Теплофизическое состояние выщелоченных черноземов Алтайского Приобья в условиях плодового сада

На правах рукописи

ГЕФКЕ ИРИНА ВАЛЕНТИНОВНА

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВЫЩЕЛОЧЕННЫХ

ЧЕРНОЗЕМОВ АЛТАЙСКОГО ПРИОБЬЯ В УСЛОВИЯХ

ПЛОДОВОГО САДА

Специальность 06.01.03 – агропочвоведение, агрофизика

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Барнаул – 2007

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном

учреждении высшего профессионального образования

« Алтайский государственный аграрный университет»

Научный руководитель доктор биологических наук, профессор

Сергей Владимирович Макарычев

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Иван Тимофеевич Трофимов

кандидат сельскохозяйственных наук,

доцент Нина Борисовна Максимова

Ведущая организация: Российский Государственный Аграрный Уни верситет – Московская Сельскохозяйственная

Академия им. (РГАУ-МСХА)

Защита состоится «28» мая 2007 г в 12:30 на заседании диссертационного совета Д 2в ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет»

Адрес: 656049 г. Барна

Факс (38

E-mail:*****@***ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан «23» апреля 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность

Фрукты – обязательная составная часть рациона человека. По расчетам Института питания АН РФ, норма потребления фруктов должна составлять 90-120 кг в год на человека. Предполагается, что человек при этом получает достаточное количество витаминов и микроэлементов для сохранения здоровья.

Но садовые культуры весьма требовательны к условиям произрастания, к почве и ее плодородию, т. е. к обеспеченности элементами питания и гранулометрическому составу, определяющему водно-физические свойства и поглотительную способность почвы.

Одним из обязательных условий повышения плодородия и получения высоких и устойчивых урожаев плодовых культур является создание оптимальных агрофизических и гидротермических режимов в почвенном профиле. Именно тепло и влага определяют интенсивность окислительно-восстановительных и пищевых процессов, жизнедеятельность почвенных микроорганизмов, формируют корневую систему растений и, в конечном счете, урожай.

В то же время потоки тепла и влаги зависят от совокупности теплофизических свойств и особенностей распределения температурных градиентов в почвенном профиле. К теплофизическим свойствам относятся объемная и удельная теплоемкости, температуропроводность, теплопроводность и теплоусвояемость.

На сегодняшний день нет сведений о процессах формирования теплофизического состояния почв в плодовых садах Сибири. Поэтому комплексные исследования тепловых свойств и гидротермических режимов черноземов с учетом агротехники выращивания и биологии плодовых культур весьма актуальны.

Цель работы

Исследовать теплофизическое состояние черноземов выщелоченных в яблоневом и грушевом садах.

Задачи исследований

1. Определить теплофизические коэффициенты чернозема выщелоченного в специфических условиях многолетних плодовых насаждений.

2. Изучить суточные, сезонные и годичные температурные циклы генетических горизонтов чернозема в садах Алтайского Приобья в зависимости от агрофона.

Научная новизна

Впервые экспериментально определены теплофизические свойства черноземов выщелоченных в условиях плодового сада. Изучено формирование суточных и годичных температурных режимов под плодовыми деревьями.

Исследована динамика влагосодержания в почве в течение вегетации.

Выполненные исследования дали возможность получить полную характеристику теплофизического состояния генетических горизонтов почвенного профиля в разное время года, оценить степень воздействия плодовых культур на гидротермические режимы и теплопотоки в почве.

Защищаемые положения

Поступление, аккумуляция и распространение тепла в черноземах выщелоченных определяются их физическими и теплофизическими свойствами, а также особенностями плодовых культур.

Практическая значимость

Знание теплофизических свойств и режимов генетических горизонтов чернозема выщелоченного позволяет оценить и прогнозировать распространение и аккумуляцию ресурсов тепла в различное время года под плодовыми культурами в условиях Алтайского Приобья.

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались на научно-практических конференциях АГАУ (г. Барнаул, 2004, 2007 гг); на конференции молодых ученых Сибирского федерального округа «Научное обеспечение устойчивого развитии АПК в Сибири (г. Улан-Уде, 2004); VI межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 30-летию г. Нерюнгри (г. Нерюнгри, 2005); региональной научно-практической конференции «Проблемы земельного законодательства, рационального землеустройства и природообустройства, ресурсного почвоведения в Дальневосточном Федеральном округе» (г. Уссурийск, 2006); на международной научно-практической конференции, посвященной 190-летию со дня рождения , РГАУ-МСХА (Москва, 2006).

