РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК
ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕЛИОРИРОВАННЫХ ЗЕМЕЛЬ
ДМИТРОВСКИЙ ФИЛИАЛ
МОСКОСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. ЛОМОНОСОВА
ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ
Поздняков А.И., Позднякова А.Д.
ЭЛЕКТРОФИЗИКА ПОЧВ
МОСКВА - ДМИТРОВ
2004 г.

А.И. Поздняков, «Электрофизика почв»
Рецензент: проф., д.б.н. Л.О. Карпачевский
«Рекомендовано Учебно-методическим Советом по
почвоведению классических университетов России в качестве
учебного пособия для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по специальности 01.3000 и направлению 510700
«Почвоведение»
Настоящее научно-методическое пособие подготовлено заместителем
директора по научной работе ДФ ГНИУ ВНИИМЗ, д.б.н., профессором
кафедры физики и мелиорации почв ф-та Почвоведения МГУ им. М.В.
Ломоносова, членом-корреспондентом РАЕН Поздняковым А.И. на основе
анализа как собственных, более чем 30-летних исследований, так и
литературных данных.
В пособии достаточно подробно описаны принципы, подходы, способы
и методики, используемые в перспективном направлении - электрофизике
почв. На основе современных методов, приборов и оборудования выработаны
новые технологические подходы, позволяющие проводить экспресс
обследования почв.
Пособие может быть полезно также научным и практическим
работникам разного профиля, работающим в области почвоведения,
мелиорации, земледелия, экологического мониторинга.
За дополнительной информацией и консультациями обращаться по
электронной почте: pozd(drncomm.ru или на сайт: tittp://www.landviber.conV
© ПОЗДНЯКОВ А.И., 2004

Введение
С электричеством сегодня связана практически вся созидательная
деятельность человечества. Среди многообразия электромагнитных полей
наиболее важными для понимания многих процессов в почвах
представляются стационарные электрические поля (СЭП).
Исторически сложилось так, что СЭП стали применяться в начале в
геологии. (Wenner, 1916; Шлюмберже, 1932.)
Правильное представление о распространении электрического поля
в геологических структурах было высказано еще в 1903 году Е.И. Рагозиным
в его монографии "О применении электричества к исследованию рудных
залежей". Однако, только через 20 лет, были разработаны как теоретические,
так и практические методы электроразведки постоянным током в геологии.
Дальнейшая разработка и применение методов электроразведки в
нашей стране началась с 1923 года в институте прикладной геофизики под
руководством А.А.Петровского.
Активно методы СЭП, в первую очередь, методы сопротивлений, в
геологии стали применять с 1929 года. Сначала метод
электропрофилирования (ЭП), а с 1936 года - метод вертикального
электрического зондирования (ВЭЗ). При измерении кажущегося
электрического сопротивления этими методами, питающие и приемные
электроды располагаются на одной прямой, симметрично общего центра,
который называется точкой зондирования (Петровский, 1930; Петровский,
Нестеров, 1932). Метод непрерывного электрического профилирования
начал использоваться в геологической и строительной практике сравнительно
недавно (в 80-е годы), он аналогичен ЭП, но при профилировании
используется переменное электромагнитное поле (Матвеев, 1982).
Сейчас на использовании электрических полей, законов их
распространения в разных средах (породах, грунтах, почвах и других)
основаны многие лабораторные и полевые методы, в первую очередь,
методы электроразведки в геофизике (Огильви, 1962 и др.)
Хорошо и широко известно, какое достойное и значительное место
геофизика занимает в геологии, гидрогеологии, грунтоведении,
метеорологии и т.д. Здесь созданы индустриальные технологии,
оснащенные современнейшими высокопроизводительными приборами.
3

1. Электрогеофизика в почвоведении
В почвоведении, куда эти методы пришли из электроразведочной
геологии, их стали использовать намного позже (Вадюнина и др., 1937-
1974; Боровинская и др., 1970-1984; Поздняков, 1974-2003)
К сожалению в почвоведении, почвенно-мелиоративной, почвенно-
земледельческой практике и смежных с ними областях эти подходы и
методы пока еще не нашли такого должного и широкого применения как в
геологии. Причины видятся, как в недостаточном научном обосновании их
применения, так и в недостаточном освещении в научной литературе опыта
их использования. Количество работ в почвоведении несравненно меньше.
Тем не менее, интерес к ним в почвоведении все же возрастает, особенно в
последние 20-30 лет (Вадюнина и др., 1937-1974; Боровинская и др. 1970-
1984; Поздняков 1974-2003; Кипнис и др. 1974-1976; Раисов 1973-1976, и др.)
В почвоведении изучение естественных электрических полей
интенсивно началось в 70-е годы XX века в основном на кафедре физики и
мелиорации почв МГУ им. М.В.Ломоносова. Методы сопротивлений в
почвоведении также достаточно активно начали применять с 70-х годов на
кафедре физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ
(Вадюнина, Кириченко, Хан, 1976; Карпачевский и др. 1983; Раисов, 1973,
1976; Хан, 1975; Хан, Кириченко, 1976; Поздняков 1974-2004).
В последние 10-15 лет, путем прямых наблюдений для реально-
функционирующих почв нами обнаружены и детально изучены естественные
электрические поля. Изучены также природа и процессы их формирования
(Поздняков А.И. и др., 1996, Поздняков А.И., 2001; Карпачевский и др., 1983)
В мировой зарубежной практике к настоящему времени существуют
также многочисленные, но большей частью лишь отрывочные сведения о
применении электрофизики в почвоведении в основном при решении
частных задач по оценке засоления no4B.(Austin, Rhoades, 1979; Halvorson
and Rhoadesl974, 1976; Lesch, Rhoades and others 1992; Mc.Neal and others
1970; and otiiers)
На других типах почв такие подходы и методы даже
рекогносцировочно не использовались или реализовывались непростительно
мало. Большинство работ посвящены не научному обоснованию методов
и распространению полей в почвах, а в первую очередь особенностям
практического применения подходов и опыта использования электрофизики
в почвоведении, мелиорации и экологическом мониторинге. (Аниканова,
Павлова 1976)
Применение этих методов при почвенно-мелиоративных и
экологических обследованиях позволяет проводить их на новом научно-
техническом и технологическом уровне. Это значительно (в несколько раз)
4

сокращает затраты на такие обследования и дает более объективную и
репрезентативную информацию, по сравнению с обследованиями
выполненными только на основе классических методов. На этапе
экономических трудностей в стране это особенно важно.
Важными отличительными особенностями предлагаемых
технологических разработок является способность электрофизических
методов проводить почвенные, почвенно-мелиоративные картирования и
другие обследования без нарушения почвенного покрова, выполняя
измерения с поверхности, а информацию получать до любой интересующей
глубины. Такими особенностями не обладает практически не один из
применяемых сейчас в почвоведении методов и подходов.
За последние 20-30 лет нашими исследованиями охвачены не только
зональные почвы основных генетических типов России - подзолистые, серые
лесные, черноземы различных фаций и разных областей, каштановые почвы
и т.д., но и интразональные почвы, например, засоленные, торфяные.
Исследовались также почвы ряда стран СНГ: каменистые почвы и пески юга
Украины и Крыма, сероземы Узбекистана и почвы некоторых районов
Казахстана. (Поздняков и др, 1996; Хан и др. 1976; Поздняков, Гюлалыев,
2004;)
Практически для всех перечисленных почв получен богатейший
материал по электрическим параметрам, установлены их специфические
значения, установлены зависимости от ряда основных свойств почв, что и
послужило научной основой успешного применения электрофизики на этих
почвах.
Это позволило решать широкий круг задач в различных областях
почвоведения, мелиорации и экологическом мониторинге, даже простой
перечень, которых впечатляет.
Это, в первую очередь, разные детальные и крупномасштабные виды
картирований - почвенные, почвенно-мелиоративные, агрохимические,
эрозионные и т.д. для самых различных почв. Причем, речь идет не о замене
классических подходов, а об их усилении и обновлении с помощью не
просто новой более совершенной техники, а создании новых технологий и
новых подходов к ним, более репрезентативных, быстрых и объективных.
Кроме того, в мелиорации и экологии возможно решение широкого
круга чисто прикладных задач - выявление потоков фильтрации, их скорости
и направления, глубины залегания фунтовых вод, зон подтоплений, глубины
иссушения почвы, промерзания-оттаивания и многое другое. Напомним,
что это выполняется без закладки разрезов и скважин или основывается на
незначительном их числе.
Широкое применение геофизических подходов в исследовании почв
позволяет также получать достаточно большие выборки данных, что весьма
сложно традиционными методами. Например, необходимые для
обоснованного применения таких современных методов как
5

статистические, геостатистические, ГИСовские и другие, требуются
огромные выборки данных. Широкое применение методов электрогеофизики
почв, будет служить стимулирующим фактором их более широкого
внедрения.
Концепция использования электрофизики, как технологического
подхода для почвенных и других обследований, впервые теоретически
обоснована авторами в монографии «Стационарные электрические поля
почв». КМК SC1ETIFIC PRESS, 1996.
Другое важнейшее направление в использовании электрофизики почв,
является метод естественного электрического поля, позволяющий изучать
самопроизвольно возникающие электрические поля в почвах.
Анализ, как в почвоведении, так и других смежных науках, работ, в
которых изучались различные электрические характеристики, связанные с
самопроизвольным проявлением естественных электрических полей (ЕЭП)
показал, что они обусловлены в основном диффузионно-адсорбционными
ЭДС, ЭДС суспензионного эффекта, граничными потенциалами или
потенциалами Доннана, мембранными ЭДС, электродными потенциалами, а
также диффузионными потенциалами особенно в водонасыщенных средах.
(Краев, 1965; Семенов, 1974). Теория этих явлений детально разработана для
водонасыщенных сред. Значительно сложнее дело обстоит с реализацией
естественных электрических полей в природной обстановке.
В почвах приоритет следует отдать диффузионно-адсорбционным
электрическим полям.
Наряду с диффузионно-адсорбционными ЭДС в водоненасыщенных
почвах, большое внимание должно быть уделено, так называемым
"переменным" электрическим полям, которые, как отмечается рядом
исследователей, в сильной мере зависят от атмосферного давления,
температуры, влажности и других физических факторов.
Изучение переменной составляющей ЕЭП нами активно проводилось
в последние годы. Выявлено, что естественное электрическое поле,
самопроизвольно возникающее и существующее в реальных почвах, это
электрическое поле, существующее в основном за счет процессов диффузии
и адсорбции подвижных носителей электрических зарядов.
Диффузионно-адсорбционные электрические поля почв, по-
видимому, основная, наиболее распространенная составляющая
естественных полей, обусловленная диффузией, осложненной адсорбцией
носителей электричества.
Подобные работы проводятся и за рубежом (Jumikis, 1977; Keller and
Frischknecht, 1966; Nadler, 1991, Rhoades and other 1975-1993)
Здесь также показано, что естественные электрические поля в
реальных почвах, по-видимому, можно рассматривать аналогичными
самопроизвольно возникающим ЭДС типа диффузионных или диффузионно-
адсорбционных для влагонасыщенных сред.
6

Следует также заметить, что все более широкое применение в
почвоведении получают такие исследования и методы, которые основаны на
использовании стационарных или, как их еще иногда не вполне корректно
называют, "постоянных" искусственно-создаваемых электрических полей в
почвах. К ним относятся методы вертикального электрического
зондирования, горизонтального профилирования (аналоги геофизических
методов электроразведки на постоянном токе)
Одним из важнейших параметров, характеризующих поведение
электрических полей в почвах является удельное электрическое
сопротивление.
Удельное электрическое сопротивление почв - параметр,
характеризующий способность почвы изменять величины электрического
тока и напряженности (электрических потенциалов) в почве, возникающих
после наложения на нее электрического поля.
Поскольку электрическое сопротивление прямо пропорционально
падению напряжения (см. формулу 1.1), то сопротивление можно
рассматриваться как параметр характеризующий поведение электрических
полей в почвах.
Способы измерения электрического сопротивления различают по
способам создания электрического поля, количеству и размещению
измерительных электродов. Такие измерения можно рассматривать как
«своеобразную реакцию на электрическое поле» разных почв.
В почвоведении получили распространения 4-электродные
симметричные прямолинейные установки электродов AMNB и способы
измерения сопротивления на их основе пришедшие из геофизики. На АВ
подается исходное поле и в этой цепи измеряется ток. На MN измеряются
разности потенциалов. Сопротивление рассчитывается по специальной
формуле A.1). Форма электродов может быть точечной или площадной
(Хмелевской, 1973,1979; Поздняков и др., 1979,1996).
/ [MN]
При площадных электродах АВ в почве создается однородное
электрическое поле, и поэтому измеряемое сопротивление называют
«истинным сопротивлением». Истинное удельное электрическое
сопротивление это такое электрическое сопротивление, которое измеряется
для относительно однородного объема почвы в однородном электрическом
поле.
Кажущееся удельное электрическое сопротивление это сопротивление
измеренное явно для неоднородного объема почвы в неоднородном
электрическом поле. Примером может служить горизонтальное
электрическое профилирование (ГЭП) - способ измерения электрического
сопротивления неизменной установкой AMNB, перемещаемой по линии
7

