
1010-pochvovedenie-2013-7
.pdf
ИЗМЕНЕНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ПЛОТНОСТИ |
831 |
ных реакций опорного основания (возмущающих сил); ωj – угловые частоты колебаний возмущаю щих сил; t – время. Перемещения fj находим по формуле, приведенной в работе [22]. Неподрессо ренные массы трактора (массы колес) не учиты ваем, так как они существенно меньше подрессо ренных [26].
Полная осадка почвы при проходе каждого из колес равна h1 j . Она достигается в той точке, в ко торой наружная окружность шины наиболее глу боко погружена в почву. При определении x1(t) и x2(t) за начало отсчета t примем те моменты вре мени, в которые нижние точки наружных окруж ностей шин переднего и заднего колес находятся на глубине h1 j .
Для определения вертикальных колебаний пе редней и задней осей трактора надо найти реше ние системы (1), удовлетворяющее начальным условиям:
1) x |
|
|
= 0; 2) x |
|
|
|
= 0; 3) x' |
|
= 0; |
|
|
|
|
|
|
||||
1 |
|
t =0 |
|
2 |
|
t =0 |
1 |
t =0 |
(2) |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4) x' |
= 0. |
2 |
|
t=0
Врезультате решения задачи (1)–(2) нашли формулы, описывающие вертикальные колеба ния передней и задней осей трактора:
x1 (t ) = −A0 sin nt + A1sinω1t + A2sinω2t, |
(3) |
x2 (t ) = −B0 sin nt + B1sinω1t + B2sinω2t, |
где первые слагаемые в правой части каждой из формул (3) описывают собственные, а вторые и третьи – вынужденные колебания осей трактора;
n = c2m1 + cпрm2 – угловая частота соб
ственных колебаний; A0, A1, A2, B0, B1, B2 – ампли туды слагаемых гармоник.
Колебания трактора, работающего на разрых ленной почве, существенно влияют на ее уплот нение. Ранее нами были предложены методы рас чета уплотнения почв колесными движителями и катками при различных законах изменения по глубине начальной плотности почвы [11, 16, 19, 20]. Расчеты выполняли по разработанным нами компьютерным программам Soil, Modul E, Tyre и стандартной программе SGWIN 1.1.
В данной работе на основе выполненного ма тематического моделирования предложен уточ ненный метод расчета уплотнения почвы тракто ром, учитывающий влияние на показатели уплот нения вертикальных колебаний передней и задней осей трактора, найденных как решение за дачи (1)–(2). Разработаны компьютерные про граммы, позволяющие реализовать этот метод.
ЗАКОНОМЕРНОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ПОЧВЫ ПО ГЛУБИНЕ ДЕФОРМИРУЮЩЕГОСЯ СЛОЯ
На экспериментальном поле верхний дефор мирующийся слой почвы мощностью H = 0.9 м расположен на практически недеформируемом основании. Поверхность почвы горизонтальна. Перед проходами трактора почва была вспахана и дважды продискована на глубину 0.3 м.
Введем ось Oy с началом на поверхности поч вы, направленную вертикально вниз. Плотность почвы до действия на нее внешней нагрузки (на чальная) переменна по глубине y [10, 11, 13, 16, 19, 24]. На ряде участков почвы, отобранных слу чайным образом, находили плотность ρ и влаж ность w почвы перед каждой серией опытов в слоях 0–0.1; …; 0.8–0.9 м. Для получения анали тической зависимости ρ(y) в качестве представи теля каждого слоя почвы принимали его середи ну. В результате статистической обработки боль шого числа экспериментальных данных получена квадратичная зависимость плотности ρ верхнего слоя исследованной почвы до ее де формирования от y [19]:
ρ(y) = ρ0 + k1y + k2 y 2, ( y [0;H ]), |
(4) |
где k1 и k2 ≠ 0 – коэффициенты; ρ0 – свободный член. В системе координат Oyρ свободный член уравнения (4) численно равен длине отрезка, от секаемого на оси Oρ заданной этим уравнением параболы. Для почвы опытного поля нашли (при w = 15.5%) ρ0 = 1.1412 г/см3, k1 = 1.8927 г/(см3 м), k2 = – 1.1921 г/(см3 м2); корреляционное отноше ние равно 0.9861, среднее квадратическое откло нение равно 0.0583. Высокое корреляционное от ношение свидетельствует о весьма большой точно сти определения плотности почвы по формуле (4). При y [0; H) почву можно уплотнить, так как
ρ(y) < ρпр; ρ(H) = ρпр, где ρпр – плотность предель но уплотненной почвы при σ ≤ σпр.
РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВЫ
На основании результатов исследований [7, 10, 11, 13, 16, 19, 20] закономерность сжатия поч вы в направлении оси Oy при каждом фиксиро ванном y будем моделировать дифференциаль ным уравнением:
t |
( |
y |
) |
σ(y, t) = q |
( |
y |
) |
t ( |
y,t |
) |
, |
(5) |
σ' (y,t) + p |
|
|
|
|
ε' |
|
где ε – относительные деформации сжатия; p(y) и q(y), с–1 и МПа – характеристики реологических (вязкоупругих) свойств почвы. Границы приме нимости этого уравнения для конкретных почв выявляют по экспериментальным данным. Адек
ПОЧВОВЕДЕНИЕ № 7 2013
832 |
ЗОЛОТАРЕВСКАЯ |
ватность уравнения (5) при моделировании зако номерности сжатия дерново подзолистых легко суглинистых почв определенного гранулометри ческого состава при w = 16–26% и при определенных значениях t, σ, ε, дерново подзо листых супесчаных почв определенного грануло метрического состава при w = 9–15.5%, а также некоторых черноземных среднесуглинистых почв подтверждена в результате статистической обра ботки экспериментальных данных [14, 16–19, 24].
При качении колес почва деформируется по гармоническому закону, для которого в работах [16, 17, 19] принято p = ωg, где g – безразмерный па раметр – характеристика вязкоупругих свойств почвы, ω – угловая частота. В этом случае получим
Получили формулу для расчета приращения плотности почвы на разной глубине (без учета влияния колебаний):
Δρ j (y + ucj (y)) ≈
≈ hoj (6ρ0 + 3k1hoj + 2k2ho2j )(H − y) 3 (H + μhoj )2 , (9)
где μ – коэффициент поперечного расширения почвы.
