Водонасыщенные грунты: Водонасыщенные грунты — Водопонижение812

Содержание

Водонасыщенные грунты — Водопонижение812

Водонасыщенный грунт имеет рыхлую структуру, которая быстро набирает влагу и отличается слабой несущей способностью. Фундамент на таком участке деформируется, проседает, строения из-за этого разрушаются. Чтобы этого не случилось, перед началом строительства необходимо производить инженерно-геодезические изыскания, а во время строительства нужно применять специальные технологии по укреплению грунта.

Способы уплотнения грунта

Слабые грунты подвержены морозному пучению. При нагрузке они теряют прочность, прекращают сопротивляться сдвигу и становятся неустойчивыми. К ним относится глинистая, суглинистая почва, включающая заторфованную, макропористую и лессовую породу.

Чтобы повысить несущую способность, фундамент на водонасыщенных грунтах надо укреплять. Для этого применяют сваи, песчаные подушки, ленточные, столбчатые и плиточные конструкции.

Укрепление грунтов сваями

При строительстве фундамента востребованы буронабивные и винтовые сваи.

  • Первые устанавливают путем бурения скважины, в которую помещают каркас из арматуры и заполняют углубление бетонной смесью.
  • Вторые ввинчивают в землю на нужную глубину, полый ствол свай заливают бетоном.

Обе технологии снижают к минимуму деформацию фундамента. Водонасыщенные глинистые грунты укрепляются, после чего на них можно строить здания разной конфигурации.

Плиточный, столбчатый, ленточный фундамент

При строительстве на пучинистых участках в места с повышенной нагрузкой углубляют бетонные столбы и закрепляют песком, щебнем. Способ надежен, экономичен, но походит только для небольших легких домов.

Для больших сооружений лучше использовать ленточный фундамент, представляющий собой железобетонную полосу по периметру здания, или монолитную плиту, расположенную под всем фундаментом дома. Благодаря такому укреплению нагрузка распределяется равномерно и слабые водонасыщенные грунты престают проседать. Единственный недостаток — большие денежные затраты на строительство.

Замена слабого грунта

Уплотнение водонасыщенных грунтов обеспечивает замена слабой почвы песком. На участке роют котлован на глубину около 2 м, извлекают пучинистую землю, дно утрамбовывают и засыпают слой крупнозернистого или среднезернистого песка, которой не только укрепляет основание, но и обеспечивает дренаж воды.

Самостоятельно сложно подобрать правильный способ уплотнения грунта и качественно выполнить работу. Лучше обратиться к профильным специалистам, которые изучат характеристики участка, проведут инженерно-геологические изыскания и найдут оптимальное решение для укрепления водонасыщенного грунта.

 

Физические и водно-физические свойства природных грунтов


Рассмотрим группу характеристик грунта, которые используют при расчетах несущей способности основания или откоса, давления на крепь горных выработок или подпорную стенку и т. д. Свойства грунтов объединены в группы: физические, водно-физические и характеристики мерзлых грунтов.


Физические свойства


Эта группа включает характеристики, отражающие влажность, плотность, удельный вес, пористость (рис. 1), тепловые, электрические, магнитные и другие свойства.



Рис. 1. Графическое изображение физических характеристик грунта:

а — влажности; б — плотности; в — удельного веса; г — пустотности. 1, 2, 3 — соответственно газовый, жидкий и твердый компоненты грунта; 4 — вес грунта, сниженный за счет взвешивающего действия воды


К характеристикам влажности относят природную и гигроскопическую влажности, максимальную молекулярную влагоемкость и степень влажности (см. рис. 1, а). Первые три характеристики ω, ωg и ωmmc — это отношение массы воды в грунте естественного состояния, воздушно-сухом и содержащем только рыхлосвязанную пленочную воду, к массе сухого грунта. Степень влажности Sr — это отношение природной влажности к влажности полного водонасыщения. Все четыре характеристики выражаются в долях единицы. Степень влажности определяется расчетным путем, а три другие характеристики — экспериментально по ГОСТ 5180–84 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик». Сохранять ненарушенную структуру образца при этом не требуется. Степень влажности является классификационной характеристикой, с ее помощью грунты разделяют на маловлажные (0–0,5), влажные (0,5–0,8) и водонасыщенные (0,8–1). Три другие характеристики используются в расчетах других показателей (табл. 1).