(профилю) и обеспечивающей измерение примерно одинакового по
мощности слоя почвы.
Вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ) - способ измерения
кажущегося удельного электрического сопротивления с глубиной на одном
месте. Это осуществляется путем заземления электродов АВ и MN с
нарастающими расстояниями между ними и постоянным центром на
поверхности почвенного покрова.
Послойное электрическое зондирование (ПЭЗ) - способ, совмещающий
особенности методов ВЭЗ и ГЭП и обеспечивающий одновременное
измерение удельного электрического сопротивления по вертикали и
горизонтали. Кривые ВЭЗ и ПЭЗ - функции зависимости кажущихся
сопротивлений от половины расстояния между электродами АВ
(полуразноса АВ).
Интерпретация ВЭЗ - получение реальных глубин почвенных
горизонтов (или групп идентичных слоев и горизонтов) и истинных удельных
электрических сопротивлений путем анализа кривых ВЭЗ - весьма важная
задача, которой уделяется большое внимание как в геофизике, так и при
использовании этих методов в почвоведении (Поздняков А.И., Позднякова
Л.А., Позднякова А.Д., 1996).
Мы здесь привели краткую справку о способах и методах измерения
удельного электрического сопротивления исключительно с целью показать то
колоссальное внимание, которое уделяется этому направлению. Во многом
оно превышает внимание к естественным электрическим полям в почвах.
Необходимо также подчеркнуть, что все эти усилия направлены чаще всего
на решения чисто практических прикладных задач.
А в месте с тем эти подходы и методы, как будет показано далее, могут
существенно обогатить почвоведение новыми взглядами на почву особенно
на ее энергетику. Но, к сожалению, пока эти методы используются в
основном без должного «почвенного» теоретического обоснования и не
всегда достаточно успешно, так как основываются на выработанных
геолого-геофизических подходах. Происходит это потому, что специфика
почвенных электрических исследований заключается не только в меньшей
глубине исследований, но и относительно небольшом, в сравнении с
геологическими, диапазоном варьирования сопротивления в естественных
условиях, а также целым спектром особенностей жизни почв. Например,
почва более динамичная система, чем геологические формирования. И это
сказывается на проявлении естественных и искусственных полей в почвах.
(Поздняков, 2001)
До настоящего времени сохранилось отношение к электрическому
сопротивлению как к показателю настолько сложно зависящему от столь
большого набора почвенных свойств, что осмысление полученных
наблюдений весьма затруднительно или вообще невозможно. Действительно,
если оценивать величину какого-либо отдельного почвенного свойства по
8

данным электрического сопротивления почвы то это удается только в
некоторых случаях, при наличии с ним сильной связи, доминирующей над
влиянием остальных свойств. (Хмелевской, 1979)
Но ценность информации, содержащейся в наблюдении
электрического сопротивления, заключается не только в примерах удачной
количественной оценки отдельных важных для практики почвенных свойств.
Именно зависимость сопротивления от совокупности общепринятых
характеристик почвы позволяет в ряде случаев использовать его для оценки
комплекса морфогенетических и других свойств и особенностей почвенного
профиля.
Причем, эти измерения электрического сопротивления, к сожалению,
пока рассматриваются только как свойство почвенного субстрата проводить
электрический ток и не расцениваются в качестве параметра способного
определять поведение электрических полей в почвах, как массивных
«объемных» проводниках. А именно, используя такие подходы и взаимосвязи
между свойствами почв и электрическим сопротивлением, нужно исходить не
из чисто прагматических соображений, а основывать их на законах
распространения электрических полей. В этом направлении в ряде случаев
получены как достаточно впечатляющие результаты, так и не менее
разительные неудачи.
Поэтому, изучение законов распространения искусственных
стационарных электрических полей в почвах до недавнего времени было
ограничено, в основном, засоленными почвами аридных регионов, как
наиболее понятной трактовки. В почвах других типов почвообразования
целесообразность их использования оспаривалась и до недавнего времени
бытовало даже мнение, что в незаселенных почвах их выраженность
недостаточна и не может иметь ни научного, ни практического значения
(Березин, Кипнис, 1978, Берлинер, Долгополов, 1954; Вадюнина, Кириченко,
Хан, 1976; Кипнис , 1974; Halvolson Rhoades, 1974; 1976)
Широкое использование наблюдений за стационарными
электрическими полями естественной и искусственной природы и
применение их методов до последнего времени сдерживается, во-первых,
отсутствием должного теоретического обоснования их поведения для
функционирующих в реальной природной обстановке почв, во-вторых,
отсутствием взаимосвязи параметров СЭП с теорий почвообразования. Ряд
наших работ были направлены на то, чтобы устранить эти пробелы. В
первую очередь на то, чтобы выработать представления о стационарных
электрических полях (СЭП) в почвах как фундаментальном свойстве почв
несущем, в том числе, и генетическую нагрузку.
9

2. Электрические поля и почвообразование "
На наш взгляд, важнейшей задачей при изучении электрических полей
в почвах является выработка теории взаимосвязи почвообразования и
генезиса почв с параметрами их электрических полей.
В результате анализа большого круга наших исследований
электрических полей можно утверждать, что естественные электрические
поля (ЕЭП), самопроизвольно возникающие в почвах и искусственно
создаваемые электрические поля в них, можно объединить в одну группу
стационарных электрических полей (СЭП), с общими закономерностями и
рассматривать в качестве фундаментального свойства почв, что позволяет
отвести им существенное значение при рассмотрении процессов
почвообразования и их энергетики (Поздняков и др., 1996, Поздняков, 2001).
Поведение СЭП тесно связано с процессами почвообразования, и было
объяснено нами исходя из электромагнетизма и термодинамики:
1. _ = _а - уравнение Максвелла;
дг е0
2. givgrad (р = -div Е = -4яо - уравнение Пуассона;
3. givgrad ф = 0 - уравнение Лапласа;
4- 0"±Af = g±n expF/ty/ RT] - уравнение Больцмана,
где атМ - плотность подвижных электрических зарядов; Е -
напряженность электрического поля; <р - потенциал электрического поля;
в - диэлектрическая составляющая.
2.1. Стационарные электрические поля и элементарные
почвообразовательные процессы.
В этом направлении нами на основе проведенных экспериментальных
исследований и известных литературных источников (Антропов, 1975; Тамм,
1989; Краев, 1965) разработаны теоретические концепции поведения СЭП в
почвах и модельные представления о них на морфонно-горизонтом,
профильном, катенно-ландшафтном и зональном уровне организации
почвенного покрова, основные положения которых следующие:
1. Первопричина формирования СЭП в почвах заключается в
формировании различных плотностей подвижных электрических зарядов
(катионов ЕКО и почвенного раствора), за счет и под действием
почвообразовательных процессов и, следовательно, связано с широким
комплексом свойств почв, характеризующих состояние почвенного
поглощающего комплекса и почвенного раствора.
2 Процессы почвообразования направлены на обогащение или
обеднение почвенных формирований - морфонов, горизонтов, почвенных
10

индивидуумов подвижными электрическими зарядами и тем самым изменяют
параметры СЭП в почвах (Герасимов, Глазовская, 1960, Добровольский, 1991,
Добровольский, Никитин , 2000). Процессы выщелачивания - оподзоливание,
лессиваж, рассоление, осолодение и другие аналогичные процессы,
увеличивая долю первичных, устойчивых минералов крупных фракций,
снижают плотности подвижных электрических зарядов и увеличивают
параметры СЭП. Процессы гумусонакопления, оглеения, торфонакопления,
окультуривания и другие подобные увеличивают плотность подвижных
электрических зарядов и тем самым снижают параметры СЭП. _ i
2.2. СЭП и профильная организация почв. " " А
Показано также, что в почвах основных генетических типов
параметры СЭП изменяются закономерно, что выявлено прямыми
экспериментальными измерениями непосредственно в природной обстановке.
Для каждого типа почвообразования установлены строго специфические
величины параметров СЭП в зависимости от интенсивности проявления
почвообразовательных процессов (табл. № 2 1 - 2.2).
Профильные кривые параметров СЭП почв основных генетических
типов отражают текстурно-химическую организацию и дифференциацию
профилей, а также сопряжены с интенсивностью проявления характерных
почвообразовательных процессов Так, в автономных ландшафтах гумидной
зоны, для целинных автоморфных, ненарушенных дерново-подзолистых
почв, установлено S-образное изменение параметров СЭП в профиле,
сопряженное с закономерным изменением большинства свойств - емкостью
поглощения, изменением Si02; R203 и ила.
В элювиальных горизонтах и морфонах, характеризующихся
интенсивным выносом высокодисперсных частиц и накоплением кварца,
полевых шпатов и других устойчивых минералов, оподзоливание
обусловливает относительную их обедненность подвижными электрическими
зарядами по сравнению с аккумулятивно-гумусовыми и иллювиальными
горизонтами, что определяет в них более высокие параметры. (Табл 2.1 А)
Супесчаные и песчаные разновидности морфонов, горизонтов и
почвенных профилей дерново-подзолистых автоморфных почв, имеющих
исходно высокое содержание Si02 и, следовательно, крайне низкие
плотности подвижных электрических зарядов, обладают весьма высокими
параметрами СЭП. ( Табл. 2.1 Б)
It

Табл. 2.1. Специфические значения параметров СЭП почв подзолистом W
болотного типов почвообразования.
Горизонты
Pg,Очм
Pq , ОММ
ф, мВ
I АВТОМОРФНЫЕ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫЕ ПОЧВЫ
А1
А1А2
А2В
В.(С)
А1
(А2А1)А1А2
(А2)А2В
В(С)
А\
(А2А1)А2
А2В
ВСС)
Апах
А2ост
В (С)
А1
А2А1
А2В(А2)
В (С)
Апах
А2ост
В (С)
А Не однородных суглинках
1 Слабоподзолистые
<150
150-200
100-150
30-50
<150
200-300
100-300
30-50
2 Среднеподаолистые
400-600
600-800
400-600
30-60
200-400
400-600
200-300
30-50
3 Сильноподзолистые и подзолы
«00-1000
>1000
600-800
30-50
400-600
>1000
200-400
30-50
4 Окультуренные
<50
50-80
<50
80-100
150-200
<50
Б На супесчаных и песчано-слоистых породах
1 Среднеподзолистые
800-1500
1000-3000
400-1500
200-1000
800-1000
1500-2000
800-1000
<400
2 Окультуренные
100-200
400-500
200-400
100-200
400-600
200-400
10-15
28-25
10-20
<10
15-20
30-50
20-30
<10
20-30
>50
10-20
<10
10-20
20-30
<10
П. ГИДРОМОФНЫЕ ПОЧВЫ НА ОДНОРОДНЫХ СУГЛИНКАХ
А1
(А2А1)А1А2
(А2)А2В
В (С)
А1
(А2А1.А1А2)
(А2.А2В)
(В.С)
А1
(А2А1.А1А2)
(А2.А2В)
(В,С)
1 Дерново-средне-подзолистая слабооглееная
400-600
600-800
400-600
30-60
200-400
400-600
200-300
30-50
2 Глееватая
200-300
300-400
80-150
30-50
200-300
200-250
80-100
<50
3 Глеевые
100-150
150-200
50-70
30-50
100-150
100-150
80-100
<50
15-20
30-60
20-30
<10
10-20
10-20
10
<10
6-10
10-15
<10
<10
р^-кажущееся удельное электрическое сопротивление, pQ - истинное удельно-
электрическое сопротивление, Ф - потенциал естественного электрического поля
12

В зависимости от степени выраженности процессов дерновости,
оподзоливания и иллювиирования изменяются лишь различные участки S-
образной кривой параметров СЭП при неизменно сохраняющейся ее форме.
Процессы окультуривания в дерново-подзолистых почвах направлены
на снижение параметров СЭП, которое происходит в соответствии с их
интенсивностью (Табл. 2.1).
Табл.2.2. Специфические значения параметров СЭП почв черноземного,
солончакового, солонцового типов почвообразования
Почва
Горизонт
Параметры
рк> Омм
р0 , Омм
ср, мВ
Черноземы типичные
А
В
40-60
20
40-60
20
10-20
0-10
Светлокаштановые
А
В
60-80
10-20
60-80
20-40
40-60
10-20
Солонцы
А
В
60-80
5-10
60-80
5-10
40-60
5-10
Солончаки
Асол
А
А
Асол
<5
10-20
10-20
<5
<5
10-20
10-20
<5
<5
10-20
10-20
<5
Процессы оглеения также снижают величины параметров СЭП по
сравнению с автоморфными почвами подзолистого типа почвообразования
сходного механического состава. Это объясняется накоплением ионогенных
соединений за счет распада алюмо и ферросиликатов в результате перехода в
подвижное состояние их продуктов - соединений железа, магния, алюминия,
а также формированием сложных органических и органо-минеральных
соединений.
В гетерономных ландшафтах гумидной зоны, где геохимически
подчиненные супераквальные ландшафты выполняют роль аккумуляторов
веществ поступающих с элювиальных автономных ландшафтов, параметры
СЭП распределены также сообразно катенно-ландшафтной организации
почвенного покрова: более высокие величины параметров СЭП наблюдаются
в элювиальной части катены, несколько меньшие в транс-элювиальном и
транс-аккумулятивно гидроморфном секторах супераквальной части катен, а
минимальные в подчиненных ландшафтах, где интенсивно протекают
13