После прохода колеса новая глубина деформи руемого слоя почвы H нj = H – hoj . За новое начало отсчета глубины деформируемого слоя yнj (то есть за новую поверхность почвы) принимали коорди нату y = hoj . При yнj = 0 (ρ0 j )н = ρ0 + k1hoj + k2ho2j +
|
|
σ' (y,t) + ωg |
( |
y |
) |
σ(y, t) = q |
( |
y |
) |
ε' |
y,t |
) |
. |
(6) |
+ Δρ(hoj ). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
t ( |
|
|
|
|
Зная приращения плотности почвы после про |
|||||||||||||||||
Будем |
моделировать |
вязкоупругие свойства |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
хода колеса на разной глубине, найдем ее новую |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
исследуемой почвы этим уравнением. |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
плотность, характеризующую зависимость от глу |
||||||||||||||||||||||||||||||
Путем статистической обработки по компью |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
бины уплотненной колесом почвы. Эта зависи |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
терной программе SGWIN 1.1 большого числа |
мость аппроксимирована квадратичной функци |
||||||||||||||||||||||||||||||||
экспериментальных |
|
данных, |
|
|
полученных |
на |
ей вида (4), но с измененными входящими в нее |
||||||||||||||||||||||||||
опытном поле, найдены следующие линейные |
параметрами. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
уравнения регрессии для определения характери |
|
На первом этапе расчеты выполняем следую |
|||||||||||||||||||||||||||||||
стик вязкоупругих свойств почвы: |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
щим образом. По компьютерной программе Soil и |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
g |
= |
14.1636 |
− |
7.6164 |
ρ − |
|
|
|
ω + |
0.0688w, |
(7) |
экспериментальным данным находим характери |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
0.4238 |
|
стики g и q вязкоупругих свойств почвы. Путем |
||||||||||||||||||||||||||||
q = −3.6556 + 6.3078ρ + 2.1039ω − 0.1859w, |
(8) |
||||||||||||||||||||||||||||||||
статистической |
обработки |
экспериментальных |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
где ω = ωпр, ωпр – угловая скорость приведенного |
значений g и q при различных ρ, ω и w по компью |
||||||||||||||||||||||||||||||||
жесткого |
колеса, |
|
приближенно |
заменяющего |
терной программе SGWIN 1.1 получим уравнения |
||||||||||||||||||||||||||||
эластичное тракторное колесо [19]. |
|
|
|
|
регрессии g = g (ρ, ω, w) |
и q = q (ρ, ω, w) . По ком |
|||||||||||||||||||||||||||
Формулы (7) и (8) представляют собой теоре |
пьютерной программе Modul E вычисляем коэф |
||||||||||||||||||||||||||||||||
тические уравнения регрессии g = (ρ,ω, w) и q = |
фициенты упругости Eкj эластичных колес при |
||||||||||||||||||||||||||||||||
= (ρ,ω, w) . Коэффициенты множественной корре |
различных значениях вертикальных нагрузок на |
||||||||||||||||||||||||||||||||
ляции для (7) и (8) равны 0.8468 и 0.7736. Теснота |
оси колес и давления воздуха в шинах [14]. По |
||||||||||||||||||||||||||||||||
связей в этих уравнениях достаточно большая, |
компьютерной программе Tyre находим (без учета |
||||||||||||||||||||||||||||||||
поэтому они могут быть применены в расчетах |
влияния колебаний трактора) для переднего и |
||||||||||||||||||||||||||||||||
для исследованной почвы и для других почв, име |
заднего колес их приведенные радиусы Rj, приве |
||||||||||||||||||||||||||||||||
ющих близкие к ней физические свойства. |
|
денные угловые скорости колес (угловые часто |
|||||||||||||||||||||||||||||||
Уравнения (7) и (8) соответствуют следующим |
ты), hoj , h1j – величины остаточной и полной осад |
||||||||||||||||||||||||||||||||
интервалам изменения влияющих факторов: ρ = |
ки почвы, величины Eoj |
и E обj – доли остаточной |
|||||||||||||||||||||||||||||||
= 1.14–1.81 г/см3, w = 9–15.5%, ω = 0.88–2.97 с–1. |
и обратимой осадки почвы в ее полной осадке, |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Δρнj (0.05) и ρнj (0.05) – приращение плотности и |
|||||||||||||
ИССЛЕДОВАНИЕ УПЛОТНЕНИЯ ПОЧВЫ |
новую плотность почвы в слое 0–0.1 м и другие |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
КОЛЕСНЫМ ТРАКТОРОМ С УЧЕТОМ |
|
показатели. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
ВЛИЯНИЯ ЕГО КОЛЕБАНИЙ |
|
|
На втором этапе по разработанной нами ком |
||||||||||||||||||||||||||||
При теоретическом исследовании уплотнения |
пьютерной |
программе |
Tractor |
находим |
верти |
||||||||||||||||||||||||||||
кальные перемещения осей трактора при его ко |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
почвы трактором |
|
приняли, |
|
что |
приращение |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
лебаниях. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
Δρ j (y + ucj (y)) |
плотности почвы на глубине y + |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
Возникающая в результате колебаний x1 и x2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||
+ ucj (y) пропорционально ее стабилизированным |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
осей трактора полная осадка почвы под передним |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