К характеристикам, отражающим концентрацию массы вещества в грунте, относятся четыре разновидности плотности: плотность грунта ρ, плотность сухого грунта ρd, плотность частиц грунта ρs и плотность грунта при влажности полного водонасыщения ρsat. Во всех случаях это отношение массы к объему (см. рис. 1, б). Плотность грунта и частиц грунта определяют прямыми экспериментальными методами по ГОСТ 5180–84, а плотности сухого и полностью водонасыщенного грунта — расчетом (см.  табл. 1). При определении плотности грунта ρ требуется сохранять природную влажность и ненарушенную структуру. Все четыре характеристики не являются классификационными и используются в расчетах других показателей. Измеряют их в килограммах на кубический метр.


Таблица 1. Формулы для расчета физических характеристик грунта

Примечание. ρω — плотность воды, ρω = 1000 кг/м3.




К характеристикам, отражающим концентрацию веса грунта, относятся удельный вес грунта γ, удельный вес сухого грунта γd, удельный вес частиц грунта γs, удельный вес с учетом взвешивающего действия воды γsb и удельный вес полностью водонасыщенного грунта γsat (см. рис. 1, в). Определяют эти показатели расчетом, путем умножения соответствующей плотности на ускорение свободного падения. Удельный вес грунта используется для расчета давления от собственного веса грунта и других, связанных с ним давлений, а также характеристик и процессов, где нужно знать вес грунта или его частей. Удельный вес измеряют в килоньютонах на кубический метр.


К характеристикам, отражающим содержание пустот в грунте, относятся коэффициент трещинной пустотности, пористость и коэффициент пористости. Коэффициент трещинной пустотности kтр относится к трещиноватым грунтам, представляет собой отношение площади (объема) трещин к общей площади обнажения (объему блока) и измеряется в долях единицы. Этот показатель чаще всего определяют прямыми обмерами трещин в полевых условиях на обнажениях и на кернах или фотоспособом в скважинах. Он служит классификационной величиной и используется для отнесения массива грунта к одной из категорий по трещиноватости. Пористость n и коэффициент пористости e используют для оценки пустот в грунте с равномерным их распределением. Пористость — это отношение объема пор к общему объему грунта, а коэффициент пористости — отношение того же объема пор к объему твердой части грунта. Таким образом, пористость n представляет собой долю объема грунта, приходящуюся на пустоты, а коэффициент пористости e — соотношение объемов пор и твердой части грунта. Обе характеристики выражаются в долях единицы и связаны между собой (см. табл. 1 и рис. 1, г).


Определяют их чаще всего расчетом с использованием других характеристик. Пористость применяют в расчетах других показателей, а коэффициент пористости также служит классификационной величиной для оценки плотности сложения песка и выделения ила из глинистого грунта.


Другие физические характеристики используются в горном деле редко и здесь не приводятся.

Водно-физические свойства грунтов


Это большая группа характеристик, отражающих взаимодействие грунта с неподвижной и движущейся водой.


Рассмотрим некоторые характеристики, имеющие наибольшее значение при определении устойчивости бортов карьеров, зоны подтопления горных работ и т. п.


Установлено, что глинистые грунты при увеличении влажности от нуля до полного водонасыщения переходят из твердого состояния в пластичное, а затем — в текучее. Каждое из них можно оценить способностью грунта сохранять форму под действием собственного веса и характером деформации при разрушении. В твердом состоянии грунт сохраняет форму и разрушается с образованием трещин. Пластичный грунт также сохраняет форму, но разрушается без образования трещин, пластично, подобно очень вязкой жидкости. Текучее состояние отличается тем, что деформирующийся без разрывов грунт не сохраняет форму образца и принимает форму сосуда. Cостояние грунта разграничивают по искусственно подбираемым влажностям, которые называются влажностью на границе пластичности ωp, соответствующей точке его перехода из твердого состояния в пластичное, и влажностью на границе текучести ωL на переходе из пластичного в текучее состояние (по ГОСТ 5180–84 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик»). Значения этих влажностей используют для вычисления числа пластичности Ip по формуле



Число пластичности — это интервал влажности, в пределах которого грунт находится в пластичном состоянии. Оно используется как классификационный показатель для отделения глинистого грунта от песчаного и для определения его названия (см.  рис. 2).


