ОСНОВНЫЕ ИТОГИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХИССЛЕДОВАНИЙ АГРЕГАЦИИ ПОЧВ

Не входя в рассмотрение всего большого эксперименталь-

0лоЖностЬ в % лрц леремешабалаа лочббг

Рис 24. Водоустойчивость агрегатов при повторной агрегации подзолистой почвы: 7— первое агрегирование, 2 — второе агрегирование, 3 — третье агрегирование.

ного материала по этому вопросу, накопленного в нашей лаборатории за последние годы, остановимся только на основных, имеющих существенное значение выводах.

Первый вопрос, который нас в данной области естественно интересовал, это вопрос о воспроизводимости процесса агрегации при многократных повторных распылениях одного и того же образца.

Соответствующее исследование, произведенное на образцах пахотного горизонта (0—10 см) трех суглинистых почв — подзолистой, черноземной и красноземной — показало, что повторное распыление и агрегирование одного и того же образца в условиях лабораторного опыта не вызывало каких-либо существенных изменений в ходе процесса и в прочности получаемых агрегатов.

При повторном агрегировании распыленной подзолистой почвы (рис. 24) оптимальная влажность агрегации и водоустойчивость агрегатов во всех случаях были настолько близки между собой, что наблюдавшиеся отклонения целиком лежали в пределах точности методики исследования. Водоустойчивость искусственных агрегатов подзолистой почвы была выше прочности ее природной структуры.

При втором и третьем распылении и агрегировании чернозема оптимальная влажность агрегации оказалась несколько более высокой, чем при первом агрегировании (рис. 25).

Водоустойчивость агрегатов при втором агрегировании осталась примерно такой же, как при первом, при третьем же

4 д Г Виленский 49

агрегировании она увеличилась. Искусственные агрегаты по своей водоустойчивости во много раз превосходили природную структуру почвы.

Агрегирование краснозема (рис. 26) дало почти такие же результаты, как и агрегирование чернозема, но оптимальная

влажность при втором и третьем агрегировании оказалась несколько более низкой, чем при первом. Водоустойчивость же агрегатов, как и у чернозема, при втором агрегировании была близка к водоустойчивости при первом, при третьем же увеличилась. При этом водоустойчивость искусственно полученных агрегатов краснозема при первых двух агрегированиях была несколько ниже водоустойчивости природной структуры, при третьем же агрегировании превысила ее.

Второй вопрос, который необходимо было выяснить, — это вопрос о положении оптимальной влажности агрегации почв среди констант почвенной влажности. Первоначально мы пытались установить соотношение между оптимальной влажностью агрегации и капиллярной влагоемкостыо. В нашей первой работе по агрегации было показано, что оптимальная влажность агрегации исследованной подзолистой почвы составляла 59%

капиллярной влагоемкости, чернозема — 73%, вообще же для исследованных почв и грунтов она лежала в пределах от 41 до 73% капиллярной влагоемкости.

В 1935 г. одновременно и независимо друг от друга И. М. Горь- кова — в нашей лаборатории и Энен — во Франции установили, что оптимальная влажность агрегации почв близка к влажности границы клейкости (Klebrigkeitgranze), или «точки липкости» (sticky point — английских авторов). В дальнейшем Горькова специально исследовала вопрос о положении оптимальной влажности агрегации. Результаты ее исследований представлены в табл. 2 и на рис. 27.

Как видим, оптимальная влажность агрегации близка к влажности «точки липкости», но всегда несколько ниже ее, причем увеличением продолжительности перемешивания почвы или нагрузки при уплотнении грунта можно переместить эту точку в сторону меньшей влажности. Точно такое же положение было независимо установлено Эненом (109).