вертикальным смещениям ucj (y). При y = 0 сме |
и под задним колесами соответственно равна |
||||||||||||||||||||||||||||||||
щения ucj (0) = hoj , где hoj – остаточная осадка поч |
|
h |
= h |
+ h |
и h |
= h |
12 |
+ h |
, где h |
и h |
– |
||||||||||||||||||||||
вы (остаточная глубина колеи) (без учета влияния |
∑ |
п1 |
11 |
к1 |
∑ |
п2 |
|
|
к2 |
к1 |
к2 |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
колебаний). При y = H смещения ucj (H ) = 0. До |
осадка почвы под передним и под задним колеса |
||||||||||||||||||||||||||||||||
ми в результате сжатия почвы при вертикальных |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
действия нагрузки ρ(H) = ρпр, поэтому Δρ j ( H ) = 0. |
колебаниях осей трактора. Имеем hк1 = A, hк2 = B, |
ПОЧВОВЕДЕНИЕ № 7 2013

ИЗМЕНЕНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ПЛОТНОСТИ |
833 |
где А и В – амплитуды сумм гармоник, описыва |
x1, x2, см |
|
|
||
ющих вертикальные колебания соответственно |
1.5 |
|
|
|
|
передней и задней осей. Остаточные суммарные |
|
|
|
||
|
|
|
|
||
вертикальные смещения почвы под передним и |
1.0 |
|
2 |
|
|
под задним колесами равны ∑hocj = Eoj ∑hпj . |
|
1 |
|
||
|
|
|
|||
На третьем этапе с учетом суммарных остаточ |
0.5 |
|
|
|
|
ных смещений почвы ∑hocj (j = 1; 2), заменяя в |
|
|
|
||
|
|
|
|
||
формулах величины hoj на ∑hосj , рассчитываем |
0 |
|
|
|
|
измененные под влиянием колебаний показатели |
|
|
|
|
|
уплотнения почвы. Зная ∑hосj , находим с учетом |
–0.5 |
|
|
|
|
колебаний возмущающих сил приращения плот |
|
|
|
|
|
ности почвы Δρкнj (0.05) и новые значения плот |
–1.0 |
|
|
|
|
ности почвы ρкнj (0.05) в новом слое 0–0.1 м. |
|
|
|
|
|
В каждой из пяти серий опытов по исследова |
–1.5 |
|
|
|
|
нию уплотнения почвы передачу, на которой рабо |
0 |
5 |
10 15 20 25 30 35 |
40 |
|
тал МТЗ 82 и давление воздуха pw j в шинах колес |
|
|
|
t, с |
|
|
|
|
|
||
сохраняли постоянными: pw1 = 0.18; pw2 = 0.17 МПа. |
Рис. 1. Дополнительная осадка верхнего слоя почвы в |
||||
Массы, приходящиеся на переднюю и заднюю |
результате колебаний передней (1) и задней (2) осей |
||||
полуоси соответственно равны: m1 = 707.1; m2 = |
трактора МТЗ 82 при его проходе по почве (v |
= |
|||
= 1138 кг. Жесткость рессоры cp = 600 кН/м [2]. |
= 0.81 м/с; δ1 = –0.04; δ2 = 0.14; a1 = 2.83; a2 = 5.69 кН). |
||||
Нашли ρ и w почвы перед опытами в слоях 0–0.1; |
|
|
|
|
|
…; 0.8–0.9 м, а также после первого, второго, пя |
вающих вынужденные вертикальные колебания |
||||
того и шестого проходов переднего и заднего ко |
|||||
трактора, равны амплитудам aj колебаний верти |
|||||
лес в каждой серии опытов. Опыты проведены |
|||||
при w, изменяющейся в различных опытах от 9 до |
кальных реакций почвы на движущиеся колеса. |
||||
Они равны: a1 = 2.83, a2 = 5.69 кН. Угловые часто |
|||||
15.5%. Измерения проводили при работе МТЗ 82 |
|||||
на I, II, IV, VI и VII передачах. |
ты ωj колебаний возмущающих сил зависят от |
||||
Во всех опытах определяли нормальные (ради |
скорости v трактора и приведенных угловых ско |
||||
ростей колес ωпрj . Приняли, что частоты ωj при |
|||||
альные) напряжения σрj (t) в продольной плоско |
|||||
ближенно равны приведенным угловым скоро |
|||||
сти симметрии переднего и заднего колес тракто |
|||||
стям колес. |
|
|
|||
ра, распределенные вдоль линии контакта колеса |
|
|
|||
С использованием полученных эксперимен |
|||||
и почвы. На осциллограммы записаны: эпюры |
|||||
σрj (t), отметки нижнего положения датчиков дав |
тальных данных провели компьютерные расчеты, |
||||
характеризующие дополнительную осадку верх |
|||||
ления; Pкр – сила тяги на крюке трактора; отметки |
|||||
него слоя почвы в результате вертикальных коле |
|||||
времени через каждые 0.01 с. Площади, ограни |
|||||
баний x1(t) и x2(t) осей трактора, а также (по разра |
|||||
ченные на осциллограммах различными кривы |
|||||
ботанной нами компьютерной программе Densi |
|||||
ми σрj (t) и осью t отличаются друг от друга, эти от |
|||||
ty) показателей уплотнения почвы его колесами с |
|||||
личия возникают в результате колебания верти |
учетом влияния этих колебаний. |
|
|||
кальной нагрузки на почву. Осциллограммы силы |
|
||||
На рис. 1 представлены построенные с помо |
|||||
тяги также свидетельствуют о колебаниях верти |
|||||
щью компьютерной программы Graph, характе |
|||||
кальной нагрузки и реакций почвы. Эти данные |
|||||
ризующие дополнительную осадку верхнего слоя |
|||||
позволяют найти амплитуды и частоту колебаний |
|||||
почвы в результате вертикальных колебаний осей |
|||||
возбуждающей силы. Полученные эксперимен |
|||||
трактора при v = 0.81 м/с (δ1 = –0.04, δ2 = 0.14), |
|||||
тальные данные обработали статистически с по |
|||||
мощью компьютерных программ Excel, Spss10. |
графики, заданные уравнениями: |
|
|||
|
|
|
|
||
Исследовали колебания, обусловленные не |
|
x1 (t ) = −0.71sin(0.7449t) + |
|
||
ровностями пути, так как они оказывают основ |
|
|
|
|
|
ное влияние на колебания МТА. В связи с тем, что |
|
+ 0.2sin(1.5082t) + 0.19sin(1.1805t), |
|
||
|
x2 (t ) = −0.8sin (0.7449t ) + |
|
|||
перед опытами почва была дважды продискована, |
|
|
|||
