Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

FEATURES OF DISPERSION ANALISIS OF SOILS WITHIN THE STEPPE DIRT ROADS

Frantseva N.N. 1 Bezgina Yu.A. 1 Glazunova N.N. 1
1 Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Stavropol State Agrarian University»
В Ставропольском крае полевые грунтовые дороги более развиты по сравнению с капитальными асфальтовыми. При этом зачастую разработанность дороги до эрозионных форм вынуждает прокладывать новые, параллельные данной дороге, пути. Вред, наносимый такими объектами, является существенным: в начале «страдает» растительность, а затем и почва. Развиваются водно-эрозионные процессы, которые совместно с механическим воздействием транспорта, разрушают дисперсионную структуру почвогрунта. Гранулометрический анализ почв был проведен в двух пунктах Ставропольского края на различных элементах дорог. Контролем служила целинная степь, не тронутая дорожной дигрессией. Объектами изучения были как действующая, так и дороги, уже не эксплуатируемые в течение разного времени. Выявлены существенные отличия по основным показателям как в двух пунктах, так и на элементах разновозрастных дорог. Анализы показали, что почвы дорог отличаются более легким дисперсионным составом по сравнению с контрольными участками.
In the Stavropol region field dirt roads are more developed compared with the major asphalt roads. In most cases the development of the road to the erosion forms forced to lay a new parallel this way. The damage to these objects is significant: in the beginning of the suffering the flora and vegetation, and then the soil. Developing water-erosion processes which together with the mechanical stress of transport destroy the dispersion structure of the soil. Particle size analysis of soils was conducted at 2 points in Stavropol region on the various elements of the roads. The controls were virgin steppe untouched by the road digression. The objects of study were both active and the road not operated during different time. Revealed significant differences on main indicators in 2 points and the elements of the uneven roads. The tests showed that the soil roads are more easy dispersion of the composition compared.
road
soils
fraction
particles
sand
clay
il
the Stavropol Krai

Дорога, являясь важным коммуникативным звеном между человеком и земным пространством, для экосистемы остается «чужеродным элементом» [1]. При этом полевые грунтовые дороги в Ставропольском крае развиты сильнее по сравнению с капитальными (асфальтовыми). Зачастую инициальная дорога трансформируется до эрозионных форм, которые оказываются непроходимыми для транспорта. Это вынуждает прокладывать новые пути, параллельные уже существующим. Поэтому объектами изучения в данной работе, являются грунтовые дороги и их сеть разного возраста и состояния.

Дорожная дигрессия оказывает существенное влияние вначале на растительность, а затем, постепенно, и на почвенный покров. В результате механического воздействия транспорта гибнут растения целинной степи. Почвенные частицы продуктивного слоя постепенно смешиваются с минеральными (глина, песок). Вскоре развиваются водно-эрозионные процессы и происходит перемещение стоком воды плодородных частиц почвы в отрицательные элементы микрорельефа. Различные виды транспорта уплотняют почву, что разрушает ее структуру (возрастает количество тонкодисперсных частиц), и в конечном итоге оказывает влияние на развитие водной и ветровой эрозии [8, 6, 11, 12].

Таким образом, почвенный покров разновозрастных дорог является важным объектом познания происходящих на ней трансформационных изменений. Изучая гранулометрический состав почвы, можно раскрыть его влияние на интенсивность развития водной и ветровой эрозий, на проходимость транспорта по грунтовым дорогам [4]. Ведь именно от содержания фракций частиц зависит интенсивность многих почвообразовательных процессов, связанных с превращением, перемещением и накоплением различных соединений в почве, а также все свойства и режимы (водно-физические, физико-механические, окислительно-восстановительные условия, поглотительная способность и другие).

Цель исследования – изучить дисперсионный (гранулометрический) состав почв под грунтовыми дорогами в зоне неустойчивого увлажнения центрального Ставрополья по сравнению с целинными участками степи.

Материалы и методы исследования

Существуют прямые и косвенные методы определения гранулометрического состава. Прямые методы позволяют непосредственно получить размер частиц в поле зрения оптического или электронного микроскопа. Косвенные же методы основаны на использовании физических свойств суспензии или моделировании природной седиментации [2, 3].

В данной работе применялся пипеточный метод в комбинации с ситовым, относящиеся к косвенным методам. Пипеточный метод основан на разделении частиц грунта по скорости падения в спокойной воде [3].

Определялось массовое содержание частиц различной крупности в процентах по отношению к массе сухой пробы грунта. Отбор образцов почвы проводился по ГОСТ 12071. Все измерения проводились в трехкратной повторности. При этом результаты вычисления гранулометрического состава грунтов определялись с погрешностью до 0,1 % [3].