По Кину (60), «точка липкости» — это состояние, в котором «силы притяжения воды почвой вполне насыщены... Содержа-

4*              51

ние влаги в почве, соответствующее «сточке липкости», складывается из: а) воды, удерживаемой в промежутках между частичками почвы, и б) воды, связанной с коллоидальной частью почвы, т. е. в основном с органическим веществом и глинистой фракцией... Таким образом, «точка липкости» имеет определен^ ное физическое значение, являясь мерой содержания воды в коллоидальном веществе и воды, находящейся в порах почвы; последняя величина постоянна для большинства почв» (стр. 160—164).

Таблица 2

Константы влажности почв и грунтов

Произведенное Панковым сопоставление оптимальной влажности агрегации с максимальной молекулярной влагоемкостью показало, что она «несколько выше максимальной молекулярной влагоемкости... Это кажется понятным, если допустить, что избыток воды сверх максимальной молекулярной влагоемкости захватывается порами образующейся структуры» (77, стр. 27).

Отсюда становится совершенно понятным, почему оптимальная влажность агрегации очень близка к «точке липкости», по всегда несколько ниже ее. При этой влажности вся вода, находящаяся в почве, прочно удерживается, с одной стороны, на поверхности почвенных частиц («пленочная вода» Лебедева),

с другой же — в тонких порах агрегатов («капиллярная вода» агрегатов), и только при дальнейшем увеличении влажности -в почве появляется некоторое количество свободной воды, иеоб* ходимое для возникновения явлений прилипания. Сближение почвенных частиц и уменьшение количества и диаметра пор при уплотнении почвы, естественно, приводят к понижению оптимальной влажности агрегации. Это происходит при дли- тельном перемешивании почвы или увеличении производимого на нее давления.

Прямые определения скважности (пористости) агрегатов» полученных путем перемешивания почвы при оптимальной влажности, показали, что в условиях принятой при наших исследованиях продолжительности перемешивания (8 мин.) не происходило заметного уменьшения скважности по сравнению с скважностью природных агрегатов. Например, для приведенных выше чернозема, серой лесо-степной почвы и лессовидного суглинка были получены следующие данные (табл. 3)

Таблица 3

Физические свойства природных и искусственных агрегатов

Как видим, только у лессовидного суглинка, обладающего высокой пластичностью (число пластичности 31,19, в то время как у чернозема оно 24,00, а у серой лесо-степной почвы —¦ 10,80), перемешивание приводило к некоторому понижению скважности.

При агрегации почвы и грунта путем уплотнения, совершенно понятно, можно при оптимальной влажности получить любую заданную величину скважности, причем, как мы видели, увеличение плотности и понижение скважности будет значительно отставать от прилагаемого усилия, и, следовательно, при небольших нагрузках скважность не будет заметно отличаться от скважности природной почвы.

Что же касается влагоемкости агрегатов, полученных путем перемешивания почвы, то она, как и влагоемкость природных агрегатов, обычно выше их скважности, так как при

К»

капиллярном насыщении агрегатов происходит не только заполнение водой пор внутри агрегата, но и образование водной пленки на его поверхности, причем последняя тем больше будет влиять на величину влагоемкости, чем меньше размеры агрегата.

Следующий вопрос, разработанный нашей лабораторией, заключался в установлении связи величины оптимальной влажности агрегации с составом и физико-химическими свойствами почвы. Уже в первой нашей работе было показано, что чем больше почва содержит глинистых частиц, т. е. чем тяжелее ее механический состав и чем выше емкость поглощения, тем выше оптимальная влажность агрегации почвы. Вместе с тем было также отмечено, что чем легче механический состав почвы, тем шире интервал влажности агрегации, и, наоборот, чем тяжелее механический состав почвы, тем интервал влажности агрегации уже. Дальнейшие исследования показали, что при близком механическом составе величина оптимальной влажности агрегации определяется прежде всего типом почвы и является достаточно постоянной для каждого из них. Наиболее низкая она у подзолистых почв, несколько выше у богатых солями почв — солончаков, сероземов; еще выше у черноземов и солонцов и наиболее высокая — у красноземов. Указанная последовательность почв свидетельствует о тесной связи величины оптимальной влажности агрегации с минералогическим составом почвенных коллоидов, соотношением в них органической и минеральной частей, составом обменных катионов и содержанием в почве растворимых солеи. В подзолистых почвах, где минеральная часть коллоидов представлена каолинитом, органическая часть незначительна, среди обменных оснований преобладает водород, т. е. состав почвы не благоприятствует гидратации почвенных частиц, величина оптимальной влажности агрегации, естественно, не может быть высокой. Не может быть она высокой и у почв типа солончаков и сероземов, где большое содержание растворимых солей препятствует осмотической гидратации. У сероземов при этом основную роль играет, очевидно, большое содержание малогидратирующегося СаСОз. У черноземов и солонцов, где минеральная часть коллоидов представлена монтмориллонитом, где большую роль в почвенных процессах играет органическая часть почвы, гидратация почвенных частиц, естественно, должна быть значительно более высокой. Высокая она и у красноземных почв, где минеральная часть почвенных коллоидов представлена гидрогети- том и гидрогематитом.