неровности на ее поверхности были небольшими. |
|
|
|
|
|
|
+ 0.02sin (1.5082t ) + 0.48sin (1.1805t ). |
|
|||
Как и в работе [26], считали, что неровности име |
|
|
|||
Расчетные ρp значения плотности почвы после |
|||||
ют равномерный закон распределения: их плот |
|||||
ность распределения вероятностей постоянна на |
проходов колес сопоставлены с эксперименталь |
||||
всем пути работы агрегата. Амплитуды сил, вызы |
ными ρэ. В слое 0–0.1 м до прохода заднего колеса |
5 ПОЧВОВЕДЕНИЕ № 7 2013

834 ЗОЛОТАРЕВСКАЯ
Таблица 1. Показатели уплотнения почвы задним колесом трактора МТЗ 82 при различных скоростях его работы
Показатель |
|
|
|
Скорость, v, м/с |
|
|
|
|||
0.72 |
0.81 |
1.21 |
1.4 |
1.8 |
2.0 |
2.21 |
2.5 |
3.0 |
||
|
||||||||||
δ2 |
0.15 |
0.14 |
0.15 |
0.15 |
0.15 |
0.15 |
0.15 |
0.15 |
0.15 |
|
ωпр2, с–1 |
1.008 |
1.139 |
1.721 |
1.991 |
2.304 |
2.561 |
2.829 |
3.247 |
3.538 |
|
h12, см |
8.34 |
7.72 |
5.61 |
4.97 |
4.09 |
3.74 |
3.43 |
3.07 |
2.67 |
|
∑hп2, см |
10.15 |
9.10 |
6.20 |
5.45 |
4.49 |
4.08 |
3.73 |
3.33 |
2.90 |
|
ho2, см |
7.43 |
6.83 |
4.74 |
4.12 |
3.22 |
2.88 |
2.59 |
2.25 |
1.85 |
|
∑hос2, см |
9.04 |
7.59 |
5.25 |
4.52 |
3.54 |
3.15 |
2.82 |
2.44 |
2.01 |
|
h , см |
1.81 |
1.38 |
0.60 |
0.48 |
0.40 |
0.34 |
0.30 |
0.26 |
0.23 |
|
к2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Eоб2 |
0.109 |
0.116 |
0.154 |
0.172 |
0.212 |
0.229 |
0.245 |
0.268 |
0.307 |
|
E o2 |
0.891 |
0.884 |
0.846 |
0.828 |
0.788 |
0.771 |
0.755 |
0.732 |
0.693 |
|
Δρн2 (0.05) , г/см3 |
0.164 |
0.152 |
0.108 |
0.094 |
0.074 |
0.067 |
0.060 |
0.053 |
0.043 |
|
Δρкн2 (0.05) , г/см3 |
0.196 |
0.167 |
0.119 |
0.103 |
0.082 |
0.073 |
0.065 |
0.057 |
0.047 |
|
ρн2 (0.05) , г/см3 |
1.522 |
1.500 |
1.422 |
1.398 |
1.363 |
1.341 |
1.338 |
1.325 |
1.309 |
|
ρкн2 (0.05) , г/см3 |
1.579 |
1.528 |
1.441 |
1.414 |
1.376 |
1.360 |
1.347 |
1.332 |
1.315 |
плотность почвы равнялась 1.25 г/см3, влажность почвы равнялась 10.6%. После прохода заднего колеса при G = 11.23 кН, v = 1.4 м/с плотность
ρэ2(0.05) = 1.44 г/см3, ρр2(0.05) = 1.49 г/см3 (отно сительное отклонение 3.5%). Среднее относи тельное отклонение расчетных ρрj (0.05) и экспе риментальных ρэj (0.05) значений плотности поч вы, полученных по результатам проведенных опытов, равно 6.3% (стандарт 3.8%). Относитель ные отклонения находятся в пределах погрешно стей экспериментальных данных. Это показывает, что предлагаемый метод расчета может быть приме нен для определения показателей уплотнения поч вы при работе трактора с учетом дополнительной осадки почвы в результате его колебаний.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СКОРОСТИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ, КОЛЕБАНИЙ ПОЧВЫ И ДРУГИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НА РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ИУПЛОТНЕНИЕ ПОЧВЫ. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
Помимо расчетов, выполненных по исходным данным полевых испытаний, нами проведены компьютерные эксперименты по исследованию влияния на физические свойства почвы скорости v деформирующего почву трактора и других факто ров. Изменение по глубине начальной плотности почвы описывали зависимостью (4) с параметра ми: ρ0 = 1.1412 г/см3, k1 = 1.8927 г/(см3 м), k2 =
= –1.1921 г/(см3 м2) (при w = 15.5%). Реологиче ские свойства почвы моделировали уравнением (6),
параметры g = (ρ,ω, w) и q = (ρ,ω, w) которого опи сывали уравнениями регрессии (7) и (8).
О д н о ф а к т о р н ы е о п ы т ы п о и с с л е д о в а н и ю в л и я н и я н а р е о л о г и ч е с к и е с в о й с т в а и у п л о т н е н и е п о ч в ы с к о р о с т и е е д е ф о р м и р о в а н и я п р и р а б о т е т р а к т о р а. Для исследования влия ния на реологические свойства и уплотнение поч вы скорости ее деформирования при работе трак тора (с учетом колебаний возмущающих сил) провели девять однофакторных компьютерных экспериментов при v = 0.72; 0.81; 1.21; 1.4; 1.8; 2.0; 2.21; 2.5; 3.0 м/с. Другие факторы (массы m1 и m2, приходящиеся на переднюю и заднюю полу
оси, давление воздуха pw j в шинах колес, жест
кость рессоры сохраняли постоянными (такими же, какими они были в выполненной экспери ментальной работе)). Полученные результаты приведены в табл. 1.
Путем статистической обработки полученных данных найдены корреляционные зависимости
от v ряда показателей: hк1 = 1.2v − 0.4;
hк2 = 1.48v − 0.44 ; ∑hoc1 = 8 . 45
v − 0 . 9 7;
∑hoc2 = 6 . 91v − 1 . 3 7;
Δρк1 (0.05) = 0.2308v + 0.0038; Δρк2 (0.05) = 0.31 v − 0.02;
Eo1 = 1.003 − 0.094v;
Eoб2 = 0.0476 + 0.0864v и другие.
ПОЧВОВЕДЕНИЕ № 7 2013

|
ИЗМЕНЕНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ПЛОТНОСТИ |
835 |
|||
hk1; hk2, см |
Δρ |
к1 |
(0.05); Δρ |
(0.05), г/см3 |
|
|
|
|
к2 |
|
1.8 |
|
|
|
|
|
|
1.6 |
|
|
|
|
|
|
1.4 |
|
|
|
|
|
|
1.2 |
2 |
|
|
|
|
|
1.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.8 |
|
|
|
|
|
|
0.6 |
|
|
|
|
|
|
0.4 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
–0.2 |
|
|
|
|
|
|
0.5 |
1.0 |
1.5 |
2.0 |
2.5 |
3.0 |
3.5 |
v, м/с
Рис. 2. Влияние скорости трактора МТЗ 82 на осадку
hк1 (1) и hк2 (2) почвы под передним и под задним ко лесами в результате сжатия почвы при вертикальных колебаниях осей трактора.