В исследовании применялся экспедиционный метод сбора научной информации и как вспомогательный – метод сбора опросных сведений (возраст, история эксплуатации дорог и продолжительность демутации) [7].

Классификация механических элементов почвы приведена по Н.А. Качинскому: > 3 мм – каменистая часть почвы; 1–3 мм – гравий; 1–0,25 – крупный и средний песок; 0,25–0,05 – тонкий песок; 0,05–0,01 – крупная пыль; 0,01–0,005 – средняя пыль; 0,005–0,001 – мелкая пыль; < 0,001 мм – ил [3]. Первые два вида частиц из-за большого размера не включались в исследование.

Также нами были выделены грубодисперсные системы (фракция физического песка) – > 0,01 мм и среднедисперсные системы (фракция физической глины) – < 0,01 мм.

Грунт представляет собой сложную динамически изменяющуюся дисперсионную систему, в которую обычно входят собственно грунт, вода и воздух, заполняющий свободные от воды поры между его составляющими. Встречающиеся в природе грунты обычно представляют собой смесь песчаных (2–0,05 мм), пылеватых (0,05–0,005 мм) и глинистых частиц (< 0,005 мм), образующих гранулометрическую группу: пески, супеси, суглинки, глины [5].

Самой часто встречающейся почвообразующей породой центральной части Ставропольской возвышенности являются рыхлые осадочные четвертичные отложения – лёссовые карбонатные суглинки. В большинстве случаев они имеют вертикальную делимость, что обусловливает легкость их размыва атмосферными осадками. По классификации Н.А. Качинского в нашем крае они относятся к средним и тяжелым крупнопылеватым суглинкам.

В работе использовались почвогрунты двух пунктов Ставропольского края в зоне неустойчивого увлажнения – базовых стационаров в урочище Шалево и на Уваровой горе. Были изучены почвы разных элементов разновозрастных дорог – колеи и межколейного бугра. Почва целинной степи, не тронутой дорожной сетью, представляла собой контрольный участок.

Результаты исследования и их обсуждение

Почвенный покров разновозрастных грунтовых дорог изучался в пределах межколейного бугра и колеи в слоях, которые подвергались большей нагрузке транспорта: 0–10 и 10–20 см.

Результаты анализа показали, что в пункте Шалево на целине (контроле) почвы имеют тяжелосуглинистый состав, что обусловлено значительным содержанием в ней среднедисперсных частиц или частиц физической глины (менее 0,01 мм) – 48,3 % в слое 0–20 см (табл. 1). Выявлено, что доля физической глины возрастает с глубиной. Соответственно, доля грубодисперсных частиц составляла 51,7 %.

Таблица 1

Дисперсионный состав почвенных частиц на разновозрастных дорогах (среднее значение в слое 0–20 см)

Градация дорог

Элемент дороги

Среднедисперсные системы (физическая глина)

Грубодисперсные системы (физический песок)

Шалево (контроль)

48,30

51,70

Средневозрастная дорога (40 лет)

Межколейный бугор

44,80

55,20

Колея

42,75

57,25

Старовозрастная дорога (65 лет)

Межколейный бугор

45,15

54,85

Колея

47,05

52,95

Уварова гора (контроль)

8,55

91,45

Действующая дорога

Межколейный бугор

5,70

94,30

Колея

8,65

91,35

Средневозрастная дорога (30 лет)

Межколейный бугор

6,25

93,75

Колея

9,75

90,25

Преобладающей фракцией является тонкий песок (0,25–0,05 мм), доля которого 29,7–35,8 %. Обращает на себя внимание и высокое содержание фракции ила (< 0,001 мм) – от 25,3 до 27,3 % (табл. 2).

Таблица 2

Гранулометрический состав почвы структурных участков грунтовых дорог

Градация дорог

Элемент дороги

Глубина, см

Размер фракций, мм; содержание, %

1–0,25

0,25–0,05

0,05–0,01

0,01–0,005

0,005–0,001

< 0,001

Шалево – зональная степь (контроль)

0–10

0,9

35,8

15,9

9,4

12,7

25,3

10–20

0,8

29,7

20,3

6,7

15,2

27,3

Средневозрастная дорога (40 лет)

Межколей-ный бугор

0–10

0,4

38,2

16,5

8,6

12,2

24,1

10–20

0,4

36,6

18,3

9,8

12,9

22,0

Колея

0–10

0,9

39,7

17,7

6,7

12,4

22,6

10–20

0,4

36,4

19,4

7,9

11,7

24,2

Старовозрастная дорога (65 лет)

Межколей-ный бугор

0–10

0,8

37,3

17,2

8,0

13,1

23,6

10–20

0,4

35,6

18,4

5,6

14,7

25,3

Колея

0–10

0,8

36,7

16,1

8,7

13,6

24,1

10–20

0,7

36,0

15,6

6,9

13,0

27,8

Уварова гора – зональная степь (контроль)