Состояние (консистенция) грунта оценивается показателем текучести IL:



где ω — природная влажность.


Из этой формулы следует, что при ω < ωp числитель становится меньше нуля (показатель текучести будет отрицательным), а при ω > ωL — больше единицы. Таким образом, если показатель текучести отрицательный, то глинистый грунт находится в твердом состоянии, если больше единицы — то в текучем, а в интервале от нуля до единицы — в пластичном (см. рис. 2).



Рис. 2. Кривые гранулометрического состава песчано-пылевато-глинистых грунтов:

1, 2 — тяжелая и легкая глина по классификации
В. В. Охотина; 3 — суглинок; 4 — супесь; 5–7 — песок (5 — неоднородный, 6 — однородный, 7 — гравелистый)


В практическом отношении важно, что показатель текучести связан с прочностью, сжимаемостью и другими характеристиками грунта. Зная наименование глинистого грунта и значение его показателя текучести, можно оценить его строительные свойства и предвидеть поведение под нагрузками.


Плывунность, так же как и разжижаемость, присуща водонасыщенным мелкозернистым песчаным или песчано-пылевато-глинистым грунтам рыхлого сложения. Она проявляется при вскрытии пласта грунта горной выработкой. К разжижению приводит воздействие гидродинамического давления, т. е. большой перепад давлений воды в пласте и выработке. К такому же разжижению песков и переходу их в подвижное состояние приводит воздействие динамических нагрузок на песчано-коллоидные тиксотропные грунты.


А. Ф. Лебедев разделил плывуны на истинные, или «злостные» плывуны и псевдоплывуны, или пассивные.


Истинными плывунами называют водонасыщенные пески, содержащие пылевато-глинистые и коллоидные частицы. Эти грунты отличаются высокой (более 0,4) пористостью, плохо отдают воду, обладают низкими значениями коэффициента фильтрации, способны переходить в тиксотропное состояние под действием динамической нагрузки.


Псевдоплывуны — те же грунты, но без глинистых и коллоидных частиц. Они лучше отдают и фильтруют воду. Для разжижения псевдоплывунов требуется более высокое гидродинамическое давление.


Плывуны сильно затрудняют строительные и горнопроходческие работы. Известны случаи, когда попытки вычерпать плывун приводили к оседанию поверхности на расстоянии до 100 м.


Наиболее эффективным способом борьбы с истинными плывунами считается применение шпунтовых ограждений или закрепление их замораживанием, силикатизацией и т. д. Для борьбы с псевдоплывунами, кроме того, можно использовать осушение массива.

Может быть интересно

Основания из водонасыщенных грунтов

Вернуться на страницу «Основания фундаментов»

 Грунтовая вода, ее происхождение, виды и свойства

Атмосферные осадки (дождь, снег, град), проникающие в землю сквозь водопроницаемые слои почвы,служат основным источником грунтовых вод. Кроме того, питание грунтовых вод может происходить за счет поступления воды из рек, озер и других поверхностных бассейнов, а также вследствие конденсации водяного пара.

Рисунок 1 — Схема перемещения грунтовых вод: 1 — поверхность земли; 2 — водопроницаем грунт; 3 — поток грунтовой воды; 4 — поверхность капиллярной воды; 5 — линзы водонепроницаемого или уплотненного грунта; 6 — верховодка; 7 — водонепроницаемый грунт (водоупоров) 8 — выход грунтовых вод

Достигая водонепроницаемого слоя почвы — водоупоров (пласта глины или скальной породы), вода течет по его склону (рис. 1.). Если на пути к водоупору в зоне воздухообмена почвы с атмосферным воздухом (зоны аэрации) вода встречает местные включения в виде линз водонепроницаемых, малопроницаемых или уплотненных пород, она частично в них задерживается и накапливается,образуя так называемую верховодку. Верховодка не постоянна, она появляется после дождей, а затем поглощается растениями и испаряется, она может исчезать в засушливый период года, а в зимний период промерзать.

Химически чистой воды в природе не существует. Более чистая вода атмосферных осадков, проникает в почву, пополняется газами и растворами органических и неорганических веществ. В отдельных случаях в грунтовой воде могут содержаться соединения, оказывающие разрушительное воздействие на грунты оснований и материалы фундаментов (выщелачивание бетона). Такую грунтовую воду называют агрессивной.