Коэффициенты корреляции для этих зависимо стей соответственно равны 0.9270, 0.9415, 0.9986, 0.9879, 0.9980, 0.9978, 0.9972, 0.9967 и др. т.п.
На рис. 2 даны графики, характеризующие за висимости от скорости v трактора осадки hк1 и hк2 почвы под передним и под задним колесами в ре зультате сжатия почвы при вертикальных колеба ниях осей трактора.
На рис. 3, I, II представлены графики зависи мостей от v приращений плотности почвы после
проходов колес Δρкj (0.05) и величин ρкj (0.05).
Из этих и других графиков и результатов рас четов видно, что с ростом v в рассмотренном ин тервале изменения скоростей осадка почвы под передним и под задним колесами в результате сжатия почвы при вертикальных колебаниях осей трактора уменьшается. Полученные результаты соответствуют опубликованным данным [21]. С увеличением v плотность почвы после прохода трактора и ее возрастание по сравнению с плот ностью до прохода уменьшаются; это также соот ветствует экспериментальным и теоретическим данным [14, 15, 19].
C увеличением v возрастает E oбj – доля обрати мой деформации почвы в ее полной деформации.
Получены уравнения регрессии для ряда пока зателей уплотнения почвы от угловой частоты ω =
= ωпрj возмущающей силы: ∑hoc2 = 10.73ω – 1.88,
Δρк2 (0.05) = 0 . 3 6 1ω – 0.015 и другие. Коэффи циенты корреляции в найденных зависимостях не менее 0.9660. Найденные показатели уплотне
0.45 |
|
0.40 |
I |
|
|
0.35 |
|
0.30 |
1 |
0.25 |
|
0.20
2
0.15
0.10
0.05
ρ1; ρ2, г/см3
1.65
1.60 |
|
|
|
|
|
II |
|
|
|
|
|
|
|
1.55 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.50 |
|
|
|
|
|
|
1.45 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.40 |
|
|
|
|
|
|
1.35 |
|
|
|
|
|
|
1.30 |
|
|
|
|
|
|
1.25 |
|
|
|
|
|
|
0.5 |
1.0 |
1.5 |
2.0 |
2.5 |
3.0 |
3.5 |
v, м/с
Рис. 3. Влияние скорости трактора МТЗ 82 (a1 = 2.83; a2 = 569 кН) на: I – приращение плотности почвы в
слое 0–0.1 см после прохода переднего (1) и заднего (2) колес; II – плотность почвы в слое 0–0.1 см после прохода переднего (1) и заднего (2) колес.
ния почвы изменяются обратно пропорциональ но ω.
С ростом ω и ρ изменяются характеристики g и q вязкоупругих свойств почвы. При увеличении ω и ρ характеристика g уменьшается, а q – возраста ет. В результате вертикальных колебаний тракто ра увеличивается суммарная остаточная осадка, а, следовательно, и плотность почвы. Поэтому при больших амплитудах вертикальных колебаний осей трактора имеем более интенсивное измене ние величин g и q, чем при малых. Расчетные дан ные об изменении характеристик вязкоупругих свойств и остаточной осадки почвы при различ
ПОЧВОВЕДЕНИЕ № 7 2013 |
5* |

836 |
ЗОЛОТАРЕВСКАЯ |
Таблица 2. Характеристики реологических свойств почвы и ее остаточная осадка при различных угловых скоростях деформирования (в случае деформирования задним колесом трактора МТЗ 82)
Показа |
|
Угловая скорость ω, с–1 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
тель |
1.008 |
1.721 |
1.991 |
2.561 |
3.247 |
3.539 |
|
||||||
g |
6.111 |
5.807 |
5.694 |
5.453 |
5.162 |
5.039 |
gн |
3.639 |
4.222 |
4.315 |
4.486 |
4.406 |
4.417 |
gк |
3.115 |
4.057 |
4.183 |
4.397 |
4.342 |
4.360 |
q, кПа |
2783 |
4283 |
4852 |
6049 |
7494 |
8105 |
qн, кПа |
4293 |
5596 |
5994 |
6846 |
8120 |
8821 |
qк, кПа |
5263 |
5733 |
6103 |
6223 |
8172 |
8664 |
ho2, см |
7.43 |
4.74 |
4.12 |
2.88 |
2.25 |
1.85 |
∑hос2, см |
9.04 |
5.25 |
4.52 |
3.15 |
2.44 |
2.01 |
Примечание. g и q – значения характеристик вязкоупругих свойств почвы в начале ее деформирования при y = 0, gн и qн –
после прохода заднего колеса трактора при yн2 = 0 (без учета влияния колебаний), gк и qк – после прохода заднего колеса
трактора при yк2 = 0 (с учетом влияния колебаний).
Таблица 3. Матрица планирования эксперимента для исследования влияния G, v и w на реологические свой ства и показатели уплотнения почвы
№ опыта |
|
|
|
2 (v) , м/с |
|
3(w) , % |
x1(G ) , кН |
x |
x |
||||
1 |
8 |
0.6 |
19 |
|||
2 |
18 |
0.6 |
9 |
|||
3 |
8 |
3 |
9 |
|||
4 |
18 |
3 |
19 |
|||
5 |
8 |
0.6 |
9 |
|||
6 |
18 |
0.6 |
19 |
|||
7 |
8 |
3 |
19 |
|||
8 |
18 |
3 |
9 |
ных угловых скоростях деформирования приве дены в табл. 2.