0–10

82,9

7,2

2,4

2,2

5,3

10–20

85,2

7,6

1,3

2,1

3,8

Действующая дорога

Межколей-ный бугор

0–10

89,1

5,4

1,3

1,6

2,6

10–20

89,9

4,2

1,9

1,2

2,8

Колея

0–10

85,5

6,3

1,5

3,0

3,7

10–20

84,8

6,1

2,4

1,7

5,0

Средневозрастная дорога (30 лет)

Межколей-ный бугор

0–10

84,4

7,8

1,4

2,9

3,5

10–20

91,1

4,2

2,3

2,4

Колея

0–10

82,1

8,5

2,4

2,9

4,1

10–20

81,8

8,1

2,5

1,9

5,7

Средневозрастная дорога уже имеет облегченный состав почвогрунта и относятся к среднесуглинистым. В колее обнаружено уменьшение доли физической глины – 44,85 %, по сравнению с межколейным бугром 42,80 %, при этом с глубиной содержание этой фракции возрастает.

Старовозрастная дорога содержит физической глины больше (45,15–47,05 %), чем средневозрастная (почти столько же, сколько на контроле – под целинной растительностью). Поэтому почвогрунты старовозрастной дороги можно отнести к тяжелосуглинистым. Таким образом, можно сделать вывод, что восстановление дисперсионного спектра почвы старовозрастной дороги (не окончательное) связано с длительным (около 65 лет) отдыхом от воздействия транспорта.

Характерным показателем состояния почвенного покрова целины и разновозрастных дорог является доля тонкого песка. Этой фракции в пределах дорожного полотна больше по сравнению с целиной и с глубиной происходит уменьшение на всех элементах (на средневозрастной дороге – 36,4–39,7 %, а на старовозрастной – 36,0–37,3 %).

Следовательно, почвы опытного стационара Шалево под разновозрастными полевыми грунтовыми дорогами по гранулометрическому составу заметно отличаются от целинной степи и требуется долгий (более 100 лет) демутационный период для их восстановления [10].

Почвенный покров пункта Уварова гора имеет слабо сформированный дерновый горизонт и очень легкий состав из-за высокого содержания фракции мелкого песка. Это можно объяснить различными факторами, которые воздействовали многие годы на данный участок: повышенная инсоляция склона южной экспозиции, выход на поверхность сарматских песков. К тому же Уварова гора последние 200 лет является экстенсивным пастбищем села Шпаковского.

На целине, где антропогенный фактор слабо воздействовал на степную экосистему, почвы в слое 0–20 см являются песчаными, а с глубиной переходящие в материнскую породу – железистый песок.

Содержание физической глины по сравнению с предыдущим пунктом Шалево довольно незначительно: на контроле в пределах слоя 0–20 см составляет 8,55 %, что позволяет отнести их к песчаным почвам (песок связный). Обнаружено полное отсутствие фракции среднего и крупного песка (1–0,25 мм). А также выявлено характерное свойство почвогрунта на Уваровой горе – высокое содержание фракции тонкого песка – от 82,9 до 85,2 %.

В пределах полевых дорог доля среднедисперсной фракции (физической глины) в слое 0–20 см меньше, чем в зональной степи – 5,7–9,75 %. Это объясняется усиленным вымыванием во взмученном виде глинистой фракции с межколейных бугров в колею в более нижние слои, что характерно для данного типа почвы. Элементы дорог – колея и бугор – также отличаются повышенной легкостью состава, особенно на действующей дороге. При этом заметно уменьшение доли самой тяжелой фракции – ила на буграх дорог (2,4–3,5 %), по сравнению с почвами целинной степи (3,8–5,3 %).

Выводы

По ряду основных показателей почвенного покрова два пункта: Шалево и Уварова гора – существенно отличаются друг от друга. По дисперсионному анализу почвогрунтов можно заключить: в обоих пунктах колеи и бугры дорог отличаются более легким составом, что можно объяснить эрозионными процессами, выраженными более интенсивно на дорогах, чем на целине, существенно защищенной корневыми системами растений степи. Действие водной эрозии значительно уменьшает и содержание среднедисперсной фракции, уносимой водными потоками.

Для того чтобы гранулометрический состав почв под грунтовыми дорогами восстановился, необходимы долгие годы (более 100 лет). При этом выявлено, что демутационные процессы на межколейном бугре идут более интенсивно в Шалево, где подпочвой являются сарматские известняки. А на Уваровой горе прогресс более заметен в пределах колеи, что связано с некоторым уклоном южной экспозиции данного пункта исследований.