Публикации

Основные результаты исследований опубликованы в 11 статьях. Объем публикаций составляет 2,93 п. л., в том числе доля автора 1,87 п. л.

Структура и объем.

Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложений. Содержание работы изложено на 129 страницах печатного текста, включая 20 таблиц, 22 рисунка, 2 приложения. Список используемой литературы включает 172 отечественных и зарубежных источников.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

С древних времен человек при использовании земли оценивал ее прежде всего с точки зрения способности производить урожай.

Основным свойством почвы является плодородие. Благодаря ему почвы оказываются главным средством сельскохозяйственного производства. Именно плодородие, в конечном счете, определяет продуктивность возделываемых культур (Бурлакова, 1984). Уровень плодородия зависит от комплекса почвенных режимов: температурного, водно-воздушного, питательного, физико-химического, биохимического, солевого и окислительно-восстановительного.

Но формирование наиболее важного из них, гидротермического определяется прежде всего теплофизическими показателями почвы: объемной теплоемкостью (Сρ), тепло - и температуропроводностью (λ, a).

Изучению теплофизических характеристик почв и методам их определения посвящено большое количество работ как в нашей стране, так и за рубежом (Чудновский ; Kersten, ; Димо, ; Колмогоров, 1950; de Vries, 1950, 1952; и др.).

Достаточно активно в настоящее время развивается моделирование тепловых процессов в почвенном профиле для различных типов почв и природных условий (Сысуев, 1986; Кудряшова, Чечулин, 1996; Саранцев, 1997; Мамихин, 1997; Kennedy, Sharratt, 1998 Брежнев, Кочегаров, 2000; и др.).

С появлением новых методик и совершенствованием приборной базы плодотворными оказались результаты исследований по выявлению закономерностей формирования теплового режима различных почв в регионах России и странах СНГ (Чичуа, 1965; Омельянов, 1976, 1977; Панфилов, Харламов, 1984; Тихонравова, 1991; Мазиров, Макарычев, 1996), и в том числе и на территории Алтайского края (Макарычев, 1993, 2002; Лёвин, 2003; Беховых, 2003; Сизов, 2003).

В теплофизике почв широкое распространение получили нестационарные методы измерения теплофизических коэффициентов, основанные на закономерностях нестационарного теплового потока. Существует три разновидности нестационарных методов: методы регулярного теплового режима, разработанные (1954), квазистационарные методы (Лыков, ) и импульсные, в создании и совершенствовании которых большая заслуга принадлежит (), (1955), (1961), (1972, 1977, 1978), (1996) и другим.

Несмотря на то, что изучение теплофизического состояния почвы велось достаточно активно, многие области почвенной теплофизики остались недостаточно изученными. Мало информации по влиянию различных культур на тепловые свойства почвы, хотя влияние это может быть довольно существенным и неодинаковым в зависимости от характера развития и мощности корневой системы, листовой поверхности различных агроценозов.

В связи с этим нами предприняты дальнейшие шаги в изучении теплофизического состояния почв на примере черноземов выщелоченных под различными плодовыми культурами.

ГЛАВА 2. ОБЬЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования были организованы в НИИ садоводства им. на участках сортоиспытания. Объектом является чернозем выщелоченный, среднемощный, малогумусный, среднесуглинистый.

Опытные участки размещаются на южной окраине города Барнаула, на высоком левом берегу реки Оби. Высота участка над уровнем моря 190-212 м. Место, где размещаются сады, является пятой террасой реки Оби и обеспечено хорошим воздушным дренажем.

Для определения теплофизических коэффициентов почвы в лабораторных условиях была использована автоматизированная система на базе аналого-цифрового преобразователя AD7715 (Болотов, 2002).

Для изучения температурных режимов, формирующихся в почвенном профиле, и последующего определения теплопотоков применялся почвенный электротермометр (Болотов и др., 2001).

Расчет потока тепла в почве основан на использовании данных об изменении температуры почвы с глубиной и во времени при известных теплофизических характеристиках.

Для обработки полученных экспериментальных данных по температуре и влажности была использована компьютерная программа, написанная на языке LISP на графической платформе AutoCAD. Программа позволяет визуально наблюдать форму температурных и влажностных полей в 3D-режиме и получать данные о любой их точке (Бондаренко, 2003).

Определение физико-механических, водно-физических и физико-химических свойств почв, а также полевые опыты были проведены в соответствии с принятыми в агропочвоведении и агрохимии методиками. Результаты исследований обрабатывались с помощью современных ЭВМ.

ГЛАВА 3. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ТЕРРИТОРИИ

Согласно существующему природно-климатическому районированию территория сортоиспытательных участков НИИ садоводства Сибири им. , где проводились основные исследования, относится к подзоне черноземов умеренно засушливой и колочной степи, расположенной на Приобском плато (Бурлакова и др, 1988).

