены и по одной математической модели описаны почвенные характеристики. Оказалось, что достоверно для объектов Оренбургской области выделяется агрегаты чернозема под «лесом», а под «пашней» чернозем достоверно потерял свою водоустойчивость. В серой лесной почве, – напротив, под «пашней», агрегаты были водоустойчивее, что доказывает благоприятное воздействие агротехнических мер и возможное влияние агрохимических мероприятий. Другие объекты либо отличались недостоверно, либо сравнение было невозможным в связи с недостаточностью данных и невозможностью получить аппроксимационные коэффициенты.
Приведенный пример показывает, что использование параметров аппроксимации почвенных характеристик позволяет провести дополнительный анализ изученных явлений, оценить статистически действие тех или иных факторов, в частности агротехнических мероприятий. Возможны также и дополнительные гипотезы относительно происходящих процессов.
Соотношение гидрофобных/гидрофильных частей органического вещества объектов исследования экстракция образца 1 г почвы/5 мл раствора Естественно, гидрофильная часть может быть легко рассчитана, как (100-гидрофобная часть). Вполне понятно, что в черноземах Оренбургской области, в особенности в варианте «пашня» эти компоненты доминируют. В серых лесных почвах содержание этих компонентов значительно меньше, хотя и в условиях Владимирского ополья гидрофобные компоненты содержатся больше в варианте «пашня». Вероятно, агротехнические мероприятия, «проветриваемость» и активность почвенной микробиоты заметно увеличивают количество гидрофобных компонентов.
Рассмотрим возможные регрессионные связи параметров аппроксимации процессов механической устойчивости от влажности и динамики водоустойчивости от содержания органического вещества, а затем и от содержания указанных выше гидрофильных и гидрофобных компонентов.
Прежде всего, рассмотрим возможные регрессионные связи параметров аппроксимации механической устойчивости и водоустойчивости агрегатов от общего содержания органического вещества. Органическое вещество, как указывалось в главе «Объекты и методы», определялось сжиганием в потоке кислорода.