процессы, направленные на усиление плотности электрических зарядов -
торфонакопление и оглеение (Карпачевский, Поздняков, Строчков, 1983).
Учитывая триаду Герасимова: факторы - процессы - свойства,
параметры СЭП косвенным путем связаны также и с факторами
почвообразования. К примеру, параметры СЭП почв сопряжены с
фитогенной структурой автономных и гетерономных ландшафтов (БПД)
через посредство различий в "напряженности" проявления
почвообразовательных процессов в них. В автономных ландшафтах, где
распространены автоморфные дерново-подзолистые почвы, ослабление
процессов гумусонакопления в ряду дерновые, дерново-подзолистые почвы и
подзолистые почвы, изменение состава растительности от луговых
ассоциаций к бореальньш, приводит к изменению комплекса свойств,
обуславливающих уменьшение плотности подвижных электрических зарядов,
что вызывает увеличение величин параметров СЭП в почвенной толще
затронутой процессами почвообразования (Карпачевский, 1977)
В почвах различных парцелл одного БГЦ, где различия в плотности
электрических зарядов формируются в соответствии с фитогенной
структурой БГЦ за счет незначительных изменений в количественном и
качественном составе ПИК и почвенных растворов, также происходит
нарастание величин параметров СЭП в оподзоленной толще почв для ряда
парцелл с усилением бореальных элементов растительности.
Рельеф служит наиболее мощным фактором, изменяющим параметры
СЭП почв, в следствии интенсивного распределения им вещества и энергии
при почвообразовании.
Зональная смена направленности почвообразовательных процессов от
процессов выщелачивания, имеющих преобладающее значение в почвах
подзолистого типа почвообразования, на процессы накопления веществ, в
почвах черноземного, солонцового и солончакового типов почвообразования,
приводит к соответствующему снижению параметров СЭП и изменению
формы профильного их распределения.
В черноземах наблюдается уменьшение параметров СЭП и смена их
профильного распределения на двухслойную в соответствии со слабой
двучленной текстурно-химической дифференциацией профиля.
Параметры СЭП каштановых почв мало отличаются по величине, но
форма профильной кривой имеет вид pv^ рпороды- В солонцах и солончаках
величины параметров СЭП еще больше снижаются в солонцеватых и
засоленных горизонтах. (Табл. 2.2)
Особое внимание уделено подразделению профильных кривых
параметров СЭП, измеряемых методами электрического зондирования (ВЭЗ)
почв всех исследованных генетических типов. Это интерпретация ВЭЗ.
Выявило полное соответствие их характера изменения с профильной
организацией.
14

На качественном этапе интерпретации данных СЭП (Ваньян и др, 1962,
1965), позволяющем получать результаты в величинах АВ/2,
характеризующих относительную глубину горизонтов (метод ВЭЗ) и в
величинах измеряемых параметров СЭП(ф, р) показано, что целесообразно
использовать методы численного анализа, например, метод конечных
разностей, как дающие наиболее объективные результаты
Количественный этап интерпретации, в результате которого
получаются истинные глубины залегания горизонтов по методу ВЭЗ и его
аналогов, а также истинное сопротивление, необходимо основывать на
решении уравнения Лапласа, описывающем распространение искусственно
создаваемых СЭП в почвах. Поскольку, большинство почв можно считать
горизонтально-слоистыми средами и решение уравнения Лапласа для
такого случая существует, методы интерпретации основанные на нем следует
признать наиболее совершенными (Матвеев, 1974, Овчинников, 1971,
Поздняков, Позднякова, 1980,1983, Позднякова, 1982,1984)
Так, с помощью алгоритмов и программ для персональных
компьютеров, произведена количественная интерпретация данных ВЭЗ
дерново-подзолистых целинных и окультуренных почв, черноземов и
коричневых почв Горного Крыма, которая показала хорошее соответствие
интерпретационных модельных представлений о почвенных профилях этих
почв реальному их строению (Поздняков, и др 1986)
"Ук
Я, Ом MJOO
Ч>
Я, Ом м 2Q ЛО
St.V
20
бО
too
140
■v_
i
i
~z=>
,
к
Рис.2.1. Профильные кривые электрического сопротивления основных
типов почв: а - дерново-подзолистые песчаные; б - дерново-
подзолистые суглинистые; в - серые лесные; г - темно-серые
лесные целинные; д • черноземы; е - светлокаштановые почвы.
15

Для автоморфных целинных, ненарушенных дерново-подзолистых
почв на однородных суглинках, супесях и песках выявлена трехслойность в
параметрах почвенного профиля, соответствующая группам основных
генетических горизонтов этих почв и имеющая следующие соотношения для
истинных величин сопротивления ргу^Рэтм^Ржш-нюроаа Для черноземов
ргум<рпороДы, а для коричневых скелетных почв вида р(Жвл>Рнвокел Во всех
случаях ошибки в определении глубины залегания выделяемых горизонтов
удовлетворительны для практики почвенных исследований. ( Поздняков и
др, 1986, 1989)
Следовательно, параметры искусственных СЭП почв, измеряемые
методом ВЭЗ и их аналогами, могут быть рассчитаны на основе уравнения
Лапласа. Это служит надежной основой интерпретации данных и
существенно расширяет область их применения, так как позволяет
определять реальные мощности горизонтов почв без их нарушения, проводя
измерения с поверхности.
Установлено, так же что параметры СЭП связаны со свойствами почв,
обусловленных плотностью электрических зарядов, зависимостями
Максвелла-Больцмана экспоненциального вида, в соответствии с законом
энергетического распределения носителей электричества в потенциальном
поле.
3. Электрические поля и свойства почв.
3.1. Электрические параметры СЭП и влажность
Влажность, пожалуй, первейшее свойство, которое вспоминается
почвоведу, как только заходит речь о влиянии почвенных свойств на
электрические параметры, например, на сопротивление. Именно первые
исследования зависимостей электрических параметров от свойств почв,
проводимые еще в начале 20-го века, относятся к исследованиям по
влиянию влажности на сопротивление. (Вадюнина, 1937; Воронин, 1986;
Баев, 1979; Боровинская и др. 1981)
Существует огромное количество подходов к выяснению зависимостей
между влажностью и сопротивлением (Табл. 3.1)
Как хорошо видно в табл.3.1, многие авторы получили криволинейные
зависимости между электрическими параметрами и влажностью, а также
засоленностью почв.
Тем не менее, другие исследователи показали, что криволинейные
зависимости получаются, если засоленность почв изменяется в большом
диапазоне.
Таким образом, если сильно засоленные образцы включаются в авалю,
то полученные связи обычно криволинейны. Вид и теснота связей
представлены для засоленности и электрических параметров в табл. 3.1.
16

Другие авторы предлагали полиномиальные функции различного порядка для
описания криволинейных зависимостей между электрическим
сопротивлением или проводимостью и засоленностью почв, растворов,
грунтовых вод.
Табл.3.1. Некоторые зависимости между свойствами почв и
электрическими параметрами
Авторы
<-BO
«лектрод
OB
Зависимости
Примерный ряд
свойств
Зависимости электрических параметров с влажностью
Низенков,
1932
Давидов,
1936
Archie, 1942
Аньян, 1961
Gupta and
Hanks, 1972
Рогозов, 1977
Троцкий,
1979
Семенов,
1980
Боровинская
и др., 1981
Seyfrted, 1993
Ferre et at,
1998
4
4
4
4
4
4
4
потенц
нал
4
2
2
W = a/ER 5 + b/ER г + с
W = a/ER г + Ь
ЕС = ЕС vS'Jb
ER = е"*ы -W '
ЕС - oEC ,W ь
W - 0.01 ЯЛ +2.1
£7? = Ъ - aW
р = Ь - aW
ER = a/W "
в = а + Ь Iog( ER )
ЕС = ЕС „в'ф"-"
HW-SW
N/S
N/S
WP-FC
HW-FC
0.021-0.1 gg1
HW-FC
N/S
WP-FC
0.1-0.4 m3m'
0.130.35 m3 m
Зависимость с температурой (t)
Аньян, 1961
Рейсов, 1973
Wells, 1978
4
Тоже
Тоже
ER =еа"ы W NS
BR ,г = ER „ [l - аAг - t, )] 0-50 "С
ln£Q = ЫЩг +lfa -/,)-&,(£ -1?)
N/S
Зависимости с засолением
Campbell et
al., 1948
Halvorson
and Rhoades,
1976
Chang et al.,
1982
2
4
4
ТС = аЕС *
ЕС = аЕС „ - b
ТС = аЕС i
N/S
лир
ЛИР
McNeal и др. A970), сравнив различные зависимости для подсчета
ионного состава почвенных растворов, получил, что экспоненциальная
зависимость подходит наилучшим образом. Le Brasg и Loyer A982)
17

рассматривали одновременное влияние содержания солей и влаги на
электрическое сопротивление в почвенной пасте. Они выяснили, что
электропроводность почвенной пасты является суммой экспоненциальных
функций содержания воды и проводимости почвенного раствора
Большинство видов связей (Табл. 3.1) криволинейны или линейны в
некотором специфическом диапазоне каждого свойства почвы. Этот факт
можно рассматривать как косвенное указание на применимость закона
распределения Болыщана при описании связей между электрическими
параметрами и свойствами почв, влияющих на объемную плотность заряда.
Согласно закону распределения Больцмана такие связи должны быть
экспоненциальными. Статистические различия между экспоненциальной,
степенной и полиномиальной зависимостями обычно незначительны,
особенно в ограниченном диапазоне изменения аргументов.
Думается, что главнейшая роль влажности в формировании
электрических полей в почвах заключается в изменении подвижности и
числа электрически заряженных частиц - плотности подвижных ~|
электрических частиц.
Влажность почвы влияет на подвижность электрических зарядов
сложным образом. Электрические заряды подвижны, когда они находятся в t
свободном почвенном растворе или формируют двойной электрический слой ,--.
на поверхности почвенных частиц. С увеличением влажности почвы от
воздушно сухой до полного насыщения, освобождается часть ионов,
адсорбированных на поверхности почвенных твердых частиц, что влияет на '
формирование двойного электрического слоя. Поэтому, подвижность
электрических зарядов обычно увеличивается с увеличением влажности v ,
почвы. Однако, на подвижность электрических зарядов влияет и >~\
подвижность почвенной влаги, поскольку вода также образует ионы, в
частности гидроксония. Вода удерживается в почве благодаря силам i
молекулярного притяжения, силами Вандерваальса и электростатического
взаимодействия между молекулами воды, молекулами раствора и твердыми :
поверхностями, а по последним представлениям и гелевыми структурами. •■
(Нерпинидр. 1967; Савич, 1977; Снакинидр., 1997). При низкой влажности
наибольшее количество почвенной влаги прочно удерживается в форме
пленок характерных для преобладающих сил молекулярного притяжения,
тогда как при высокой влажности наибольшее количество воды удерживается
относительно слабыми капиллярными силами между почвенными частицами
и капиллярами (Taylor and Ashcroft, 1972; Iwata et al., 1995). Количество ;
различных сил, вносящих вклад в удержание воды, меняются с изменением
влажности почвы (Нерпин и Чудновский, 1967; Nielsen et al., 1972; Foth, 1990;
Juryetal., 1991).
Y №1 >>T
18