Климат Алтайского края отличается суровой зимой, сильными ветрами и метелями, поздними весенними и ранними осенними заморозками, обилием солнечной радиации, жарким коротким летом.

Так, летние месяцы 2003 года оказались достаточно теплыми. В то же время в течение вегетационного периода (с апреля по октябрь) наблюдался значительный дефицит влаги. Максимальная средняя температура воздуха отмечалась в июне и составила 19,1 оС.

Зима 2003/2004 г также была относительно теплой без резких колебаний температур. Среднемесячная температура февраля составила -9,6 оС. Ноябрь характеризовался многоснежьем. Высота снега в это время достигла 25-30 см. К марту она выросла до 95 см.

Май 2004 года оказался жарким, воздух во второй декаде прогревался до 36 градусов, но самым теплым летним месяцем был июль (среднемесячная температура 18,2 оС). За вегетацию 2004 года выпало большое количество осадков 317,3 мм.

Осенью температура снижалась постепенно, без сильных ранних заморозков, но зима 2004/2005 г оказалась холодной. Так, в феврале среднее значение температуры воздуха составило -19,9 градуса при высоте снежного покрова 70-75 см.

Все весенние и летние месяцы 2005 года были теплыми. Средняя температура июля равна +20,4 оС. Максимальное количество осадков (105,9 мм) отмечено также в июле.

Осенние месяцы отличались ранним выпадением снега, что предохранило почву от сильного промерзания, высота снега в январе достигала 55-60 см.

Зима 2005/2006 года оказалась холодной. Среднемесячная температура января составила -23,2 оС.

Последние весенние месяцы наших наблюдений показали, что период таяния снега был затяжным с низкими среднемесячными температурами, которые в апреле оказались равны 0 оС, а в мае только 10 оС.

ГЛАВА 4. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ

ПЛОДОВЫХ КУЛЬТУР

Сортимент плодовых культур, груши и яблони, для сибирского садоводства формировался с учетом разнообразных суровых природно-климатических условий огромного региона Западной и Восточной Сибири (Калинина, 2003).

Груша относится к семейству розоцветных (Rosaceae) и к роду груша (Pyrus L,). Деревья груши образуют вертикальные корни, которые идут глубоко в почву и слабо ветвятся. Кроме них имеются горизонтальные корни, расположенные почти параллельно поверхности почвы.

У груши редкая крона, слабая ветвистость и резко выражена ярусность. Все это свидетельствует о повышенной требовательности ее к условиям освещения.

Яблоня относится к семейству розоцветных, роду Malus. В строении дерева яблони в сибирских условиях сформировались некоторые особенности, отличающие ее от яблони Европейской части России. У яблони с открытой неукрывной кроной эти особенности таковы: неглубокая поверхностная корневая система с преобладанием горизонтальных корней; малый габитус кроны; низкий штамб (20-30) см в лесостепных регионах и около 40 см в подтаежных, снежных; приземистая кустовая форма кроны без выраженного центрального проводника; закладка плодовых образований на однолетних приростах.

ГЛАВА 5. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЕМОВ

ВЫЩЕЛОЧЕННЫХ

Для выявления закономерностей формирования гидротермического режима, складывающегося в почвенном профиле чернозема выщелоченного в зависимости от погодных условий и агрофонов, нами с 2003 года проводились наблюдения на участках, занятых грушей и яблоней разного возраста.

Чернозем выщелоченный имеет среднесуглинистый гранулометрический состав. В гумусовом горизонте содержится значительное количество мелкого песка (~ 26 %). В нем преобладает фракция крупной пыли (0,05-0,01 мм). Это связано с тем, что почвообразующие породы представлены лессовидными суглинками, для которых характерно высокое содержание такой фракции.

Основная доля микроагрегатов представлена размером 0,25-0,05 мм и 0,05-0,01 мм, то есть наиболее ценным в агрономическом отношении. При этом гумусовый слой содержит меньшее количество фракции 0,25-0,05 мм и большее – 0,05-0,01 мм. С глубиной наблюдается перераспределение этих фракций. Менее ценных частиц в черноземах мало (от 6 до 10 %) и они не играют существенной роли в процессе массо - и теплообмена.

Плотность сложения чернозема с глубиной возрастает с 1061 кг/м3 в гумусовом слое до 1410 кг/м3 в почвообразующей породе. Аналогичный характер изменения имеет и плотность твердой фазы вниз по профилю.