С составом почвенных коллоидов и обменных оснований связана и степень прочности образующихся агрегатов. При этом механическая прочность агрегатов имеет связь с емкостью поглощения и, следовательно, с содержанием и качественным составом почвенных коллоидов, а также с составом поглощенных катионов; водоустойчивость же агрегатов хотя и обуслов-

ливается теми же факторами, но определяется также и скоростью капиллярного проникновения воды в агрегаты, зависящей как от состава поглощенных катионов, так и от степени однородности строения агрегатов в целом и особенно их поверхности. Наиболее водоустойчивы агрегаты краснозема, далее идет чернозем, у которого их водоустойчивость значительно ниже, и наименьшая водоустойчивость наблюдается у солончаков, сероземов и подзолистых почв. Таким образом, порядок следования почв по степени водоустойчивости агрегатов такой же, как и по величине оптимальной влажности агрегации, т. е. водоустойчивость агрегатов тоже является функцией гидратации.

Всякое изменение состава почвы тотчас же отражается на величине оптимальной влажности агрегации и прочности агрегатов. Влияние изменения солевого режима было исследовано Горьковой (31), показавшей, что удаление из солончака легкорастворимых солей путем промывания почвы ведет к повышению влажности агрегации и увеличению механической прочности и водоустойчивости агрегатов. Это объясняется тем, что при удалении электролитов создаются условия для проявления свойств поглощенного натрия, вызывающего повышение дисперсности и набухания. Увеличение дисперсности влечет за собой повышение влажности агрегации вследствие увеличения поверхности и повышения набухания, не задерживаемого более высоким осмотическим давлением почвенного раствора. Эти же факторы обусловливают повышенную механическую прочность и водоустойчивость сухих агрегатов, причем последняя увеличивается за счет резкого снижения капиллярного впитывания агрегатами воды. Подобные явления, по мнению Горьковой, имеют место при образовании после полива солонцеватых почв мощных и прочных корок.

Удаление из почвы СаС03 путем промывки ее 0,2n НС1 до разрушения карбонатов с последующей отмывкой хлора вызвало значительное повышение влажности агрегации и механической прочности агрегатов (рис. 28) и резкое возрастание их водоустойчивости.

Объясняется это тем, что сам по себе СаСО, обладает чрезвычайно малой пластичностью и потому понижает вязкость и пластичность почвы, в которой содержится.

Внесение в почву при ее агрегировании органического вещества, как показали исследования Горьковой и Будаковой, вызывает повышение влажности агрегации, механической прочности и водоустойчивости агрегатов. Особенно значительный интерес представляет испытание внесения в почву навозной жижи и торфа с навозной жижей.