3.2. Связи между электрическими параметрами и
некоторыми свойствами почв гумидной зоны
Особое внимание уделялось, взаимосвязи ЕКО я почвенных растворов
на электрические параметры. Почвы были подразделены нами на две
группы.
Первая группа - почвы, у которых ЕКО содержит Са+2, Mgf2, А1+3, и
FT. Эти почвы формируются процессами подзолообразования, лессиважем,
гумификацией, минерализацией, и глееобразованием в гумидиых зонах
(Wilding et al., 1983). Это дерново-подзолистые, оглеенные почвы, торфяные
почвы, серые лесные, черноземы могут быть рассмотрены как почвы первой
группы.
Процессы засоления, содообразования, гумификации и минерализации
в аридных и семиаридных зонах формируют вторую группу почв с ЕКО
состоящим из Са+2, Mg+2, и NaT.
Зависимости между электрическими параметрами и свойствами
получены нами для большинства почв гумидной зоны России. (Поздняков,
2001)
Экспериментальные зависимости между электрическими
потенциалами ЕЭП и различными катионяыми формами обмена в ЕКО
представляют собой экспоненциальные зависимости. Результаты
показывают, что электрический потенциал уменьшается с увеличением ЕКО.
Среди катионов ЕКО влияние уменьшается в последовательности
Ca>Mg>Al. (Табл.3.2).
Для А1 и Fe зависимость очень слабая или практически отсутствует.
Слабая зависимость и с А1, видимо, потому, что его количество в почве
мало. Кроме того, А1 и Fe существуют в нерастворимой форме в
минеральных структурах и не участвуют в реакциях обмена. Fe - ион
особенно инертен (немобилен) в почвах.
Табл. 3.2 Коэффициенты корреляции для зависимостей между
катионами почв и электрическими потенциалами, измеренными
in situ в дерново-подзолистых почвах.
Свойства
Са
Mg
Мп
Fe
Al
Ca+Mg
Са+А1
Ca+Fe
r
-0.48
-0.26
-0.152
-0.144
-0.085
-0.330
-0.272
-0.267
Свойства
Ca+Mg+Al
Al/(Ca+Mg+Al), %
(Ca+Al)/(Ca+Mg+Al)
(Ca+Mg+Al)+Ca
(Ca+Mg+Al)+Mg
(Ca+Mg+Al)+Al
(Ca+Mg+Al)+Fe
(Ca+Mg+Al)+Mn
г
-0.314
-0.356
-0.325
-0.340
-0.287
-0.255
-0.210
-0.263
19

Зависимость между электрическими потенциалами и суммой основных
катионов с (Ca+Mg) менее строгая, чем только с Са (Табл. 3.2)
Некоторая зависимость наблюдалась и для Мп. Электрический
потенциал ЕЭП возрастал с обменным Мп, что можно объяснить как
взаимосвязь с основными катионами. Обычно в почвах гумидной зоны
увеличение основных катионов происходит совместно с уменьшением А],
Fen Mn.
Зависимости между электрическим потенциалом и обменным
комплексом катионов улучшаются при добавлении данных других почв
гумидной зоны с аналогичным химизмом катионного обмена таких как, к
примеру, дерново-подзолистые и торфяные. Коэффициенты корреляции для
таких зависимостей с Са и Ca+Mg увеличиваются до - 0.768 и - 0.720,
соответственно.
Связи между электрическим сопротивлением, измеренным в
почвенных образцах, почвенных суспензиях и коллоидных суспензиях и
химическими свойствами этих почв, такими как емкость катионного обмена,
насыщенность основаниями и содержание Р и К, также обнаруживают
довольно высокий уровень взаимосвязей.
Уравнения регрессии для связей между электрическим
сопротивлением и различными почвенными свойствами представлены в табл.
3.3
Табл. 3.3. Уравнения регрессии и коэффициенты корреляции для
зависимостей электрического сопротивления и свойств почв
гумидной зоны.
Свойства (Y) | г I Уравнения регрессии
Электрическое сопротивление почвенных образцов
Насыщенность основаниями
Емкость катионного обмена
-0.82
-0.72
Y=362.5exp(-47.8 ER)
Y=287.4exp<-64.5 ER)
Электрическое сопротивление почвенной суспензии
Насыщенность основаниями
Емкость катионного обмена
Полевая влагоемкость
Подвижный фосфор
Зольность
-0.90
-0.89
-0.8
0.09
-0.21
Y=253.7exp(.44.8 ЕЯ)
Y=390.8eip(-64.7 ЕЯ)
Y=771.Jexp(-137.7£K)
Y=16.3expA.44 ER)
Y=45.9expM.17£«)
Электрическое сопротивление коллоидной суспензии
Насыщенность основаниями
Емкость катионного обмена
Полевая влагоемкость
Подвижный фосфор
Зольность
Общее содержание гумуса
-0.88
-0.87
-0.78
0.06
-0.22
-0.78
Y=25S.6exp(-48.0 ER)
Y=393.4exp(-74.7£«)
Y=771.1exp(-147.7 ER)
Y=18.4expA.08£'A)
Y=47.4exp(-4.7 ER)
Y=420.5exp(-56.4 ER)
20

Из этих данных следует, что многие из полученных зависимостей
экспоненциальны с высоким коэффициентом корреляции.
Более строгие экспоненциальные зависимости были получены для
емкости обмена и насыщенности основаниями. Коэффициенты корреляции
для связей с насыщенностью почв основаниями -0.90 и -0.88 для почвы и
коллоидной суспензии, соответственно. В другом случае коэффициенты
корреляции связей между емкостью катионного обмена и электрическим
сопротивлением были -0.89 для почвенной суспензии и -0.87 для коллоидной
суспензии.
Эти два свойства характеризуют количество обменных катионов в
почвах. Так как почвы в гумидной зоне имеют низкое количество
растворимых солей, обменные катионы играют важную роль в
электропроводности почв. В почвах гумидной зоны основные обменные
катионы относительно подвижны и главным образом они проводят
электричество.
Содержание гумуса также увеличивает способность катионного обмена
почв. Поэтому, относительно тесная связь (г = -0.78) была найдена для
общего содержания гумуса и электрического сопротивления коллоидной
суспензии. Высокий коэффициент корреляции (г = -0.78) был так же получен
для полевой влагоемкости и электрического сопротивления коллоидной
суспензии. Влажность почв гумидной зоны не ограничена осадками и
обычно определяется водоудерживающей способностью почвы. Поэтому
почвы с высоким содержанием глинистых частиц и гумуса склонны иметь
высокую насыщенность основаниями и высокую полевую влагоемкость.
Таким образом, в почвах гумидной зоны электрическое сопротивление
тесно связано строго экспоненциальными зависимостями с почвенными
свойствами, такими как емкость катионного обмена, насыщенность
основаниями, содержание влаги, гумус и другие, характеризующие
почвенный поглощающий комплекс.
Аналогичные связи были получены для электрического сопротивления
измеренного непосредственно в полевых условиях in-situ вдоль почвенного
разреза и с поверхности почвы методам ВЭЗ. Показаны связи между
различными формами железа и электрическим сопротивлением измеренным в
почвенных горизонтах с помощью четырехэлектродного профилирования.
Заметно, что связи были не так тесны, как в случаях измерений в почвенной
и коллоидной суспензиях в лабораторных исследованиях, но, тем не менее,
они заметны и экспоненциальны.
Связи электрических параметров и почвенных свойств,
характеризующих почвенные коллоидные фракции и емкость катионного
обмена становятся более строгими когда в регрессионный анализ включаются
почвы различных типов. Связи электрических параметров с емкостью
катионного обмена и содержанием гумуса скомбинированные для почв
первой группы весьма строгие и тесные - коэффициенты корреляции
21

достигают -0,67. Общая экспоненциальная зависимость действительна для
почв первой группы с аналогичным составом (композицией) катионных
обменных комплексов и почвенных растворов.
Следовательно, для описания зависимостей между электрическими
параметрами, измеренными в поле и лабораторных условиях и различными
свойствами почв характеризующими емкость катионного обмена и сорбцию
в почвах гумидной зоны, может быть использована экспоненциальная
функция. Связь более явная для свойств почв характеризующих коллоидный
состав и специфику почвенной поверхности, насыщенность основаниями,
содержание гумуса, чем для специфичных отдельных обменных катионов.
3.3. Связи между электрическими параметрами и
свойствами почв аридных регионов.
В почвах аридного региона емкость обмена состоят в основном из
катионов кальция, магния и натрия. Поэтому, электрические параметры, по-
видимому, должны показывать связи именно с этими катионами. В самом
деле, тесные экспоненциальные зависимости были получены между
электрическим потенциалом, измеренным на поверхности почвы методом
естественного электрического поля и суммой Са, Mg и Na ( г = -0.810,
Табл.3.4).
Для содержания только одного натрия и электрического потенциала
связь так же экспоненциональная с г = -0.599. Отношение Na/(Ca+Mg+Na)
связано с электрическим потенциалом линейной функцией с г = -0.543.
Электрический потенциал уменьшается с увеличением относительного
количества натрия в солонцах. Такой же тип линейной зависимости с г = -
0.356 был получен для отношения Al/(Ca+Mg+Al) и электрическим
потенциалом в подзолистых почвах гумидной зоны (Табл.3.4.).
Табл. 3.4. Коэффициенты корреляции для взаимосвязей между
катионами ППК и электрическими свойствами в почвах
аридных регионов.
Свойство
Щ
Vlg+Na
Ca+Mg+Na)
г
-0.599
-0.798
-0.810
-0.543
Свойство
(Ca+Mg+Na) / Са
(Ca+Mg+Na) / Mg
(Ca+Mg+Na)/Na
(Ca+Mg+N*)/(Ca+Mg)
г
-0.648
-0.627
-0.566
-0.682
Такие отношения важны для изучения генезиса почв, так как они
показывают степень выщелоченное™ и засоленности этих почв.
Полученные связи могут использоваться для изучения процессов
почвообразования. В табл. 3.4 коэффициенты корреляции для зависимостей
22

между комбинациями содержания Са, Mg, и Na в почвах каштанового
комплекса и электрическим потенциалом. Все зависимости имеют
относительно высокие коэффициенты корреляции.
Связь влажности почвы и электрического сопротивления так же
экспоненциональная, но явно менее строгая, чем полученная в лабораторных
условиях.
Связи между засоленностью почв и электрическими параметрами,
такими как сопротивление и электропроводность, тщательно изучались и
иностранными исследователями в лабораторных условиях на почвенных
пастах и суспензиях. Экспоненциальные зависимости между электрическим
сопротивлением и засоленностью почв аридных регионов были обнаружены
и в этих случаях во многих как в зарубежных, так и в отечественных
литературных источниках.
Было показано, что засоленность в почвах второй группы, являясь
суммарной характеристикой доступности электрических зарядов, строго
связана с общей засоленностью и показывает схематическую
криволинейную зависимость между электрическим сопротивлением или
потенциалом и засоленностью почв второй группы.
Электрические параметры, измеренные in situ, зависят от многих
свойств почв, таких как влажность, почвенная текстура, содержание гумуса,
совместно с засоленностью. Более того, засоленность при различных
наблюдениях варьировала в различных диапазонах. Связи между
электрическими параметрами и засоленностью более строгие при измерениях
в лабораторных условиях в пасте и суспензии. Тем не менее, в наших
полевых исследованиях были получены криволинейные зависимости для
электрического сопротивления или электропроводности измеренных in situ и
засоленностью в почвах аридных регионов.
Итак, в почвах разных типов почвообразования, наибольшая теснота
связей и экспоненциальный вид зависимостей выявлен для тех свойств,
которые прямо характеризуют качественный и количественный состав
почвенного поглощающего комплекса (Са, Mg, Н, A1) и свойств,
определяющих его опосредовано (содержание гумуса, содержание илистой
фракции).
В почвах солончакового типа почвообразования первостепенная роль
может быть отведена солесодержанию. В почвах солонцового типа -
содержание обменного Na+. н>
4. Почвообразование и стационарные ;
л электрические поля почв
На основе анализа наших собственных результатов исследований был
выработан подход позволяющий оценивать через измерение электрических
параметров энергетику почвообразования.
23

Перспективным в этом отношении представляется выдвинутая
Б.Г.Розановым и В.А.Ковдой идея о применимости первого уравнения
термодинамики для описания массопереноса и энергии в почвах.
"Почвообразование, как и любой другой природный процесс является
процессом энергетическим и, следовательно, подчиняется основным
фундаментальным законам термодинамики" — пишет Б. Г. Розанов в книге
"Почвенный покров земного шара" A977). Почвы являются открытыми
динамичными системами, находящимися в стационарном или
квазистационарном состоянии с другими составными элементами ландшафтов
(экосистем, БГЦ).
К таким системам вполне применимы законы термодинамики, в том числе
и первый закон термодинамики.
Уравнение первого закона термодинамики в случае применения его для
описания процессов почвообразования имеет вид.
£/",
8 Q+LU# M,=SU + S A, SQkSA
2^,ju,8 M, =8 U = const - массообменный параметр, в нашем случае,
электрогенных соединений.
Электрохимические потенциалы могут быть выражены через
химические потенциалы и электрическую составляющую энергии
Д = /",+*/ F(P
Тогда:
/= 1
£ ММ 1 + zF<P 1 = £ МпЩ2 + zF(P2
1 = 1 /= 1
или
где z - заряд частицы (иона); F - постоянная Фарадея;
JU,, Д - химический и электрохимический потенциалы, соатвсгщщевяо;
mlX,ml2 - величины тесно связанные с концентрациями.
Анализ уравнений показывает: "> •'
1. Изменение «химической» энергии «порождает электрическую»
энергию.
2. Чем выше в точке почвенного покрова величина «химической»
энергии, тем ниже в ней величина «электрической» энергии, т. е. ниже
электрические параметры СЭП - потенциал и сопротивление.
й1 ■> - ■
24