По содержанию органического вещества в верхнем гумусово-аккумулятивном горизонте чернозем относится к малогумусным. С глубиной содержание гумуса резко уменьшается. Чернозем выщелоченный имеет нейтральную реакцию среды по всему почвенному профилю.

В составе поглощенных катионов преобладает кальций во всем почвенном профиле, его содержание колеблется от 16,0 до 19,5 мг-экв/100 г почвы. Содержание подвижного калия высокое. Обеспеченность фосфором в июне становится достаточно большой (до 15 мг/100г почвы), но отмечается недостаток нитратов в фазах цветения и бутонизации плодовых культур. Карбонатов содержится заметное количество и составляет 4,18 %.

Теплофизические свойства генетических горизонтов чернозема определяются, прежде всего, таким консервативным показателем, как гранулометрический состав. Большую роль в распределении коэффициентов теплоаккумуляции и теплопередачи в почвенном профиле играют также плотность сложения и содержание гумуса.

В табл. 1 приведены результаты определения теплофизических коэффициентов при различных гидрологических константах в почвенном профиле чернозема.

Таблица 1

Объемная теплоемкость (Сρ), температуропроводность (а), теплопроводность (λ) и теплоусвояемость (b) генетических горизонтов чернозема

выщелоченного при разных гидроконстантах

	0	МГ	ВЗ	ВРК	НВ
	А
Сρ,106 Дж/(м3·К)	1,150	1,400	1,510	2,170	2,650
а, 10-6м2/с	0,390	0,496	0,538	0,550	0,410
λ, Вт/(м·К)	0,441	0,705	0,800	1,174	1,250
b, 10-3 Дж/(м2К·с1/2)	0,790	0,980	1,080	1,530	1,870
АВ
Сρ,106 Дж/(м3·К)	1,120	1,410	1,500	2,000	2,380
а, 10-6м2/с	0,324	0,460	0,500	0,590	0,510
λ, Вт/(м·К)	0,363	0,647	0,728	1,094	1,186
b, 10-3 Дж/(м2К·с1/2)	0,720	0,950	1,020	1,420	1,700
В
Сρ,106 Дж/(м3·К)	1,340	1,650	1,710	2,100	2,410
а, 10-6м2/с	0,300	0,545	0,634	0,752	0,736
λ, Вт/(м·К)	0,445	1,151	1,283	1,715	1,820
b, 10-3 Дж/(м2К·с1/2)	1,0980	1,330	1,420	1,960	2,320
ВС
Сρ,106 Дж/(м3·К)	1,560	1,890	1,980	2,340	2,660
а, 10-6м2/с	0,450	0,610	0,668	0,740	0,735
λ, Вт/(м·К)	0,848	1,130	1,288	1,590	1,790
b, 10-3 Дж/(м2К·с1/2)	0,780	1,180	1,310	1,680	2,090
С
Сρ,106 Дж/(м3·К)	1,770	2,100	2,270	2,510	2,900
а, 10-6м2/с	0,350	0,488	0,520	0,552	0,516
λ, Вт/(м·К)	0,535	1,048	1,150	1,396	1,550
b, 10-3 Дж/(м2К·с1/2)	1,180	1,420	1,560	1,810	2,110
ЕСρ = 4%; Еа = 2,2%; Еλ = 6,2 %; Еb = 3,1 %

При увлажнении почвы от абсолютно сухого состояния до НВ изменения теплоемкости и теплоусвояемости остаются линейными. При этом наименьшими величинами теплоаккумуляции обладают верхние, слабо уплотненные горизонты чернозема, а наибольшими – почвообразующая порода.

Изменение коэффициентов теплопереноса при увлажнении соответствует установленным ранее закономерностям: температуропроводность имеет выраженный экстремум при влажности близкой к ВРК.

Теплопроводность лессовых черноземов при увлажнении также закономерно увеличивается. При этом характер зависимости ее во всех горизонтах почвенного профиля одинаков: до определенной стадии увлажнения почва быстро увеличивает свою теплопроводность почти линейно. При дальнейшем повышении влагосодержания рост теплопроводности замедляется, стремясь к «насыщению».

Все данные показывают, что при влажностях, соответствующих той или иной гидрологической константе, качественный характер изменения теплофизических коэффициентов по профилю чернозема остается почти неизменным, хотя степень изменения их при этом разная. То же можно сказать и о динамике коэффициентов теплоаккумуляции и теплопереноса в каждом генетическом горизонте в связи с меняющейся влажностью.

ГЛАВА 6. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЧЕРНОЗЕМОВ

ВЫЩЕЛОЧЕННЫХ В УСЛОВИЯХ ПЛОДОВОГО САДА

Нами были исследованы особенности динамики теплоемкости, тепло - и температуропроводности чернозема выщелоченного под семечковыми плодовыми культурами, такими как груша и яблоня в условиях Алтайского Приобья.