Изучение влияния на образование и прочность агрегатов внесения в почву навозной жижи было произведено в совхозе Чулки-Соколово Зарайского района Московской области на слабоподзолистых лесо-степных почвах. Детальное исследование почвенной структуры в разных частях стахановского участка совхоза, занятого посевом кормовой свеклы, куда ежегодно вносилось большое количество навоза и навозной жижи, показало, что структура там по водоустойчивости во много раз превосходила структуру окружающих полей, в том числе и клеверного. В соответствии с этим были поставлены специальные лгбораторные и полевые исследования по влиянию внесе-

Рис 28 Механическая прочность агрегатов солончака, по-

лученных перемешиванием распыленной почвы (lt;"0,25 мм)

при разном содержании воды (по Горьковой)

ния в почву при агрегировании навозной жижи и торфа, которые показали, что агрегирование почвы с торфом, значительно повысив оптимальную влажность агрегации, не вызвало повышения водоустойчивости агрегатов. При агрегировании же навозной жижей 'влажность агрегации сохранилась та же, как

Влияние на водоустойчивость агрегатов внесения в почву при агрегиро-

вании навозной жижи и торфа

Таблица 4

при агрегировании водой, водоустойчивость же агрегатов заметно повысилась. Особенно резкое повышение водоустойчивости произошло при агрегировании навозной жижей почвы с торфом (табл. 4).

Аналогичные результаты были получены и в природных условиях при агрегировании почвы на огородном участке. Наблюдения на огородном участке поздно осенью показали, что поверхность делянок, почва которых была агрегирована при внесении навозной жижи, резко отличалась от поверхности всех остальных делянок, так как водоустойчивость агрегатов была настолько высокой, что даже осенние дожди не могли размыть их.

Значительные работы были выполнены в лаборатории также по вопросу о связи между агрегацией почвенных частиц и устойчивостью почв в отношении эрозии. При этом было выяснено, что величина влажности агрегации сама по себе является показателем устойчивости или, наоборот, податливости почв эрозии. Именно, чем выше величина влажности агрегации, тем, повидимому, более устойчивой в отношении эрозии является почва. На эту мысль наводит сопоставление влажности агрегации^ с податливостью эрозии основных почвенных типов. Вместе с тем имеются и теоретические предпосылки для такого вывода, так как величина оптимальной влажности агрегации почв является показателем потенциальной возможности почвенных частиц к взаимному сцеплению, чем, в конечном итоге, и обусловливается сопротивление почвы размыванию. Разработанная на этом принципе методика исследования противоэрозионной устойчивости почв нашла себе применение в данной области. Как указывает В. Б. Гуссак, «простота, высокая чувствительность и, если можно так выразиться, изящество метода проф. Д. Г. Виленского, а также возможность при этом проникнуть глубоко в природу прочности почв и клеющих веществ открывают перед этим методом широкие горизонты применения не только в области эрозионных исследований, но и во многих других областях агрономического и технического почвоведения» (37, стр. 364).

Дальнейшие исследования Горьковой, ставившие своей задачей выяснение взаимосвязи противоэрозионной устойчивости почв с их агрегацией, призели к генетической классификации почв по степени их противоэрозионной устойчивости и подтвердили правильность предположения, что «наиболее существенным показателем противоэрозионной устойчивости следует считать метод агрегирования распыленных почв при влажности агрегации с последующим испытанием агрегатов, дающий представление о прочности связи частиц. Метод размокания, по Виленскому, дает представление о поведении почв при снеготаянии, размывания—при дождях» (34, стр. 17).

Наконец, проведенные нами совместно с Б. В. Толстопято* вым и М. В. Ивановой исследования по влиянию влажшкти

при формовке и уплотнении образцов почв и грунтов на временное сопротивление сжатию и скорость размокания показали, что Не только механическая прочность, но и водоустойчивость почв и грунтов непосредственно после уплотнения и

Рис 29 Зависимость временного сопротивления сжатию (з), скорости размокания (t) и объемного веса {“() суглинистого чернозема в сухом состоянии от влажности в момент уплотнения

в высушенном состоянии обусловливаются состоянием влажности в момент формовки и уплотнения (рис. 29). Такая же закономерность наблюдалась при уплотнении почвы с добавкой цемента (8%) и внесением соли Na3P04 (0,1%).