5. Стационарные электрические поля и
организация почвенных профилей основных 2
•"" зональных типов почв
Полученные экспериментальные данные позволили построить некоторые
обобщенные концептуальные модели поведения СЭП для основных генетических
типов почв на основе построения их почвенно-злектрических профилей.
Почвенно-электрический профиль является отражением модельных
представлений, сформированного в результате гкэтвообразсвательных процессов
реального почвенного профиля, наделенного электрическими характеристиками СЭП
и отвечает равновесно-стационарному состоянию, учитьшаюшему химическую и
электрическую составляющие энергии.
Каждому типу почвообразования соответствуют вполне определенные почвенные
процессы, ответственные за распределение вещества и энергии в почвенном профиле и
создающие, следовательно, вполне определенный почвенный и почвенно-
электрический профили.
Почвенно-электрический профиль может быть построен для каждого
генетического типа почвы или даже для более мелких таксономических единиц,
исходя из следующих соображений:
1. Почвенный профиль любой почвы можно условно подразделить на
элементарные горизонтально-слоистые участки однородные по свойствам в
вертикальном направлении. К таким подразделенным участкам почвенного профиля
могут быть применены представления, описанные для однородных почвенных
образований. Для построения почвенно-электрических профилей основных
генетических типов почв необходимо произвести группировку этих монослоев на
"однородные" по выраженности электрических параметров СЭП, или, что однозначно,
провести подразделение профильных кривых параметров СЭП на "электрически
однородные" слои. Важно также, чтобы это подразделение совпало с профильно-
генетической организацией почвы того или иного почвенного типа
Модель пснвенно-электрического профиля почвы должна быть также увязана и
с термодинамическими представлениями об энергетическом состоянии и
распределении подвижных электрических частиц в почвенном профиле.
5.1. Модели почвенно-электрических профилей основных ч
генетических типов почв
Модели почвенно-электрических профилей почв подзолистого, болотного и
черноземного типов почвообразования представляются следующими.
В дерново-подзолистых почвах дерновый и подзолообразовательньш
процессы формируют трехслойный профиль с соответствующим профильным
распределением плотности электрических зарядов и, следовательно, концентраций
и активностей подвижных ионов, находящихся в поглощенном состоянии и в
незначительных количествах в почвенном растворе.
25

Подразделение наиболее часто встречающихся для дерново-подзолистых
почв S-образных кривых изменения естественных потенциалов и электрического
сопротивления, измеренного по стенкам разрезов, выявляют трехслойность
профиля дерново-подзолистых почв в электрическом отношении с весьма четким
соответствием определенных величин СЭП генетических горизонтов.
Установление границ горизонтов путем подразделения профильных кривых
этих параметров СЭП на однородно-монотонные в поведении параметров СЭП
участки с помощью формально-математических методов без учета
закономерностей распределения и генерирования СЭП выявляют трехслойность
дерново-подзолистых почв по этим параметрам.
Для большинства дерново-подзолистых почв статистически достоверные
различия по параметрам СЭП установлены для трех горизонтов как генетически
однородных групп горизонтов: 1) аккумулятивно-гумусового горизонта, 2)
элювиальных горизонтов 3) иллювиальных горизонтов и материнской
подстилающей породы.
Такие закономерности в подразделении профильных кривых
параметров СЭП дают основания для построения модели почвенно-
электрического профиля дерново-подзолистых почв в виде трехслойного
разреза, в соответствии с распределением параметров СЭП в профиле и
энергетического состояния, характеризующегося химическими и
электрохимическими потенциалами.
Поскольку при стационарном состоянии почвенного профиля
электрохимические потенциалы каждого ионогенного соединения в каждой
точке профиля равны, то взаимосоответствия между параметрами,
характеризующими электрическую составляющую энергии должны быть обратны
суммарным химическим потенциалам индивидуальных электрических зарядов.
Следует иметь в виду, что почвенно-электрический профиль, являясь
моделью, схематически отражает только общие закономерности изменения в
профиле почв, так как строится на основе наиболее устойчивых различий в
параметрах СЭП и свойствах между горизонтами. Скорость изменения
параметров СЭП, как следует из закона Больцмана, не прямопропориионально
зависит от изменения плотностей электрических зарядов. Только при весьма малых
концентрациях подвижных электрических зарядов, характерных для обедненных,
подзолистых горизонтов, присуще резкое почти прямо пропорциональное
изменение параметров СЭП—левая ветвь экспоненты Больцмана.
В аккумулятивно-гумусовых и, особенно, иллювиальных горизонтах
дерново-подзолистых почв значительному изменению характеристик,
определяющих параметры СЭП, могут соответствовать небольшие
изменения самих параметров СЭП. Эта особенность описывается правой
ветвью экспоненты Больцмана.
В пределах генетических горизонтов, где изменение концентраций
(плотностей) электрических зарядов и химических потенциалов происходит не
очень резко, а достаточно плавно, — довольно плавно изменяются и параметры
26

СЭП. На границах различных по генезису горизонтов происходит резкое,
скачкообразное изменение почвенных свойств, плотностей и концентраций
электрических зарядов и, следовательно, резко изменяются параметры СЭП.
Модельные представления об естественных СЭП дерново-подзолистых почв
вытекают из подразделения почвенного профиля на электрически однородные слои. На
границе различных почвенных горизонтов с различными химическими
потенциалами происходит усиление генерации естественного электрического поля.
Градиенты этого поля направлены против сторонних электродвижущих сил.
В пределах однородных объемов почв, где практически не изменяются
концентрации подвижных ионов от точки к точке, также наблюдаются лишь
некоторые различия в естественных электрических потенциалах, т.е. ЭДС
распределены. На границах же различных по генезису почвенных горизонтов,
например, элювиальных с иллювиальными, происходит изменение химических
потенциалов более резко ("скачкообразно"), поэтому можно говорить о
сосредоточенной ЭДС.
Иными словами, дифференциация почвенной толщи приводит к
возникновению градиентов химических потенциалов, которые при
стационарном состоянии сформировавшегося почвенного покрова уравновешены
градиентами потенциалов естественного стационарного электрического поля
постоянных токов.
Поскольку за формирование неоднородности почвенного покрова
определенной территории ответственны почвообразовательные процессы, присущие этой
территории, то их "напряженность" и будет, в конечном итоге, опосредоваться в
напряженности электрического поля.
Существование двух разнонаправленных процессов — аккумуляции и
выщелачивания веществ, ответственно за формирование в профиле дерново-подзолистых
почв двух противоположно направленных сторонних ЭДС и напряженностей
электрических полей. По соотношению величин ЭДС можно судить о преобладающем
процессе
Если ЭДС] ОДСг, то в зоне сосредоточения меньшей ЭДС, будут происходить
процессы аналогичные процессам, происходящим в электрической ванне, что
вызовет трансформацию электрической энергии в химическую и увеличит подвижности
химических соединений, которые будут аккумулироваться в зоне формирования
иллювиальных горизонтов. Другими словами, электрически заряженные
соединения могут преодолеть первый потенциальный барьер, но задержаться
на втором.
Сосредоточению ионов определенного вида в пределах соответствующих
горизонтов или объемов почвы способствует существование потенциального
электрического барьера для этих ионов, что обуславливает стабильность почвенных
образований. Ионы могут преодолеть этот барьер лишь при получении
дополнительной энергии.
В пределах сформировавшегося профиля дерново-подзолистой почвы
наличие двух противоположно направленных барьеров электрических полей с
27

напряженностями Е, и Ег может в какой-то мере влиять на процессы миграции
ионов сквозь почвенную толщу. Можно полагать, что ионы, поступающие в
почву с растворами из разложившегося опада не могут в принципе задерживаться
в элювиальных горизонтах дерново-подзолистой почвы, так как они хотя
несколько и изменяют величину электрического потенциала этих горизонтов, но
не выровняв его по профилю почвы, будут подвергаться действию одной из
напряженностей (Е\ и Е>) существующего электрического поля и распределятся
соответственно установившимся величинам электрического потенциала
горизонтов почвы.
Каждому генетическому горизонту соответствует определенная
величина параметров не только естественных, но и искусственных СЭП, тем
самым слагается своеобразный профиль (разрез), названный нами почвенно-
электрическим, с определенными электрическими параметрами СЭП (рис 5.1)
25 20 15 10 5 0
(ХК) ОММ
+ + 4-
+ + +
ш
г гум . эл ^ илл
<р fM< <р \л > <р Xя
и^м > иэл <иилл
И Л ■* И г2 ^ И 1Ъ
_ гум ~ _ эл ^ _ win
Pi <Рг >Рз
Рис 5.1. Почвенно-электрический профиль дерново-подзолистых почв,
где: а- плотность электрического подвижного заряда
соответствующего горизонта; с — концентрация почвенного
раствора; ц - химический потенциал; ]Л - электрохимический
потенциал; <р - потенциал естественного электрического поля;
р -удельное электрическое сопротивление.
Стационарные электрические поля искусственной природы
распространяются в дфново-подзолистых почвах также согласно трехслойной
организации почвенного профиля.
Почвенно-электрический профиль представляет собой динамическую
модель. При рассмотрении причины возникновения контактной разности
потенциалов на границе раздела двух однородных почвенных тел мы считали, что
28

перераспределение ионов прекратится тогда, когда сторонние силы
уравновесятся с электрическими силами. Строго говоря, такого равновесия в
открытых системах, каковыми являются почвы, быть не может. Действительно,
сторонние ЭДС всегда изменяются — происходит постоянное изменение
градиентов химических потенциалов во времени и в пространстве.
Поэтому, естественно, что во времени такая модель будет претерпевать
определенные изменения, которые протекают в системе, например, на уровне
БГЦ, почвенного геохимического ландшафта или биосферы. Приток вещества в
почву с других составных частей системы и распределение его в почве приводит
к определенным изменениям в электрических параметрах почвенно-
электрического профиля, но не изменяют основного, стабильного,
стационарного его строения и состояния.
Таким образом, любое влияние на сформировавшийся почвенный покров,
связанное с притоком энергии, вызовет изменение градиентов химических
потенциалов в определенных точках почвенного покрова, а за ним изменение и
градиентов потенциалов электрического поля естественной и искусственной
природы. Поэтому появляется возможность по изменению величины
электрических потенциалов судить об изменениях химических потенциалов, а,
следовательно, и концентраций ионов в этих точках.
Степень выраженности процессов почвообразования формирует различия в
мощности и "зрелости" генетических горизонтов, что вносит определенные
элементы различий в профильные кривые параметров СЭП и почвенно-
электрические профили, оставляя без изменения их вид.
Усиление процессов оподзоливания в профилях дерново-подзолистых
почв от слабоподзолистых почв к сильноподзолистым и подзолам увеличивает
максимальные значения параметров СЭП в элювиальных горизонтах.
Усиление процессов аккумуляции гумуса при том же уровне
оподзоливания снижает параметры СЭП в аккумулятивно-гумусовом
горизонте, выполаживая эту монотонно изменяющуюся часть графиков
параметров СЭП, т.е. усиливает их наклон по сравнению с графиками в
однородных средах, представляющими собой вертикальные прямые. Уменьшение в
сильноподзолистых почвах и, особенно, подзолах аккумулятивно-гумусовых
процессов и усиление процессов оподзоливания может привести к
вырождению дернового горизонта, что приведет к двухслойной кривой
изменения параметров СЭП в профиле этих почв и двуслойному почвенно-
электрическому профилю.
В серых лесных почвах трехслойный характер изменения параметров СЭП в
профиле сохраняется, но величины их значительно меньше по сравнению с дерново-
подзолистыми почвами.
В этих почвах также продолжают действовать два элементарных
почвообразовательных процесса — дерновый (гумусонакопления) и процесс
аналогичный оподзоливанию — процесс разрушения и выноса минеральной части
почвы. Усиление процесса оподзоливания резко уменьшает параметры СЭП по всему
29