На рис. 1 представлена динамика средних значений влажности в основных генетических горизонтах чернозема выщелоченного под грушей и яблоней в течение вегетации 2004 и 2005 годов.

А В

♦ - груша (1996), ■ – яблоня (1996)

А – 2004 год, В – 2005 год

Рис. 1 Изменение влажности генетических горизонтов чернозема

за вегетационный период

В мае 2005 года почвенное увлажнение оказалось выше по сравнению с 2004 годом. Под грушей влажность верхнего 20-ти см слоя достигала 26,0 % от массы почвы, а под яблоней только 20 %. До середины июня наблюдалось иссушение почвы и только в результате обильных дождей влагосодержание увеличилось и оставалось достаточно высоким до середины августа, особенно под грушей. К 12 сентября оно было практически одинаковым на обоих вариантах и составило около 15 %.

Общие запасы влаги (ОЗВ) за вегетацию 2004 года под грушей превосходили ОЗВ под яблоней. Такая тенденция сохранялась и в 2005 году, хотя различия уменьшились, а осенью под яблоней оказались несколько выше за счет более влажных подстилающих слоев.

Следует отметить также, что изменения теплоемкости за вегетацию повторяют ход колебаний влажности. Иссушение поверхностного слоя влечет за собой падение объемной теплоемкости во второй половине лета. В результате теплоемкость остается там выше, где больше почвенное увлажнение. Это характерно для всего почвенного профиля.

Температуропроводность при выпадении осадков и увеличении влажности до 30 и более процентов от массы почвы значительно и резко уменьшается в среднем с 0,58 до 0,42∙10-6 м2/с. По мере иссушения почвенного слоя температуропроводность в июле увеличивается и почти не меняется до окончания сентября. При этом она выше, как правило, под яблоней, где больше влаги.

В иллювиальном горизонте влажность варьирует в малых пределах и температуропроводность там менее динамична. Но поскольку увлажнение лежит в пределах 15-22 %, что соответствует для суглинистых черноземов влажности разрыва капиллярных связей (ВРК), то коэффициент скорости переноса тепла максимален и составляет 0,78∙10-6 м2/с. Характер изменения температуропроводности в горизонте С имеет форму перевернутой параболы.

Минимум температуропроводности отмечается в пахотном слое под грушей в середине мая. Падение влагосодержания увеличивает этот показатель, который 1 июня становится одинаковым на обоих вариантах и не меняется под яблоней до сентября, хотя под грушей испытывает определенные изменения.

Динамизм коэффициента теплопереноса аналогичен изменению теплоемкости, но при этом имеет место влияние температуропроводности, поскольку произведение двух последних величин определяет первую.

Нами исследованы также влажность и объемная теплоемкость в междурядьях посадок груши и яблони в отдельные сроки 2004 и 2005 годов. Следует отметить, что междурядья в грушевом саду практически открыты инсоляции. Раскидистая крона яблонь частично затеняла междурядья, которые несколько раз за вегетацию на обоих вариантах подвергались поверхностной обработке (культивации).

Корневая система яблонь и груш активно потребляет почвенную влагу, расходуя ее на цветение, рост побегов, листьев и корней. В результате влажность по всем горизонтам в июне 2004 года под кронами яблонь ниже, чем в междурядье. В тоже время под грушей такая картина наблюдается только в гумусовых горизонтах А и АВ.

Особенности увлажнения горизонтов чернозема определили и характер распределения объемной теплоемкости в рядах и междурядьях. Она, как отмечалось выше, имеет большие значения в более влажных и плотных горизонтах.

Плодовые культуры, такие как груша и яблоня различных годов посадки формируют режимы тепла и влаги в почвенной толще, имеющие свои специфические особенности.

Проведенные наблюдения показывают, что наиболее существенные различия в температуре имеют место на поверхности и в верхних слоях почвы. При этом температурная волна с глубиной запаздывает и чем глубже, тем сильнее.

Суточные измерения температур проводились трижды: в середине июня, июля и августа, а разовые каждые десять дней в 13 часов дня. Результаты расчетов определения сумм суточных температур представлены в виде диаграмм на рис. 2 для пахотного слоя почвы как в рядах под растениями, так и в междурядьях.