П о л н ы е ф а к т о р н ы е э к с п е р и м е н т ы п о и с с л е д о в а н и ю в л и я н и я н а р е о л о г и ч е с к и е с в о й с т в а и у п л о т н е н и е п о ч в ы в е р т и к а л ь н ы х д и н а м и ч е с к и х н а г р у з о к , с к о р о с т и д е ф о р м и р о в а н и я и в л а ж н о с т и п о ч в ы. Ис следовали влияние вертикальных динамических нагрузок G на почву, скорости v деформирующего почву трактора, влажности w почвы на изменение реологических свойств и плотности почвы. В этом исследовании учитывали колебания дина мических нагрузок на почву при колебаниях трактора. По разработанным нами компьютер ным программам выполнили ряд расчетов, пред ставляющих собой опыты в двух сериях (для пе
реднего и для заднего колеса трактора) полных факторных компьютерных экспериментов типа N = 23, где N – число опытов в серии, 3 – число влияющих факторов, 2 – число уровней варьиро вания факторов [1]. Для каждого фактора были выбраны основной уровень и по два равно от него отстоящих – нижний и верхний, которые соот ветственно равны: для G = 8 и 18 кН, для v = 0.6 и 3 м/с, для w = 9 и 19% (для заднего колеса с шиной 13.6–38 с давлением воздуха в шине pw2 = 0.17 МПа). Введены обозначения: x1= G, x2 = v, x3 = w. Мат рица планирования эксперимента представлена в табл. 3.
Для каждого опыта, используя данные из табл. 3 (для заднего колеса) по компьютерной программе Tyre нашли те же показатели, что и в описанных
выше однофакторных опытах: hoj , h1 j , E oj , Eобj , Δρ j (0.05), ρj(0.05) (без учета влияния колебаний). Далее вычислили искомые показатели с учетом влияния дополнительной остаточной осадки поч вы, возникающей в результате колебаний тракто ра: ∑hосj , Δρкj (0.05), ρкj (0.05). Результаты расче
тов использовали для получения уравнений ре грессии исследуемых показателей от G, v, w.
Уравнения регрессии отыскивали в следую щем виде:
y = b0 + b1x1 + b2 x2 + b3 x3 + (10) + b4 x1x2 + b5 x1x3 + b6 x2 x3,
где y – значение результативного фактора, b0–b6 – постоянные коэффициенты.
Получили выраженные в натуральных значе ниях переменных следующие уравнения регрес сии:
ho2 = 0.629 + 0.428x1 − 3.200x2 + 0.389x3; (11)
∑ hос2 = 3.536 + 0.409x1 − 4 . 1 4 8x 2 + 0 . 4 1 2 x3; (12)
ρк2 (0.05) = 1.175 + 0.015x1 + 0.048x2 + (13) + 0.020x3 − 0.006x1 x2 − 0.008x2 x3;
Δρк2 (0.05) = 0.0347 + 0.0041x1 − (14) − 0.0115x2 + 0. 0067x3 − 0.0022x2 x3;
E об2 |
= 0.2389 − 0. 0067 |
|
|
|
x1 |
+ |
|||
|
|
|
|
(15) |
+0.1101x2 − 0.0090x3 − 0.0016x1 x2
идругие. Коэффициенты множественной корре ляции в найденных уравнениях регрессии не меньше 0.8644, что свидетельствует о большой точности результатов расчетов по этим уравнени ям. В уравнениях (11)–(15) отсутствуют некото рые слагаемые, входящие в (10): расчеты, выпол ненные по методике из работы [1], показали, что коэффициенты при этих слагаемых незначимы.
На рис. 4, I представлена соответствующая уравнению регрессии (14) поверхность, характе
ПОЧВОВЕДЕНИЕ № 7 2013

|
ИЗМЕНЕНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ПЛОТНОСТИ |
837 |
|
|
I |
I |
|
Δρ |
(0.05), г/см3 |
|
|
к2 |
|
Eоб |
|
0.4 |
|
|
0.5
0.3
0.4
0.2
0.3
0.1
0.2
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
0.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
10 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
G, кН |
14 |
|
|
|
|
|
3.0 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
||||
16 |
|
|
|
2.0 |
2.5 |
|
12 |
|
|
|
||||
|
|
|
1.5 |
|
G, кН |
|
|
|
||||||
|
18 |
|
0.5 1.0 |
|
|
|
|
|
2 |
|||||
|
0 |
|
|
|
14 |
|
|
|
||||||
|
|
v |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
, м/с |
|
|
|
|
|
1 |
v, м/с |
|||
|
|
|
II |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
0 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Δρ (0.05), г/см3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
II |
|
||||
|
к2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.40 |
|
|
|
|
|
|
Eоб |
|
|
|
|
|
||
0.35 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
0.4 |
|
|
|
|
|
|||
0.30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
0.25 |
|
|
|
|
|
|
0.3 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0.20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0.15 |
|
|
|
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|
|
||
0.10 |
|
|
|
|
|
|
0.1 |
|
|
|
|
|
||
0.05 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
20 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
||
|
|
15 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
2 |
10 |
|
|
|
|
3 |
|||
|
w, % |
10 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
2 |
|||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
v, м/с |
|
w, % |
14 |
|
1 |
v, м/с |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
||||||
Рис. 4. Зависимости приращения плотности почвы в |
|
|
|
0 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
слое 0–0.1 м при проходе заднего колеса трактора |
Рис. 5. Зависимости доли обратимой деформации |
|||||||||||||
МТЗ 82 от: I – скорости трактора и вертикальной дина |
||||||||||||||
мической нагрузки на почву (при w = 14%); II – скоро |
почвы в ее полной деформации при проходе заднего |
|||||||||||||
сти трактора и влажности почвы (при G = 13 кН). |
|
колеса трактора МТЗ 82 от: I – скорости трактора и |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
вертикальной динамической нагрузки на почву (при |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
w = 14%); II – скорости трактора и влажности почвы |
||||||
ризующая зависимость приращения Δρк2 (0.05) |
(при G = 13 кН). |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
плотности почвы в слое 0–0.1 м от G и v (при w = |
|
|
|
|
|
|
||||||||
= 14%). Поверхность, отражающая зависимость |
представлена на рис. 5, II. Из рис. 5 видно, что Eоб |
|||||||||||||
Δρк2(0.05) от w и v (при G = 13 кН) представлена |
при увеличении G и w убывает; возрастание ско |
|||||||||||||
на рис. 4, II. Из рис. 4 видно, что Δρк2 (0.05) при |
рости v способствует значительному повышению |
|||||||||||||
увеличении G и w возрастает, а увеличение скоро |
доли обратимой деформации в полной деформа |
|||||||||||||
сти v приводит к значительному снижению при |
ции почвы. |
|
|
|
|
|||||||||
ращения плотности почвы. |
|
|
|
|
Доля обратимой деформации Eоб в полной де |
|||||||||
На рис. 5, I дана построенная с использовани |
формации почвы является важной характеристи |
|||||||||||||
кой реологических свойств почвы. Величина 0 ≤ |
||||||||||||||
ем уравнения регрессии (15) поверхность, отра |
||||||||||||||
≤ E ≤ 1. |
|
|
|
|
|
|||||||||
жающая зависимости Eоб = Eоб2 – доли обратимой |
об |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
деформации почвы в ее полной деформации от G |
Если Eоб приближается к нулю, то свойства |
|||||||||||||
и v (при w = 14%). Поверхность, характеризую |
почвы приближаются к текучим. Если Eоб при |
|||||||||||||
щая зависимость Eоб от w и v (при G = 13 кН) |
ближается к единице, то свойства почвы прибли |
ПОЧВОВЕДЕНИЕ № 7 2013
838 |
ЗОЛОТАРЕВСКАЯ |
жаются к упругим. При этом изменяются харак теристики g и q ее вязкоупругих свойств. При Eоб → 0 характеристика q убывает, причем q → 0, а характеристика g возрастает. При Eоб → 1 характе ристика g убывает, причем g → 0, а характеристи ка q возрастает, причем q → E, где E – модуль упругости почвы.