профилю. Градиенты потенциалов естественных СЭП, на границах гумусового
горизонта с оподзоленным и оподюленных с минеральными имеют значительно
более низкие величины по сравнению с аналогичными в дфново-педаатисгых почвах.
Такая маг закономерность соблюдается и для параметров жжукхтвенных СЭП
Дальнейшее увеличение гумусовакоплення, происходящее в различных
черноземах и в их аналогах северных гумидных районов — дерновых и
торфяных почвах, приводит к дальнейшему снижению параметров СЭП и изменению
профильных кривых СЭП фис.5.2-5.3)
50 100 150 200 мг-экв/100 г. 20 40 ОММ
и ™рф> ст f*
~ торф _ ~ глей
И п ~ И а
'•л с
торф
>С
глей
а
ф™рФ<(р™й
торф глей
л* il "* И ,2
торф глей
И 1 ^Г2
Рис. S.2. Почвенно-электрический профиль торфяных почв,
где а - платность электрического подвижного заряда
соответствующего горизонта; с - концентрация почвенного
раствора; /и-химический потенциал; // -электрохимический
потенциал; <р- потенциал естественного электрического поля;
р —удельное электрическое сопротивление.
Вчгрюземах, дгрновых и тф^нныхпгаахпрешхы гумуса
значительно уменьшают параметры СЭП, что их величина дга гумусовых горизонтов часто
ниже гюялилаюшей породы
Почвенно-алектрический профиль черноземов, как зонального типа почв,
имеет двухслойный характер с одной "сосредоточенной'' на границе гумусового
горизонта и подстилающей породы ЭДС, характеризующей "напряженность"
процесса гумусонакопления (рис5.3).
Черноземы "электрически забуфферены". Эти почвы по параметрам СЭП
попадают на правую нисходящую ветвь экспоненты, характеризующей по закону
Больцмана связь параметров СЭП по свойствам почв Эта расхождении в полной
30

мере относятся и к торфяным почвам, где происходит накопление гумуса, хотя и
другого качества, чем в черноземах.
Увеличение интенсивности процесса гумусонакопления и затухания процесса
оподзоливания, сопровождающиеся увеличением атотности электрических зарядов
посредством увеличения емкости поглощения в почвах зонального ряда, начиная с
дерново-подзолистых почв через серью лесные вплоть до черноземов, приводит к
постоянному снижению величин параметров СЭД а в черноземах к смене типа
профильной кривой этих параметров, подтверждая те самым и в зональном аспекте те
модельные представления о закономерностях параметров СЭП, которые были
подробно рассмотрены при анализе профильной организации почв.
Рис 5.3. Почвенно-электрический профиль черноземов,
где: а - плотность электрического подвижного заряда
соответствующего горизонта; с - концентрация почвенного
раствора; ц -химический потенциал; ft -электрохимический
потенциал; <р- потенциал естественного электрического поля;
р -удельное электрическое сопротивление.
В почвах этих типов почвообразования плотность подвижных зарядов в
основном определяется поведением и картиной изменения в почвенном
поглощающем комплексе таких ионов, как кальций, магний и водород Поэтому эти
изменения подчинены изменениям ионоудерживающей (сорбционной) способности
этих почв.
Ионы почвенного раствора, если и вносят какой-либо вклад в изменение
параметров СЭП в профиле этих почв, то этот вклад следует признать
малозначительным. Естественно, что это утверждение относится только к целинным
зональным почвам.
31

Интразональнью почвы, в какой-то мере засоленные почвы или почвы,
подверженные ашропогенным воздействиям, очень часто имеют давышеянсе содержание
катионов и анионов в почвенном растворе, по сравнению с зональными почвами лесной и
лесостепной зон.
В таких случаях типовая картина изменения параметров СЭП в профиле почв
подвергается трансформации в соответствии с изменением плотности электрических
зарядов в ППК и в почвенном растворе, а также в соответствии с протекающими
процессами почвообразования, догюдняющими "типовые" почвообразовательные
процессы.
Аналогичная закономерность проявляется при заболачивании дерново-
гедаолисгах или серых лесных почв, что часто сопровождается увеличением не только
почвенной поглощающей способности, но и обогащением почвенного раствора
нейтральными и электрически заряженными соединениями. Спорадическое или
закономерное накопление в профиле черноземных почв легкорастворимых: солей
также приводит куменьшению параметров СЭП, по сравнению с типовыми кривыми для
зональных почв.
Дальнейшее накопление легкорастворимых солей и появление в ППК весьма
активного Na" определяет и дальнейшее снижение СЭП по сравнению с незаселенными
ашетамндачввюжкых зонах—лесостепной н, особенно, степной, натуяуешннойи
пустынной зон. В этих зонах, как известно, интразонально распространены солонцы,
солончаки и солоди (рис.5.4-5.6)
* 25 гр 15 10 О 10 15 ЭР 25 * 15 ЗР Ом-*<
илп
f* a
Рис.5.4. Почвенно-электрический профиль солончаков, где а-плотность
электрического подвижного заряда соответствующего
горизонта; с ~ концентрация почвенного раствора; ц -химический
потенциал; ju - электрохимический потенциал; <р-потенциал
естественного электрического поля; р -удельное электрическое
сопротивление.
32

Почвенно-электрический профиль солончаков наименее
дифференцирован по электрическим параметрам СЭП, что связано с
достаточной его обогащенностъю не только ионами, находящимися в
поглощенном, сорбированном состоянии, концентрации которых достаточно
выровнены в профиле, но и ионами почвенного раствора.
А РИ^ИЧГ
Е
В
Nn
СМ 20 15 10 5 О 5 10 15 20 '*
10 .ЯО ftO 90 ОМ.1И
„ сол^ __ несол
а. >а2
сап несол
Р п ~ f* а
_ сол несол
С il >С B
<рГ«р
сол несол
Р й > И п
п сол. _ несол
Pi < Р 2
Рис 5.5. Почвенно-электрический профиль са/юнцов, где: а - плотность
электрического подвижного заряда соответствующего горизонта; с -
концентрация почвенного раствора; ц -химический потенциал; (Л -
электрохимический потенциал; <р -потенциал естественного
электрического поля; р -удельное электрическое сопротивление.
АО
А
Е
388$
щт
в
N«
30 25 20 15 10 5 О 5 10 15 2025 30 35 40
_ гум~ _ ал ^ __
Р й
и. = и
Р i2 Р П
*~ i\ * ^ i2 ^ L i3
т гул* - ,». ал . „ илл
<Р \ «Р 2 > 9 3
мг>м:л2<^7
рГ<Рг>Р?
Рис.5.6. Почвенно-электрический профиль солодей, где: а - плотность
электрического подвижного заряда соответствующего
горизонта; с - концентрация почвенного раствора; /J -химический
потенциал; ju -электрохимический потенциал; <р- потенциал
естественного электрического поля; р -удельное электрическое
сопротивление
33

; 5.2, Общие закономерности в поведении СЭП на катенно-
* ландшафтном и зональном уровне организации почвенного
f покрова
Выдвинутые концепции о законах формирования и распределения
СЭП в почвах хотя и носят гипотетический характер, но подчиненность
параметров СЭП фундаментальным законам электромагнетизма
Болыдаана, Пуассона, Лапласа показанная для почв основных типов
почвообразования, согласуется с термодинамическими представлениями о
квазиравновесном состоянии почвенных образований на уровне морфона,
горизонта, профиля с учетом электрической составляющей энергии.
Продемонстрируем это положение и для более высокого уровня организации
почвенного покрова таких как катенно-ландшафтный и зональный.
5. 3. Модельные представления о СЭП на катенно-
ландшафтном уровне организации почвенного покрова
Перераспределение вещества и, в первую очередь, его массы,
являющееся основным результатом геологического и биологического
круговорота веществ, под действием геологических и почвообразовательных
процессов, служит первопричиной, обуславливающей генерацию естественных
и распределение искусственных СЭП в почвах.
Сформированные ландшафтно-географические и почвенно-геохимические
пояса на планете, характерные для них типы почв с вполне определенным
строением, организацией и дифференциацией почвенного покрова обладают
определенными, достаточно стабильными (стационарными или
квазистационарными) параметрами СЭП.
Созданная в результате почвообразования дифференциация мобильных,
подверженных передвижению веществ определяет массоперенос и характеризует
перераспределение в природном комплексе (ландшафте, почвенно-
геохимической зоне и т.п.) "свободной энергии".
В катенно-ландшафтном ряду почв, начиная с водораздела к
пониженным участкам или к пойме реки, формируется закономерная смена
параметров СЭП. Например, нами показано, что закономерно снижается
величина электрического сопротивления и потенциалов в поверхностных
горизонтах почвы в ряду дерново-годзатистые автоморфные A) — дерново-
подзолистые гидроморфные B) — торфяные C). На глубинах распространения
элювиальных горизонтов первых двух почв эти различия становятся еще более
резкими и снижаются в иллювиальных горизонтах. Другими словами, изменение
параметров СЭП наблюдается в почвенной толще затронутой
почвообразовательным процессом. (Рис. 5.7)
V '<■ ЛК
34

ландшафтно- кошенного сопряжения гумидной зоны.
На ландшафтно-катенном уровне организации почвенного покрова
возможны оценочные исследования пространственной структуры и
направленности накопления веществ, подверженных воздействию
почвообразования, то есть, возможна оценка итога распределения вещества в
основном компоненте ландшафта, его "зеркале" — почве
а
5.4. Модельные представления о СЭП на зональном уровне ;к
организации почвенного покрова
В зональном аспекте, при объяснении поведения СЭП весьма важно то,
что характерный почвообразовательный процесс или несколько
специфических для того или иного типа почвообразования процессов, создают
закономерно присущее только этому типу почвы изменение характерных
генетических свойств, которые определяют распределение плотностей подвижных
электрических зарядов и, следовательно, закономерную смену величин
параметров СЭП в зональных типах почв и в индивидуальном почвенном профиле.
(Добровольский, 1991; Добровольский, Никитин, 2000).
Направленность процессов почвообразования на аккумуляцию или вынос
вещества в почвенном профиле, наблюдаемая в различных ландшафтах и
почвенно-климатических зонах, приводит к формированию таких величин в
параметрах СЭП, распределение которых даже в зональном ряду и в почвах
•сатенно-ландпифтных образований представляются связанными Больцмановской
35

экспоненциальной зависимостью, то есть распределение вещества и энергии, в
том числе и электрической, в почвах подчиняется закону энергетического
распределения Максвелла-Больцмана. (Тамм,1989).\
Ч>,мВ Я,
<боо
60
40
30
20
10
so
зо
10
SOO
400
2O0
1О0
В. глин» f Черноземы ) ( Торфяные 1
20
60
ЕКО,
100
С. %
зо
- Ю|-
t
А. солонцов
Х~т.
солонцов
Засоленные
Jc
Солончаки
ОД
Засоленность, ЧЬ
Рис.5.8. Распределение почв и их горизонтов по электрической
сенсорности. а - в гумидной зоне: б - в аридных регионах
Так, почвы и их диагностические горизонты, в которых преобладают
процессы накопления вещества: черноземы, торфяные, засоленные, имеют
свойства, определяющие плотность подвижных электрических зарядов и
параметры СЭД "размещающиеся" в правой, выположенной ветви асимптоты В
этих почвах значительные величины плотности электрических зарядов и их
изменения приводят к мало изменяющимся параметрам СЭП Такие почвы можно
назвать "электрически забуфференными". Применение методов СЭП в них
затруднено, хотя и возможно.
Левая, восходящая ветвь Больцмановской экспоненты, где "размещаются"
почвы, имеющие в своем профиле элювиальные диагностические горизонты
(эпипедоны) с резко обедненными концентрациями электрически заряженных
частиц и соединений, характерна для дерново-подзолистых, серых лесных почв,
солодей и тд Здесь применение методов СЭП наиболее переспекшвно.
Причем размещение областей, связывающих свойства почв и параметры
их СЭП подчиняются строгим закономерностям.
Таким образом, подводя итог этой части изложенного, отметим, что
параметры СЭП определяются плотностью подвижных электрических зарядов,
которые в свою очередь обуславливают комплекс свойств, характеризующих
сорбционные и диффузионные свойства почвенных морфонов, горизонтов,
профилей и генетических типов почв и опосредовано (косвенно) определяются
36