А В

Рис.2 Сумма суточных температур в слое 0-20 см

под плодовыми культурами в 2004 г. А –ряд, В - междурядье

Наблюдения за формированием режима влажности и гидроаккумуляцией в профиле чернозема выщелоченного были проведены 7 раз, начиная с мая и заканчивая сентябрем, т. е. в течение всего периода вегетации плодовых растений. Результаты представлены в табл. 2, в которой приведены данные по общим и продуктивным запасам влаги в слоях 0-20 см, 0-50 см и 0-100 см.

Таблица 2

Общие (числитель) и продуктивные (знаменатель) запасы влаги в черноземе выщелоченном за вегетационный период 2004 года

в слоях 0-20 см, 0-50 см и 0-100 см

Толщина слоя, см	Сроки наблюдений
20.05	3.06	17.06	1.07	14.07	18.08	14.09
Груша 1996
0-20	48,38 30,46	49,06 30,12	39,05 20,11	66,73 47,79	59,29 40,35	34,69 15,57	34,69 15,75
0-50	128,33 74,15	119,79 74,21	103,30 57,72	160,43 114,85	138,95 93,37	87,16 41,58	82,56 36,97
0-100	227,28 137,91	208,69 118,32	193,19 102,82	238,80 148,43	215,44 125,07	154,00 63,63	149,29 59,92
	Яблоня 1996
0-20	42,99 24,05	43,29 24,35	38,05 19,12	70,51 51,57	48,62 29,68	31,16 12,22	29,51 10,58
0-50	119,74 74,15	115,19 69,62	99,94 54,37	146,30 100,72	123,63 78,05	84,13 38,55	79,08 33,52
0-100	216,59 126,22	210,51 120,15	190,37 100,01	227,33 136,96	196,82 106,45	148,76 58,39	140,15 49,80
	Яблоня 1998
0-20	42,67 23,73	43,69 24,75	42,42 23,48	65,17 46,22	60,40 41,46	36,49 17,56	34,84 15,90
0-50	118,02 72,43	122,23 76,65	109,97 64,40	150,11 104,52	153,22 107,64	98,43 52,86	93,99 48,40
0-100	219,02 128,65	222,80 132,44	204,15 113,8	245,89 155,51	250,27 159,90	186,95 96,58	178,72 88,35
	Яблоня 1986
0-20	42,36 24,67	47,69 29,99	42,37 24,68	67,54 49,85	62,71 45,02	35,64 17,95	39,04 21,35
0-50	123,25 79,08	118,27 74,09	103,38 59,21	155,86 111,69	151,18 107,00	93,35 49,17	90,94 46,76
0-100	268,64 161,12	265,49 157,98	234,67 127,16	281,03 173,52	287,48 179,97	213,77 106,26	196,38 88,88

Так 20 мая ОЗВ в почве под грушами и яблонями посадки 1996 и 1998 гг. достаточно близки по своим значениям как в метровом слое, так и в верхних горизонтах профиля. Различия составляют от 5 до 10 мм. В то же время под яблонями посадки 1986 года общие запасы влаги составили 269 мм в слое 0-100 см, что на 40-50 мм выше, чем на других агрофонах.

Такой результат можно объяснить только тем, что в старовозрастных яблонях накапливалось больше снега, при более медленном таянии которого за счет затенения более развитой кроной наблюдалась аккумуляция влаги в нижних слоях профиля. Следует отметить также, что при уходе под зиму на этом варианте сохранялось повышенное увлажнение.

К середине июня влажность деятельного слоя под плодовыми культурами снизилась, а прошедшие в конце месяца дожди увеличили степень увлажнения почвенных горизонтов. Под старыми яблонями ОЗВ составили 281 мм, под молодыми – 246 мм, а под грушами и яблонями 1996 года посадки 239 и 227 мм соответственно.

В табл. 3 представлены средние за сутки теплопотоки. Анализируя данные этой таблицы можно отметить, что их величины также укладываются в определенный ряд по мере увеличения. Минимальными они были в июне и июле под старо возрастными яблонями.

Таблица 3

Тепловые потоки (Р, Вт/м2 ) в черноземе выщелоченном средние за сутки

в различные сроки наблюдений

Сроки наблюдений культура	17-18 июня 2004г.	14-15 июля 2004г.	18-19 августа 2004г.
ряд	м/ряд	ряд	м/ряд	ряд	м/ряд
Груша 1996 год	97,31	105,08	55,82	62,50	74,58	104,3
Яблоня 1996 год	72,95	77,36	80,25	89,39	71,86	92,95
Яблоня 1998 год	90,28	105,16	81,98	89,06	85,51	92,29
Яблоня 1986 год	58,99	99,31	46,78	61,09	87,30	98,69

Изучение сезонных особенностей формирования влажностных полей основывалось на подекадном измерении влагосодержания почвы в грушевом и яблоневом садах. Результаты представлены на рис. 3 в виде гидрохроноизоплет до глубины 1 метр.