Таким образом, с увеличением скорости де формирования (обусловленной ростом скорости v трактора) почва уплотняется быстрее и становит ся практически упругой за более короткое время. Колебания работающего трактора способствуют ускорению этого процесса.
Полученные результаты подтверждают необ ходимость учета в расчетах показателей уплотне ния почвы ее реологических свойств и изменения этих свойств при колебаниях действующих на почву динамических нагрузок.
зок на почву приводит к возрастанию плотности почвы.
6. В результате компьютерных трехфакторных экспериментов показано, что доля обратимой де формации Eоб в полной деформации почвы воз растает, если
–уменьшаются влажность w почвы и верти кальная динамическая нагрузка G на почву (при постоянной скорости деформирования почвы);
–увеличивается скорость деформирования почвы и уменьшается влажность w почвы (при постоянной вертикальной динамической нагруз ке G на почву).
Величина 0 ≤ Eоб ≤ 1. Если Eоб приближается к нулю, то свойства почвы приближаются к теку чим. Если Eоб приближается к единице, то свой ства почвы приближаются к упругим.
ВЫВОДЫ
1.Выполнено математическое моделирование процесса воздействия на почву динамических на грузок при вертикальных колебаниях работающе го на уплотняющейся почве колесного трактора.
2.Предложен метод расчета дополнительной полной и остаточной осадки почвы в результате действия на почву динамических нагрузок, воз никающих при вертикальных колебаниях осей работающего на уплотняющейся почве колесного трактора.
3.Предложен метод расчета показателей рео логических свойств и уплотнения почвы при ра боте трактора, позволяющий учитывать влияние колебаний динамических нагрузок на почву. Раз работаны позволяющие реализовать этот метод компьютерные программы. Результаты расчетов предложенным методом достаточно хорошо со гласуются с экспериментальными данными.
4.В результате компьютерных однофакторных
иполных трехфакторных экспериментов показа но, что уплотнение почвы при проходе трактора и его колебаниях уменьшается, если:
–увеличивается скорость деформирования почвы, обусловленная возрастанием скорости трактора;
–уменьшаются вертикальные динамические нагрузки на почву, обусловленные снижением вертикальных динамических нагрузок на оси трактора.
5. В результате компьютерных трехфакторных экспериментов показано, что увеличение влаж ности w почвы (при w, меньшей полной влагоем кости почвы), совместно с увеличением скорости ее деформирования работающим трактором и увеличением вертикальных динамических нагру
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Пла нирование эксперимента при поиске оптималь ных условий. М.: Наука, 1976. 280 с.
2.Барский И.Б. Конструирование и расчет тракто ров. М.: Машиностроение, 1980. 336 с.
3.Бондарев А.Г. Проблема деградации физических свойств почв России и пути ее решения // Почво ведение. 1999. № 9. С. 1106–1116.
4.Гаранин И.В. Оценка влияния эксплуатационных факторов на эффективность возделывания карто феля. Автореф. дис. … канд. техн. н. М.: РГАЗУ, 2009. 19 с.
5.Грунтоведение / Под ред. Е.М. Сергеева. М.: Изд во Моск. ун та, 1983. 390 с.
6.Денисов Н.Я. О природе деформаций глинистых пород. М.: Изд во министерства речного флота, 1951. 159 с.
7.Золотаревская Д.И. Закономерности деформиро вания почв и их математическое моделирование // Почвоведение. 1998. № 1. С. 110–120.
8.Золотаревская Д.И. Закономерности динамиче ского деформирования почв при циклических нагрузках // Почвоведение. 2005. № 5. С. 565–574.
9.Золотаревская Д.И. Изменение реологических свойств и плотности дерново подзолистой почвы при динамических нагрузках // Почвоведение. 2010. № 3. С. 313–323.
10.Золотаревская Д.И. Математическое моделирова ние динамики деформирования и уплотнения почв // Почвоведение. 2007. № 1. С. 44–54.
11.Золотаревская Д.И. Математическое моделирова ние и расчет уплотнения почвы в результате дина мических нагрузок // Почвоведение. 2010. № 3. С. 447–456.
12.Золотаревская Д.И. Математическое моделирова ние колебаний колесного трактора // Тракторы и сельхозмашины. 2011. № 7. С. 14–18.
ПОЧВОВЕДЕНИЕ № 7 2013
ИЗМЕНЕНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ПЛОТНОСТИ |
839 |
13.Золотаревская Д.И. Математическое моделирова ние релаксационных процессов в почвах // Почво ведение. 2003. № 4. С. 429–440.
14.Золотаревская Д.И. Основы теории и методы рас чета уплотняющего воздействия на почву колес ных движителей мобильной сельскохозяйственной техники. Автореф. дис. … д ра техн. н. М.: ВИСХОМ, 1997. 49 с.
15.Золотаревская Д.И. Уплотнение вязкоупругой почвы цилиндрическим катком // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2005. № 10.
С.31–35.
