ИСТИНА

1. Проанализированы современные представления о преимущественных потоках влагах и на основе экспериментальных данных, выполненных в ходе работы над проектом, сформулировано следующее определение: Преимущественные потоки влаги в почвах– это локальные потоки воды, которые обусловлены пространственной неоднородностью свойств почв, формируются в услови¬ях интенсивного ее поступления на поверхность почв и характеризуются быстрым массопереносом, отсутствием фронтального промачивания и резко пониженной сорб¬цией веществ (влаги). 2. Изучены значение условий на верхней границе почв (напор и интенсивность поступления влаги), начальных условий, неоднородности физических свойств почв, анизотропии почвенных свойств на формирование преимущественных потоков влаги. Показана роль преимущественных потоков в дальнейшем режиме функционирования почв. 3. Исследована специфика передвижения влаги в комплексном почвенном покрове Владимирского ополья, показавшего значимость внутрипочвенного палеокриогенного рельефа в формировании вертикальных и латеральных конвективных потоков влаги. Проведены исследования почвенного покрова территории питомника декоративных растений, показавшего, в том числе, и наличие плужной подошвы, что ведет к перераспределению внутрипочвенной влаги за счет латерально движущейся верховодки по общему уклону и формированию поверхностно-оглеенных почв. 4. Проанализированы многолетние данные по вертикальному стоку почв Больших лизиметров Почвенного стационара МГУ, функционирующих с 1961 г и представлявших различные варианты насыпных слоистых почв. Показано, что через 7-12 лет происходит стабилизация почвенных свойств, выражающаяся в стабильности водного режима почв, наличия явлений быстрого проскока влаги вглубь почвенного профиля и за его пределы, замедления изменений свойств твердой фазы почв (гранулометрического, минералогического и агрегатного составов). Это обусловлено формированием влагопроводящего порового пространства и периодическим возникновением преимущественных потоков влаги в периоды интенсивного поступления влаги. 5. Проведенные специальные лабораторные и полевые эксперименты в различных почвенных конструкциях (гомогенных, смешанных и слоистых) показали, что формирование преимущественных путей передвижения влаги происходит в соответствии с объемом влагопроводящего порового пространства и водоустойчивостью структуры для насыпных почв. Для монолитов наиважнейшее значение имеет не столько объем порового пространства и распределение пор по размерам, сколько непрерывность и незамкнутость пор, что находит свое отражение в форме выходных кривых и гидрохимических параметрах массопереноса. По сути, физической основой формирования преимущественных потоков влаги является неоднородность почвенных свойств, которая присутствует всегда во всех даже в самых однородных песчаных почвах, которую иногда можно обнаружить лишь при переходе к более низкому уровню структурной организации почв. А значит перенос влаги преимущественными потоками – это принципиально характерное свойство почв в той или иной мере проявляющееся в зависимости от свойств почв и внешних условий. Обязательным условием формирования преимущественных потоков является возникновение напора влаги. Причем, напор – это не обязательно сплошной слой влаги на поверхности почвы – это и локальные напоры, которые могут возникать внутри почвенной толщи вследствие неоднородности почвенных свойств, способствующей накоплению влаги на менее водопроницаемых участках и приводящему к концентрированию потока в суммарный направленный вертикальный поток – воронку, туннель (funneled flow, funnel flow). Физическим обоснованием этого положения является то, что формирование напора в форме накопления влаги необходимо и для того, чтобы заполнить пространство крупной поры, трещины, в котором очень ослаблено воздействие поверхности твердой фазы почв. Таким образом, преимущественные потоки могут образовываться только при значительном поступлении влаги в почву. Другим условием, способствующим большей вероятности и большему проявлению переноса влаги по преимущественным путям является начальная низкая влажность почв. Здесь, по-видимому, работают несколько факторов. Это то, что именно крупные поры при иссушении профиля в первую очередь освобождаются от влаги. Тонкие же поры, даже при разрыве сплошности капиллярной влаги, содержат стыковую воду в виде отдельных промежутков влага - воздух. В этом случае резкая подача воды будет способствовать ее заполнению в крупных порах, в том числе и потому что в более мелких содержится защемленный воздух, не удаляемый увеличением напора. Другой значимый механизм может быть связан с тем, что при иссушении, особенно органогенных верхних горизонтов происходит гидрофобизация поверхности твердой фазы почв (Милановский, 2009), а значит что в сухой почве реальный объем поры, по которой может двигаться влага, сокращается и преимущество получают именно крупные поры. Именно это мы наблюдали на почвах Владимирского ополья, когда при проведении полевых фильтрационных экспериментов в засушливые годы происходило быстрое и глубокое проникновение влаги в глубь почвенного профиля. Для влажных лет верхний пахотный горизонт замедлял миграцию воды по почвенному профилю.

Основой формирования конвективных преимущественных потоков влаги является неоднородность почвенных свойств, которая присутствует во всех почвенных объектах. Поэтому перенос влаги преимущественными потоками – это принципиально характерное свойство почв в той или иной мере проявляющееся в зависимости от свойств почв и внешних условий. В специальных полевых и лабораторных экспериментах доказано, что обязательным условием формирования преимущественных потоков является возникновение напора влаги. При этом напор может возникать не только на поверхности почвы, но и в виде локальных скоплений воды внутри почвенной толщи вследствие неоднородности почвенных свойств. Это ведет к концентрированию отдельных потоков в суммарный вертикальный сток. Физическим обоснованием этого положения является то обстоятельство, что формирование напора необходимо для заполнения водой пространства крупной поры, трещины, в котором очень ослаблено воздействие поверхности твердой фазы почв. Следующим, способствующим большей вероятности и большему проявлению переноса влаги по преимущественным путям, является начальная низкая влажность почв. В этом случае резкая подача воды будет способствовать ее заполнению в крупных порах, в том числе и потому что в более мелких содержится стыковая влага, а защемленный воздух не удаляется увеличением напора. Возможность интенсивного поступления значительных объемов влаги в гумидной зоне приурочена в годовом цикле к периоду весеннего снеготаяния, осадкам ливневого характера, наблюдаемым, как правило, в летнее время, и может возникнуть при орошении почв. Проведенные исследования на разных уровнях организации почв (от насыпных почв до почвенного покрова) показали, что возрастании объема исследуемой почвы, вклад преимущественных путей миграции влаги увеличивается. Лабораторные и полевые модельные эксперименты на разных почвах, дают основание утверждать, что быстрые конвективные потоки влаги образуются во всех генетических горизонтах, но имеют и свои особенности, обусловленные спецификой строения порового пространства. Присущая почве анизотропность ведет к формированию не только быстрых вертикальных, но и латеральных направленных потоков влаги, которые отражаются в гидрофизических функциях и гидрохимических параметрах массопереноса. Для исследования и оценки вклада преимущественных потоков влаги в массоперенос в зависимости от цели исследования возможен подбор комплекса методов исследования почв, систематизации, разработке и апробированию которых было уделено внимание в данном проекте: анализ имеющихся гидрофизических методов исследования водоудерживания, массопереноса, визуализации движения влаги; использование выходных кривых для оценки вклада преимущественных потоков влаги; разработка метода температурной метки для условий лаборатории; полевой метод исследования напорной вертикальной и латеральной фильтрации влаги .