В целом профиль чернозема под грушами был увлажнен сильнее, чем под яблонями в течение всего лета 2004 года. В 2005 году эти различия оказались более существенными, поскольку в яблонях в течение всего периода вегетации, начиная с июня влажность метрового слоя почвы не превышала 18 %. В то же время в грушевом саду влагосодержание более 24 % отмечалось с июня по август в верхнем 20 сантиметровом слое.

А Б

Рис.3 Особенности распределения влаги в почвенном профиле летом

2005 года. А - груша (1996 г), Б – яблоня (1996 г)

На рис. 4 показано температурное поле в почве грушевого сада. Он дает полное представление о ходе термохроноизоплет за гг. Так летом 2004 года температура более 20 градусов проникала в почву лишь на 5 см с конца июня до середины августа. К началу июня почвенный профиль прогревался до 5 градусов, хотя ниже 100 см отмечалась нулевая температура. Пятнадцатиградусная изотерма распространялась до 50 см с середины июня и до конца августа.

С конца сентября наблюдалось постепенное охлаждение почвы до 5 оС, а с середины октября температура переходила через ноль и оказывалась отрицательной вплоть до 10 апреля 2005 года. Характерно в то же время, что термоизоплета ниже 5 градусов в течение всей зимы не проникала глубже 25 см, а в 2006 году вовсе не отмечалась. Кроме того, на рисунке четко видно, что амплитуда колебаний температуры в нижележащих слоях меньше, чем в верхних.

Рис.4 Температурное поле чернозема выщелоченного в грушевом саду

гг

В заключение следует подчеркнуть, что в плодовых садах Алтайского Приобья в целом складывается благоприятный режим влажности, хотя яблони, имея разветвленную, в большей степени поверхностную корневую систему, иногда нуждаются в поливе, в отличие от груши со стержневой системой корней, проникающей на большую глубину. Термический режим также способствует произрастанию плодовых культур: зимой почва промерзает на небольшую глубину, что препятствует смерзанию почвенных слоев и повреждению корневой системы плодовых деревьев, а летом температуры при достаточном запасе влаги обеспечивают оптимальный пищевой режим.

В Ы В О Д Ы

1.  Исследованный чернозем среднесуглинистый, малогумусный, хорошо структурированный. Плотность гумусового слоя 1061 кг/м3, с глубиной увеличивается до 1410 кг/м3. Максимальная гигроскопичность составляет 6,3-5,5 %, наименьшая влагоемкость – 32,6-20,0 %.

2.  Чернозем выщелоченный имеет нейтральную реакцию среды по всему почвенному профилю. В составе поглощенных катионов преобладает кальций (до 19,5 мг-экв.). Содержание подвижного калия высокое. Обеспеченность фосфором в июне становится достаточно большой (до 15 мг/100г почвы), но отмечается недостаток нитратов в фазах цветения и бутонизации плодовых культур.

3.  Особенности уплотнения и увлажнения чернозема определяют его теплофизические свойства. Наименьшие значения объемной теплоемкости имеет слабо уплотненный обезвоженный гумусовый горизонт 1,15∙106 Дж/(м3∙К), а наибольшие – почвообразующая порода 1,77∙106 Дж/(м3∙К). Возрастает с глубиной и теплопроводность, но температуропроводность снижается. Это характерно и при различной степени почвенного увлажнения от максимальной гигроскопичности до наименьшей влагоемкости.

4.  Повышенное влагосодержание в черноземе влечет за собой изменение теплофизических коэффициентов: линейное увеличение объемной теплоемкости (до 2,5 раз), теплопроводности – по закону «насыщения» (до 3 раз) и параболическое изменение температуропроводности в пределах 80-100 %.

5.  Влажность чернозема в течение вегетации под плодовыми культурами, как правило, снижается, особенно в иллювиальном горизонте и почвообразующей породе. В гумусовом слое влагосодержание более динамично и в большей степени подвержено влиянию атмосферных осадков.

Количество влаги в почве зависит также от произрастающих древесных пород, их корневой системы и облиственности.

6.  Динамика почвенного увлажнения в течение теплого времени года определяет характер и степень изменения теплофизических свойств исследованного чернозема: снижение теплоемкости и рост температуропроводности в подстилающих слоях почвы. Наиболее значительные колебания этих показателей имеют место в верхних горизонтах междурядий, открытых солнечным лучам.