внешними по отношению к почве факторами: типом ландшафта, почвенной
геохимической провинцией, климатической зоной.
Практически любой специфический почвообразовательный процесс, в
результате которого накапливаются или выщелачиваются в профиле того или иного
генетического типа почвы вещества и ионогенные соединения, отражается на
параметрах СЭП так, что их величина и изменение в профате будут характеризовать
организацию и степень дифференциации почвенного профиля.
Бывает в совершенно разных типах почв, где протекают различные
элементарные почвенные процессы, например, соленакопление и
торфообразование, подзолообразование и выщелачивание верхних горизонтов,
формируются одинаковые или близкие величины СЭП. Эти факты необходимо
рассматривать не как недостаток, а исклкяительно как достоинство методов СЭП,
поскольку, измеряя только параметры СЭП и, естественно, зная в какой
почвенной зоне находится исследователь, имея также хотя бы общие
представления о почвенной ситуации исследуемого региона (района,
объекта), можно методами СЭП детально изучать любые почвы и решать весьма
широкий круг научных и практических задач
Направленность процессов почвообразования на аккумуляцию вещества,
наблюдаемая в различных почвенно-климатических зонах, приводит к
формированию схожих по степени дифференцирования и массонакоплению
почвенных профилей, а, следовательно, и схожих картин в изменении СЭП и
кривых изменений параметров СЭП. Выщелачивание также формирует свои
схожие профили.
Основными герерасгфеделигелями "ачюрической" энергии при почвообразовании
следует признать элементарные почвообразовательные процессы, т.е.
внутрипочвенные факторы, а не внешние — рельеф и растительность, как
отмечается в ряде геофизических работ, хотя, несомненно, определяющее
влияние последних на первые.
Каждый элементарный почвенный процесс или их сочетание
ответственны за формирование профиля определенного типа почвы с
определенным довольно строгим чередованием основных групп генетических
горизонтов и, следовательно, определенной закономерностью в изменении
параметров СЭД определенной кривой того или иного параметра СЭП:
двухслойной, трехслойной или другой.
Интенсивность или выраженность того или иного элементарного процесса
почвообразования определяет степень выраженности "зрелости" и т.д., того или
иного генетического горизонта или группы генетически однородных
горизонтов, что в свою очередь влияет на величины параметров СЭП.
Перераспределителями энергии опосредовано, через почвообразовательные
процессы, как уже отмечалось, выступают факторы и условия почвообразования
— растительность и рельеф.
Изменение типов растительности вслед за климатическими поясами,
приводящее к определенному сочетанию условий почвообразования,
37

формированию почвенно-геохимических поясов или провинций, а также
определенному "типу" в перераспределении энергии - формирует определенные
типы почв и, следовательно, СЭП с определенной величиной потенциала и
сопротивления. Это следует из данных о СЭП почв основных генетических
типов.
Различные типы растительности и пород на уровне более мелкой
структурной организации, т.е. на уровне БГЦ и его парцеллярной структуры,
также формируют свои почвы, обычно различающиеся на уровне рода, со своими
специфическими особенностями и свойствами, что незамедлительно отражается
на интенсивности СЭП. Такой случай встречался при анализе материала для СЭП
дерново-подзолистых почв различной степени дерновости и оподаоливания,
формирующихся на одной материнской породе, но по различными типами
растительности.
Рельеф является одним из наиболее мощных распределителей энергии, как
в качестве непосредственного (прямого) действия, так и в качестве
опосредованного, через распределение климатических и растительных
факторов, т.е. через посредство цепи сопряженных БГЦ и соответствующих
им катенных почв. Рельеф, как определенное условие почвообразования
является наиболее существенным фактором, определяющим распределение
вещества и энергии.
Распределение "климатических" и "растительных" факторов
почвообразования по склону, являясь косвенным воздействием
почвообразования, формирует почвы катен и, следовательно, производит
закономерное массораспределение подвижных (подверженных воздействию
почвообразовательных процессов) веществ, а в конечном итоге, подвижных
зарядов и параметров электрических полей.
Примером, как уже отмечалось, могут служить почвы катен: дерново-
подзолистые автоморфные почвы, дерново-подзолистые различной степени
гидроморфизма (поверхностно, "псевдооглееные"), оторфованные, торфяные.
Накопление общей массы подвижных, подверженных воздействию
почвообразования, веществ в более низких элементах рельефа, во-первых,
компенсируется более низким энергетическим положением в поле тяготения, а
во-вторых, более "низкими" менее интенсивными энергетическими полями.
Перераспределение вещества в ландшафтах, расположенных на поверхности
планеты ландшафтно-географических поясов позволяет, также как и при изучении
почвенного профиля и его организации, изучать и оценивать массо и
энергетический обмен и баланс этих почвенных образований, используя
стационарные электрические поля почв.
Распределение веществ и массоперенос в таких системах, приводящий
к закономерно-треидовой смене почв приводит к тому, что на более низких
участках склона практически всегда формируются более обогащенные
разновидности и типы почв. 4,
38

Перераспределение веществ в процессе почвообразования не одинаково
влияет во всем диапазоне его изменения. В некоторых случаях, при крайней
обедненности всего профиля или его определенной часта носителями подвижных
зарядов, даже малейшее их изменение может привести, в соответствии с законом
распределения Больцмана, к резкому изменению параметров СЭП Этот случай
соответствует концентрациям на левой восходящей ветви экспоненциальной
зависимости параметров СЭП от плотности электрических зарядов.
Наоборот, даже значительные изменения в плотности электрических
зарядов могут почти не изменять параметры СЭП — правая нисходящая ветвь
экспоненциальной зависимости.
Отсюда следует, что одни и те же по "напряженности"
почвообразовательные процессы по разному отражаются на изменении
параметров СЭП Прослеживается явная схожесть между СЭП следующих почв:
1) дерновых, торфяных, черноземов, солончаков;
2)дерново-подюлистых, светло-каштановых, солонцов и солодей.
Заметим, что черноземы, торфяные и засоленные почвы, хотя имеют
разный генезис, разные причины накопления различных веществ, но с точки
зрения энергетического состояния результат один — происходит явное
накопление веществ, а, следовательно, увеличивается концентрация и плотность
подвижных электрических зарядов, что приводит к формированию
недифференцированного почвенного и почвенно-электрического профилей.
В дерново-подзолистых и светлокаштановых почвах происходит резкое
перераспределение вещества в пределах почвенного профиля, резкая его
дифференциация, чему свидетельствует резкая дифференциация в величинах
параметров СЭП
Почвенные процессы, связанные с гидроморфизмом, окультуренностью,
гумусонакоплением, оторфованностью, соленакоплением приводят к
увеличению количества, а, следовательно, плотности электрических зарядов и
снижению параметров СЭП Тем не менее, действие этих процессов одинаковой
интенсивности ("напряженности") по разному будет сказываться на величинах
СЭП, в зависимости от свойств той или иной среды.
Оглеение в подстилающей породе дерново-подзолистой почвы мало
уменьшает параметры СЭП, потому что плотность электрических зарядов в этих
горизонтах без того высока и соответствует правой нисходящей ветви экспоненты.
Поверхностное оглеение в оподзоленном горизонте, хотя и
незначительно изменяет концентрацию подвижных электрических зарядов, но
резко снижает параметры СЭД что соответствует восходящей ветви экспоненты.
Аналогичная картина происходит при наложении процесса гумусонакопления
на процесс оподзоливания.
Процессы выщелачивания веществ — оподзоливание, лессиваж,
рассоление, рассолонцевание приводят к уменьшению содержания подвижных
носителей электрических зарядов и увеличивают параметры СЭП -г- wy •
39

Отсюда следует, что черноземы и торфяные почвы являются наиболее
забуфференными в "электрическом отношении" почвами, в которых влияние
смены условий и факторов почвообразования на параметры СЭП сказывается
наименее значительно.
И, наоборот, в дерново-подзолистых почвах даже слабое влияние
почвообразовательных факторов резко изменяет показатели электрических
полей особенно в верхних, наиболее существенно затронутых
почвообразовательными процессами, горизонтах.
В почвах солончакового и солонцового типов почвообразования
прослеживается такая же закономерность в изменении параметров СЭП.
По-видимому, можно утверждать, что картина изменения плотности
электрических зарядов, вслед за энерго и массообменом, формирует СЭП, что является
весьма существенным фактом почвообразования.
Высокие параметры СЭП свидетельствуют о том, что эти почвенные
образования уже обеднены подвижными соединениями и обогащены такими,
которые практически мало подвержены дальнейшим изменениям.
Если сравнить элювиальные и иллювиальные горизонты, например, в
солонце, то иллювиальные горизонты можно рассолонцовывать, а подвергнуть
дальнейшему осолодению элювиальные горизонты значительно труднее. Еще
более ярко эта особенность проявляется в подзолистых почвах по отношению к
накоплению SI02, полевых шпатов и другие устойчивых минералов.
Различия в химических потенциалах подвижных ионов в почвенном
покрове является причиной генерирования и формирования в почвенном покрове
естественных СЭП.
Почвенный покров можно представить в виде гигантского источника с
распределенной диффузионно-адсорбционной ЭДС.
Естественные СЭП — суть природное явление не только отражающее
результат энерго и массопереноса, но самостоятельно влияющее на него.
Искусственные СЭП можно рассматривать лишь как некоторую
искусственно создаваемую "меру", "мерило"" массо и энергопереноса в
почвах.
В случае естественных СЭП их генерация происходит такой интенсивности,
что приводит к самопроизвольному "выравниванию" электрохимических
потенциалов в различных точках почвенного покрова.
При создании искусственных СЭП в какой-либо части или во все
произвольном почвенном объекте, распределение электрического поля, его
энергии и параметров также происходит в соответствии с законом сохранения
энергии, так что и в этом случае электрохимические потенциалы подвижных
носителей электричества выравнены для разных точек, хотя по величине они
значительно больше, чем в случае учета только естественных электрических полей.
Законы СЭП едины во всех генетических типах и выполняются на
любом уровне организации почвенного покрова, а измерения успешно
используются в практике почвенных и других исследований.
40

" 6. Возможности практического применения
, полевой электрофизики на основе полученные !
"■'ч теоретических обобщений.
Разработанные концепции поведения СЭП почв и полученные
экспериментальные результаты для основных генетических типов позволяют
существенно расширить область применимости методов СЭП и
использовать их для решения широкого круга задач общего генетического и
прикладного почвоведения:
1. Решение вопросов генезиса и диагностики почв; оценки
направленности и энергетики почвообразования.
2. Выполнение задач, связанных с установлением структуры
почвенного покрова, как связанных с изучением чисто научных вопросов о
закономерностях в формировании СПП - нахождение границ между
почвенными структурами: морфонами, горизонтами, почвенными
индивидуумами (педонами), элементарными почвенными ареалами; оценка
степени варьирования различных свойств, так и с более прагматическими
целями - различные виды почвенного, мелиоративного, агрохимического,
эрозионного и других видов детальных и крупно-масштабных обследований
почв.
3. Использование методов СЭП для стационарного исследования почв.
Например, наблюдение за динамикой изменения различных свойств почв:
влажности, засоления, промерзания-оттаивания и т.п.
4. Решение чисто прикладных задач: а) оценка скелетности
(каменистости); б) оценка загрязнения нефтепродуктами и буровыми
растворами при нефте и газодобыче, в) установления закономерностей в
продвижении питательных растворов и влаги при различного рода
воздействиях на почву без ее нарушения: при использовании поливной
техники, зоны иссушения при дренаже, зон подтопления почв при
использовании в орошаемом земледелии и от естественных причин и т.д.
Кроме того, теоретическое обобщение, проведенное в аналитическом
обзоре, позволяет утверждать, что методами полевой электрофизики можно
решать широкий круг задач в различных других областях почвоведения,
мелиорации и экологическом мониторинге, даже простой перечень, которых
впечатляет.
В первую очередь, это разные детальные и крупномасштабные виды
картирований - почвенные, почвенно-мелиоративные, агрохимические,
эрозионные и т.д. для самых различных почв. Причем речь идет не о замене
классических подходов, а об усилении и обновлении их с помощью не
просто новой более совершенной техники, а создании новых технологий и
новых подходов к ним, более репрезентативных, быстрых и объективных.
41

Важными отличительными особенностями предлагаемых технологических
разработок является способность электрофизических методов проводить почвенные,
почвенно-мелиоративные изыскания и картирования без земляных работ и бурения
скважин, а информацию получать до любой интересующей глубины. Такими
особенностями не обладает практически ни один из применяемых сейчас в
почвоведении и мелиорации методов и подходов.
В мелиорации, как показал опыт возможно решение широкого круга
чисто прикладных задач - выявление потоков фильтрации, их скорости и
направления, глубины залегания грунтовых вод, зон подтоплений, глубины
иссушения почвы, промерзания-оттаивания и многое другое. Напомним,
что это выполняется без закладки разрезов и скважин или основываясь
совсем на незначительном их числе.
Это позволяет, проводить их на новом научно-техническом и
технологическом уровне, что значительно (в несколько раз) сокращает затраты
на такие обследования, и позволяет в экспрессном режиме получать более
объективную и репрезентативную информацию, по сравнению с обследованиями,
выполненными только на основе классических методов.
По всем этим направлениям в разных регионах России нами накоплен
богатейший опыт, который в ряде случаев опережает зарубежный и отечественный.
Область применения методов полевой электрофизики почв на этом не
исчерпывается, и будет расширяться.
Широкое использование методов полевой электрофизики при решении
задач мелиорации во многом улучшает и облегчает их проведение, экономит время,
снижает затраты в 1,5-2 раза, что на фоне экономических трудностей в российской
науке, сельском хозяйстве и мелиорации весьма важно и ценно. й
Заключение
Всесторонний анализ собственных и литературных данных по
исследованию электрических полей в почвах, их законов и поведения
показал, что это динамично развиваемое направление, работы по которому
ведутся в основном в России, США и Канаде, в меньшей степени в Европе
(Германия и Нидерланды)
Наиболее важные направления по анализируемой тематике это:
1.Разработка теории распространения электрических полей в почвах.
(Россия)
2.Всесторонне изучение параметров электрических полей в почвах
(Россия, США и Канада)
3.Активная разработка приборного обеспечения (США, Россия)
4. Широкое использование электрофизических методов,
высокотехнологичных приборов и оборудования в практике
фундаментальных и прикладных обследований почв. (США, Россия)
' \г'
42

