Рассмотрены основные этапы трансформации твердой фазы и порового пространства почвенных агрегатов при цикличном замораживании-оттаивании в лабораторных условиях. С помощью рентгеновской компьютерной микротомографии исследована динамика морфологического строения пор в агрегате d = 3 мм из гумусового горизонта дерново-подзолистой почвы при капиллярном увлажнении и последующем 1, 5, 10 и 20-кратном замораживании (-10°С) и оттаивании (+20°С). Показано, что при капиллярном увлажнении общая пористость агрегата, измеренная на томографических реконструкциях, возрастает более чем в 2 раза (от 6.5 до 15.4%). В ходе 1, 5, 10 циклов замораживания-оттаивания происходит постоянное сокращение численности пор и их средних габаритов, а также уменьшение общей томографической пористости агрегата до 13.7, 10.6 и 5.6% соответственно. После 10 циклов наступает относительная стабилизация внутреннего строения агрегата, объем пор с ледяными включениями снижается до воздушно-сухого уровня. Микроморфометрический анализ показал, что однократное замораживание не приводит к существенному изменению формы агрегата и пор. После пяти циклов замораживания-оттаивания начинается деформация агрегата и изменение формы внутриагрегатных пор. 10-кратное замораживание и оттаивание приводит к оплыванию агрегата, снижению общей пористости, исчезновению пор трещиновидной формы и появлению множества пузырьковых пор. После 20 циклов замораживания-оттаивания все крупные внутриагрегатные поры приобретают округлую слабоизрезанную и пузырьковую форму. Низкая устойчивость гумусовых агрегатов к цикличному замораживанию и оттаиванию согласуется с их низкой механической прочностью.
The paper discuss the literature data on clay mineralogy of vertisols and presents the investigation of clayey soils formed in ultra-continental climate in the Eravna depression (Buryatia). Soils are formed on the watershed and shoulder positions of the local ridge and are underlined by permafrost. Morphological analysis of soils revealed a combination of cryogenic features (permafrost wedges and cracks, cryogenic structure, above permafrost gleyization) and vertic properties (slickensides, wedge-shaped aggregates). According to the morphology, the soils were classified as Dark compact soil or Gleyic Vertisol Glossic Gelistagnic on the shoulder position, and as Chernozem-like weakly compacted cryoturbated soil or Vertic Gleyic Phaeozem Glossic Pachic Clayic Gelistagnic on the watershed where vertic features were weakly expressed. According to physical properties and clay mineralogy, the shrinking-swelling potential of the soil on the watershed is comparable to the soil of the shoulder: almost the same, and in some horizons even higher content of clay (up to 76%), fine clay (up to 54%) and swelling components in the fine clay (<0.001 mm) fraction (93-98% of montmorillonite). However, in the ultra-continental climate of Buryatia and close-lying permafrost (depth to permafrost at the end of August was about 250-280 cm), the most contrasting hydrothermic regime and the most favorable conditions for the implementation of shrinking-swelling are created in the upper steep part of the south-facing slopes. Due to the fact that soils on the watershed receive more moisture and less heat, this results in less contrasting hydrothermic conditions and less pronounced shrinking-swelling processes. The lack of conditions for full realization of shrinking-swelling potential in clayey soils of watersheds is the reason for identification of vertic features at a lower taxonomic level.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.