7.  Температурный профиль в плодовом саду определяется видовыми особенностями плодовых культур и зависит от их возраста. Более высокая температура чернозема характерна для молодых яблонь (1998 г.), имеющих меньшие размеры кроны. Затенение почвы в старовозрастных посадках (1986 г.) снижает суточную сумму температур поверхности почвы на 30-40 оС.

8.  Суточные тепловые потоки в почву между рядами плодовых деревьев выше там, где поверхность ее менее затенена листвою. Так в молодых посадках яблонь поток тепла равен в июне 2005 года 118,2 Вт/м2, а в старых только 66,4 Вт/м2. В рядах деревьев тепла в почву поступает больше также в молодом саду, но меньше, чем в междурядьях.

9.  Характерно, что профиль чернозема под грушами в течение вегетации в целом увлажнен сильнее, чем под яблонями того же возраста как в 2004, так и в 2005 году, что объясняется их биологическими особенностями (корневая система, форма кроны и др.).

10.  Температуры в пределах 10-15 оС на всех исследованных агрофонах распространяются во всем деятельном слое почвы (100 см), т. е. все генетические горизонты черноземов выщелоченных прогреваются до активных и благоприятных в биологическом отношении температур. Весной переход температуры через нулевую изотерму в верхнем слое чернозема наблюдается с середины апреля. К 10 мая температура +5 градусов проникает на глубину до 50 см.

11. Сравнительный анализ результатов круглогодичных наблюдений в плодовом саду указывает на значительное влияние зимнего мерзлотно-температурного режима черноземов на характер их вводно-температурного режима в весенне-летний период. Особая роль в этом принадлежит снежному покрову, который препятствует проникновению в почву отрицательных температур, не давая им опуститься ниже -10 оС уже в верхнем 20 сантиметровом слое.

Рекомендации производству

1.  В засушливые годы, особенно в мае-июне, в черноземах, занятых плодовыми садоми, возникает дефицит влаги до 250-300 мм в деятельном слое почвы. Для его устранения необходимо орошение соответствующей нормой.

2.  Требуется поверхностная обработка междурядий культиватором для сохранения почвенной влаги.

3.  В целях улучшения гидротермического режима почвы зимой и в начале вегетации необходимо различными методами осуществлять снегозадержание, в том числе за счет восстановления и посадок садозащитных лесных полос.

Список опубликованных работ

1.  Гефке формирования режимов тепла и влаги черноземных почв в условиях яблоневого сада / // Достижения и перспективы студенческой науки в АПК: межрегиональная науч. студ. конф. : сб. тр. - Барна4. - С.13-16.

2.  Гефке плодовых культур на гидротермический режим черноземов в условиях сада / // Научное обеспечение устойчивого развития АПК в Сибири: конференция молодых ученых Сибирского федерального округа: сб. трудов. - Улан-Удэ, 2004. - С.26-29.

3.  Гефке режим чернозема под плодовым садом в условиях Алтайского Приобъя / // VI межрегиональная научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященная 30-летию г. Нерюнгри: сб. трудов. - Нерюнгри, 2005. - С.28.

4.  Макарычев сад: особенности формирования тепла и влаги в почве / , // Проблемы рационального природопользования в Алтайском крае: сб. науч. тр. - Барна5. - С.134-138.

5.  Гефке режим чернозема выщелоченного в условиях яблоневого сада / , // Проблемы рационального природопользования в Алтайском крае: сб. науч. тр. -Барна5. - С.138-143.

6.  Гефке свойства выщелоченных черноземов Алтайского Приобья в плодовом саду / // Проблемы земельного законодательства, рационального землеустройства и природообустройства, ресурсного почвоведения в Дальневосточном Федеральном округе: материалы конф. - Уссурийск. 2006. - С.56-60.

7.  Макарычев аккумуляции и переноса тепла выщелоченных черноземов Алтайского Приобья / , // Вестник Алтайского Государственного Аграрного Университета№ 3. - С.33-38.

8.  Макарычев напочвенного покрова на теплофизическое состояние черноземов Приобья / , // Международная научно-практическая конференция, посвященная 190-летию со дня рождения , РГАУ-МСХА. - М., 2006. - С.71-75.

9.  Макарычев и теплофизические свойства выщелоченных черноземов Алтайского Приобья в условиях плодового сада / , // Вестник Алтайского Государственного Аграрного Университета№ 3. - С.13-19.

10.  Макарычев особенности гидротермических полей в профиле выщелоченных черноземов / , , // Аграрная наука сельскому хозяйству: международная начно-практическая конф.: сб. статей. – Барнаул. 2007. С. 301-304.

11.  Макарычев свойства черноземов в плодовых садах Приобья / , // Плодородие. – 2007. - № 3. – С.7-8.