16.Золотаревская Д.И., Бурдыкин В.И., Матвеев В.В. и др. Изменение вязкоупругих свойств почвы при воздействии колесного трактора // Изв. ТСХА. 1989. Вып. 1. С. 175–183.
17.Золотаревская Д.И., Джафаринаими К., Лядин В.П. и др. Изменение реологических свойств и уплотне ние почвы при воздействии колесного трактора // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2007. № 5. С. 34–37.
18.Золотаревская Д.И., Иванцова Н.Н. Математиче ское моделирование и расчет уплотняющего воз действия на почву колесного трактора // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2008. № 7.
С.36–40.
19.Золотаревская Д.И., Иванцова Н.Н., Лядин В.П.
Математическое моделирование деформирования почв при качении колес // Тракторы и сельскохо зяйственные машины. 2008. № 5. С. 28–33.
20.Золотаревская Д.И., Хабатов Р.Ш., Матвеев В.В., Трушин В.Г., Лядин В.П. Закономерности дефор мирования тракторных колес с пневматическими шинами // Изв. ТСХА. 1987. Вып. 3. С. 173–180.
21.Кингсеп А.С., Локшин Г.Р., Ольхов О.А. Основы фи зики. М.: Физматлит, 2007. Т. 1. 704 с.
22.Ксеневич И.П., Скотников В.А., Ляско М.И. Ходо вая система–почва–урожай. М.: Агропромиздат, 1985. 304 с.
23.Кузнецова И.В. Устойчивость структурного состоя ния и сложения почв при уплотнении // Почвове дение. 2000. № 9. С. 1106–1113.
24.Маслов В.С., Климанов А.В. Уплотняющее воздей ствие ходовых систем на почвы Среднего Повол жья. Куйбышев: Куйбышевский СХИ, 1989. 62 с.
25.Переуплотнение пахотных почв. Причины, след ствия, пути уменьшения / Под ред. В.А. Ковды. М.: Наука, 1987. 216 с.
26.Скотников В.А., Мащенский А.А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. М.: Агропромиз дат, 1986. 383 с.
27.Тракторы: теория / Под ред. В.В. Гуськова. М.: Ма шиностроение, 1988. 376 с.
28.House M.L., Powers W.L., Eisenhauer D.E. Spatial analysis of machine wheel trafflc effects on soil physi cal properties // J. Soil Sc. Soc. America. 2001. V. 65. № 5. P. 76–84.
29.Thomas K. Soil compaction and soil tillage – studies in agricultural soil mechanics // Doctoral thesis, Depart ment of soil sciences. Uppsala, Sweden. 2004.
ПОЧВОВЕДЕНИЕ № 7 2013

ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2013, № 7, с. 840–849
БИОЛОГИЯ
ПОЧВ
УДК 631.46:631.48:930.26
ХАРАКТЕРИСТИКА МИКРОБНЫХ СООБЩЕСТВ СОВРЕМЕННЫХ И ПОДКУРГАННЫХ ПОЧВ СОЛОНЦОВЫХ КОМПЛЕКСОВ СУХИХ СТЕПЕЙ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ*
© 2013 г. Т. С. Демкина, И. В. Попова, В. А. Демкин
Институт физико химических и биологических проблем почвоведения РАН, 142290, Пущино Московской обл., ул. Институтская, 2
е mail: demkina@issp.serpukhov.su
Поступила в редакцию 07.03.2012 г.
Проведено сравнительное изучение микробных сообществ современных и подкурганных (I в. н. э.) почв солонцовых комплексов сухих степей севера Ергенинской возвышенности. Установлено, что закономерности изменения численности микроорганизмов различных трофических групп и био& массы грибного мицелия по профилю современных и подкурганных каштановых почв разной сте& пени солонцеватости и солонцов не имеют существенных отличий. На основе дисперсионного ана& лиза дана количественная оценка влияния солонцового процесса на пространственные изменения микробиологических параметров почв. Как правило, во всех изученных горизонтах современной и подкурганной каштановых почв величины микробиологических параметров были в 1.2–2.8 раза больше, чем в солонцах. Влияние степени солонцеватости подкурганных палеопочв на величины микробиологических параметров проявилось во всем профиле, но в каждом горизонте достоверно только на численность какой&то одной трофической группы. При сравнении изученных почв в це& лом (по средневзвешенным величинам в гор. А1 + В1 + В2) прослеживается обратная зависимость между численностью микроорганизмов, использующих легкодоступное органическое вещество и степенью солонцеватости подкурганных палеопочв. Наибольшая биомасса грибного мицелия об& наружена в каштановой солонцеватой палеопочве (в 1.5–1.6 раза) по сравнению с другими палео& почвами, которые между собой достоверно не различались.
Ключевые слова: каштановые почвы, солонцы, численность микроорганизмов, трофические груп& пы, биомасса грибного мицелия.
DOI: 10.7868/S0032180X13070034
ВВЕДЕНИЕ
Проведенные в последние годы исследования подкурганных палеопочв степной зоны показали, что в них сохраняются микробные сообщества, которые содержат информацию о палеоэкологи& ческих условиях прошлых исторических эпох [7– 9, 13, 23]. Выявлены микробиологические пара& метры, дающие контрастную характеристику микробного сообщества в аридные и гумидные климатические эпохи [12]. Однако для установле& ния достоверных временных изменений микро& биологических параметров необходимо учиты& вать их пространственное варьирование. Ранее было показано влияние элементов рельефа (вер& шины водораздела, склона водораздела, высокой речной поймы) на пространственное варьирова& ние различных микробиологических параметров
*Исследования проводились при поддержке РФФИ (грант № 12&04&00385) и Программы фундаментальных исследо& ваний Президиума РАН.
[11]. Известно, что почвы, составляющие кашта& ново&солонцовые комплексы юга европейской территории России, существенно различаются между собой по многим параметрам биологиче& ского состояния [3, 17], хотя связь их с микроре& льефом далеко не всегда однозначна [20].
Целью данной работы было сравнительное изучение микробных сообществ современных и подкурганных почв солонцовых комплексов су& хих степей Нижнего Поволжья для установления закономерностей пространственного варьирова& ния различных микробиологических параметров.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Район исследований расположен в пределах Волго&Донского междуречья (рис. 1). Климат умеренно континентальный. Среднегодовая нор& ма атмосферных осадков 350 мм, среднегодовая температура +8°С, гидротермический коэффи&
840