'•" • " ' ' ' "" ЛИТЕРАТУРА "v
' Антонова Е.М., Павлова Т.А. Опыт использования метода
микроэлектрических вертикальных зондирований при изучении
эволюции орошаемых земель // Вестник МГУ, сер.биол., почв., 1976,
N2, с.87-91
Антропов Л.И. "Теоретическая электрохимия", Высшая школа, 1975
Баев Ю.В. Геофизические методы при разведке торфяных
месторождений// в кн. "Исследование торфяных месторождений",
Калинин: изд-во КГУ, 1979, с. 113-126
Березин П.Н., Кипнис В.М. "О механизме формирования естественных
электри-ческих полей и их влияние на почвенные процессы",
"Вестник МГУ", сер.Почвоведение, N 2,1978
5 Берлинер М.А., Долгополое Н. Электрическое определение
солесодержания почв, грунтов и грунтовых вод. М.: Изд. Акад. наук
СССР, 1954,82 с.
Боровинская Л. Б. О применении метода естественного электрического
поля при изучении фильтрации в почво-грунтах // Почвоведение, N
11, 1970. c.I I3-121
Боровинская Л.Б., Боровинский Б.А., Киселев КФ., Алифанов В.М.
Исследование серых лесных почв электрометрическими методами //
Научн. докл. высш. шк., Биол. науки, 1982, N7, с. 100-104
Боровинская Л.Б., Воронин А.Д., Шваров А.П. "Оценка строения
почвенно-грунтовой толщи электрометрическими методами",
Научные доклады высшей школы, Биологические науки, N 8, 1984
Вадюнина А. Ф. К оценке электропроводности как метода определения
влажности почв// Почвоведение, 1937. N3,c.391-404
Вадюнина А.Ф., Кириченко А.В., Хан КЮ. "Картирование и контроль
засоления по удельному электрическому сопротивлению"// в
кн. "Повышение эффективности использования мелиорируемых
земель в Сибири", Красноярск, 1976, с.65-68
Вадюнина А.Ф., Поздняков А.И. "О причинах формирования
естественного электрического поля в почве и его природе",
Почвоведение, N 3, 1977
Вадюнина А.Ф., Поздняков A.M. "Изменение потенциала электрического
поля некоторых почв", Вестник МГУ, сер. Биология, почвоведение,
N 4, 1974
Герасимов И.П., Глазовская М.А. "Основы почвоведения и географии
почв", М., Географ.изд., 1960
Гюлалыев Ч.Г. К вопросу об изучении почвенной влаги с помощью
электропроводимости. - Вести с/х наук 1984 г. №3
43

Дамаскин Б. Б., Петрий О. А. "Основы теоретической электрохимии", М.,
Высшая школа, 1978
Добровольский Г. В. "Генезис, эволюция и охрана почвенного покрова
пойм Нечерноземной зоны РСФСР"// сб. "Научные основы
оптимизации и воспроизводства плодородия аллювиальных почв
Нечерноземной зоны РСФСР", М., 1991
Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. «Сохранение почв как незаменимого
компонента биосферы. Функционально-экологический подход».
Москва, Наука, МАЙК «Наука/Интерпериодика», 2000. 185 стр.
Карпачевский Л.О. "Пестрота почвенного покрова в лесном
биогеоценозе", М., МГУ, 1977, 312 с.
Карпачевский Л. О., Поздняков А. Я, Строчков А.Я. Электрическое
сопротивление некоторых почв гумидной зоны // Почвоведение, 1983,
Nl,c.51-63
Кипнис В.М. "О возможности применения метода естественного
электрического поля при изучении пестроты почвенного покрова",
;.. сб."Научные доклады Высшей школы. Биологические науки", N 3,
1974
, ,^ Кипнис В.М., Морозова А.С. "Некоторые вопросы природы
у, * естественных электрических полей в почве", Научные доклады
Высшей школы. Биологические науки, N 5, 1976
Краев А.П. Основы геоэлектрики. Л.: Недра, 1965, 587 с.
Матвеев Б. К. Электроразведка при поисках месторождений полезных
ископаемых. М.:Недра, 1982, 375 с.
Огшьви А.А. "Геофизические методы исследований". М.: Изд-во МГУ,
1962,412 с.
Павлова ТА., Хмелевской В.К. "Оценка водопроводности пород
Тг: геофизическими методами" //Гидротехника и мелиорация, N 11,
1976,с.47-48
f> Петровский А.А. "Электрометрические методы горной разведки и
; экспериментальные работы на Риддеровском руднике летом 1924
„. з года", Известия института прикладной геофизики, вып.1,1925
Петровский А.А. Основы расчета установки для электрической разведки.
,„., Груды ИПГ, вьга.5, 1930, с.28-41
*. Петровский А.А., Нестеров Л.Я. "Электроразведка постоянным током",
М.-Л., Гос. научн.-техн.геол.-развед. изд-во, 1932, 164 с.
,-,- Поздняков А.И., Хан Ю.К. Использование методов постоянных
электрических полей в почвенных исследованиях // Почвоведение,
N7, 1979, с.69-80
,}¥ Поздняков А. И., Хан К.Ю. Методика электрического зондирования и
профилирования постоянным током при исследовании почв //
Вестник МГУ, сер.Почвоведение, N 1,1979 с.46-54
Поздняков А. И. Выявление эродированности дерново-подзолистых почв
44

методом вертикального электрического зондирования // Научно-
технический бюллетень по проблеме "Защита почв от эрозии",
вып.2B5), Курск, 1980,с.56-60
Поздняков А. И. Наблюдения за промерзанием торфяных почв методом
вертикального электрического зондирования // Сб.научных трудов
ЦТБОС "Проблемы сельскохозяйственного освоения торфяных
месторождений", Москва, 1980, вып.4
Поздняков А.К, Позднякова А.Д. Опыт оценки плодородия и
окультуренности дерново-подзолистых почв методами
электрического сопротивления // Проблемы с/х освоения торфяных
месторождений, ЦТБОС, вып.7, М., 1984
Поздняков А.И., Опанасенко Н.Е., Позднякова А.Д., Щербина
В.А. Изучение скелетных почв методом вертикального
электрического зондирования // Бюллетень Никитского
ботанического сада, Ялта, 1986
Поздняков А. И. Рекомендации по изучению и оценке садопригодаостя
скелетных почв вертикальным электрическим зондированием. Ялта,
1989
Поздняков A.M., Позднякова Л.А., Позднякова А.Д. «Стационарные
электрические поля в почвах», Москва, КМК Лтд., 1996. 358 стр.
Поздняков А.И. «Полевая электрофизика почв». Москва, МАИК
«Наука/Интерпериодика», 2001, 187 с.
Поздняков А. И., Ковалев Н.Г. Позднякова АД. Полевая электрофизика в
почвоведении, мелиорации и земледелии. Тверь; Изд-во «ЧуДо»,
2002,257 с.
Раисов О.Ж. Микровертикальные электрические зондирования при
почвенных исследованиях // в сб. "Научные труды Саратовского с/х
ин-та", 1976, вып.74, с.119-125
Раисов О.Ж. "Зависимость удельного сопротивления лугово-
сероземного солончака от температуры", Вестник МГУ,
Сер.биология, почвоведение, 1973, N 3
Семенов А.С. "Электроразведка методом естественного электрического
поля", Л., Недра, 1974 391 с.
Таим И.Е. "Основы теории электричества", М., Наука, 1989
Хан К.Ю. "Картирование засоленных почв методом
микровертикального электрического зондирования (МКВЭЗ)"// в сб.
"Основные проблемы охраны почв", М., МГУ, 1975
Хан К.Ю., Кириченко А. В. "Электросопротивление почв солонцового
комплекса в полевых условиях", Вестник МГУ, Сер. биол. И
почвовед. 1976, N5
Хмелевской В.К. "Применение микровертикального зондирования в
гидрогеологических изысканиях", Вестник МГУ, сер.геологии, М.,
МГУ-N 1. 1973

Хмелевской В.К. "Краткий курс разведочной геофизики", М., МГУ,
1979
Шкаруба A.M. "Связь электрофизических и физико-химических
свойств почв солонцового ряда", сб."Повышение эффективности
использования мелиорируемых земель в Сибири", Красноярск, 1976
Шлюмберже К. "Подземная электрическая разведка", М.,
Госгориздат,1932
Austin R.S., Rhoades J.D. "A compact ion-cost circuit for reading
fourelectrode salinity sensors", Soil Sc.Soc.America J., 1979,43: 808-809
}■ Halvorson A.D. and Rhoades J.D. "Field mapping soil conductivity to
delineate dryland saline seeps with fourelectrode technique", Soil Sci. Soc.
Amer.J., 1976, v.40: 571-574
Halvorson A.D. and Rhoades I.D. "Assessing soil salinity and identifying
potential saline-seep areas with field soil resistance measurements",
Soil Sci. Soc. Amer. Proc, 1974, v.38
wt Jumikis, A.R. 1977. Dielectric constant and electroconductance of some dry
frost-prone soils. Soil Sci. 125:170-177.
Iwata, S., T. Tabuchi, and B.P. Warkentin. 1995. Soil-water interactions.
Mechanisms and applications. Marcel Dekker, Inc. 270 Madison
Avenue, New York, NY 10016.
Keller, G. V., andF.C. Frischknecht. 1966. Electrical methods in geophysical
prospecting. Pergamon Press. Oxford, New York, Toronto, Sydney,
• i. Braunschweig.
Lesch, S. M., J. D. Rhoades, L. J. Lund and D. L Corwin. 1992. Mapping
soil salinity using calibrated electromagnetic measurements. Soil Sci.
Soc. Am. J. 56:540-548.
-■ Mc.NealS.L., Osier I.D., Hatcher IT. "Calculation of electrical
conductivity from solution composition data as an aid to in-situ
estimation of soil salinity", Soil Sci., 1970, 110, N 6, 405-414
Nadler, A. 1991. Effect of soil structure on bulk soil electrical conductivity
(Eca) using the TDR and 4P techniques. Soil Sci. 152:199-203.
< Rhoades J.D. "Measuring, mapping and monitoring field salinity and
water table depths with soil resistance measurements", FAO Soils
Bui., 31,1975
' » Rhoades J.D., Shottse P.J., AlvesW.J., NahidA.M., Lesch S.M.
"Determining Soil Salinity from Soil Electrical Conductivity using
Different models and estimates", Soil Sci.Soc.AmJ., v.54, 1990
n. Rhoades, J.D. 1993. Electrical conductivity methods for measuring and
mapping soil salinity. Adv. Agron. 46:201-251.
Wenner, F. 1916. A method of measuring earth resistivity. US. Dept. Com. Bur.
. . Standards Sci. Paper 258.
46

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
1. ЭЛЕКТРОФИЗИКА В ПОЧВОВЕДЕНИИ 4
2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ПОЧВООБРАЗОВАНИЕ 10
2.1.Стационарные электрические поля и элементарные
почвообразовательные процессы 10
2.2. СЭП и профильная организация почв 11
3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И СВОЙСТВА ПОЧВ 16
3.1. Электрические параметры СЭП и влажность 16
3.2. Связи между электрическими параметрами и некоторыми
свойствами почв гумидной зоны 19
3.3. Связи между электрическими параметрами и свойствами почв
аридных регионов 22
4. ПОЧВООБРАЗОВАНИЕ И СТАЦИОНАРНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
ПОЛЯ ПОЧВ 23
5. СТАЦИОНАРНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ
ПОЧВЕННЫХ ПРОФИЛЕЙ ОСНОВНЫХ ЗОНАЛЬНЫХ ТИПОВ ПОЧВ... 25
5.1. Модели почвенно-электрических профилей основных генетических
типов почв 25
5.2. Общие закономерности в поведении СЭП на катенно-ландшафтном
и зональном уровне организации почвенного покрова 34
47

5. 3. Модельные представления о СЭП на катенно-ландшафтном уровне
организации почвенного покрова 34
5.4. Модельные представления о СЭП на зональном уровне организации
почвенного покрова. 35
6. ВОЗМОЖНОСТИ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛЕВОЙ
ЭЛЕКТРОФИЗИКИ НА ОСНОВЕ ПОЛУЧЕННЫХ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ
ОБОБЩЕНИЙ 41
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 42
ЛИТЕРАТУРА 43
4?