Вода в грунтах может находиться в парообразном, жидком и твердом состояниях. От содержания того или иного количества различных видов воды и величины сил ее взаимодействия с твердыми частицами зависят свойства грунтов, а в глинистых грунтах вода — это главный фактор, который определяет их свойства.

В современном грунтоведении пользуются классификацией, согласно которой воду делят на пять видов:

в виде пара;

связана;

свободная;

в твердом состоянии;

химически связанная.

Водяной пар образуется в результате испарения других видов воды и перемещается вместе с газообразным компонентом в порах почвы. Связанная вода — это вода, которая содержится на поверхности твердых частиц (адсорбированная) молекулярными силами притяжения, удельные величины которой у самой поверхности частиц достигают 1000 МПа и практически перестают влиять уже на расстоянии 0,005 мм от нее. Связанную воду принято условно делить на слои гигроскопической и пленочной.

Гигроскопическая вода представляет собой слой, содержащий один или несколько слоев молекул воды и по свойствам скорее соответствует твердому, а не жидком телу: ее плотность достигает 2,4 г / см3, в ней не проявляются законы гидростатики, она не растворяет солей, имеет свойства ползучести и прочность на смещение. Такая вода не отделяется от твердых частиц при воздействии сил, в тысячи раз превышающих силы земного притяжения, замерзает при температуре -780С и ниже. Удалить такую воду из почвы (отделить от твердых частиц) можно только испарением при температурах выше 100 град.С.

Пленочная вода представляет собой диффузный переходный слой от гигроскопической воды к свободной.

Свободная вода образована молекулами воды, которые находятся вне сферы влияния электро-молекулярных сил взаимодействия с поверхностью твердых частиц.

Она встречается в почве в виде гравитационной и капиллярной.

Гравитационная вода — это грунтовая вода в обычном представлении (с свойствами обычной воды), которая перемещается в почве под действием собственного веса.

Она оказывает взвешивающее действие на твердые частицы почвы и на фундаменты зданий и сооружений, замерзает и превращается в лед при температуре 00С, имеет массу, что принимается в расчетах оснований 1,0 г / см3, может содержать вещества в коллоидном состоянии, растворяет соли и газы.

Капиллярная вода располагается выше гравитационной (уровня грунтовых вод) и заполняет частично или полностью поры грунта, удерживаясь в них силами капиллярного натяжения. Высота поднятия капиллярной воды зависит от размера поперечного сечения капилляра и материала твердых частиц почвы. Ее повышение по порам заканчивается в том случае, когда устанавливается равновесие между весом поднятого столба воды и подъемной капиллярной силой.

В песках при диаметре капилляра d = 0,01 см, высота поднятия капиллярной воды достигает всего 30 см; при диаметре капилляра 0,005 мм, что соответствует размера глинистой частицы, капиллярная вода поднимается до 400 см.

Капиллярное всасывание воды наблюдается и в зданиях и сооружениях,если они не защищены от увлажнения. Например, в каменных фундаментах и стенах зданий, капиллярная вода может подняться на высоту одного этажа и быть причиной сырости в помещениях.

Вода в твердом состоянии — это лед, в который превращается свободная вода при замерзании (при температуре ниже 00С) и который может содержаться в почве в виде отдельных кристаллов или в виде линз и прослоек, достигающих в вечномерзлых грунтах значительной толщины. Кристаллы льда в мерзлых грунтах служат, как правило, цементирующим веществом. Однако в зависимости от ряда условий, масса льда в грунтах оснований зданий и сооружений в период отрицательных температуры (при промерзании почвы) может увеличиваться, что вызывает негативные последствия, особенно в районах с суровым климатом.

Кристаллизационная и химически связанная вода — это вода, которая принимает участие в строительстве кристаллических решеток минералов. Ее наличие имеет большое значение.Так, при удалении кристаллизационной воды из состава минералов, свойства претерпевают значительные изменения, а при удалении химически связанной воды образуются новые химические соединения.

В непростых грунтах – Коммерсантъ Санкт-Петербург

В Санкт-Петербурге одни из самых сложных геологических условий. По словам экспертов, текучие грунты и торфы, перемежающиеся с валунами, грунтовые воды и плывуны существенно усложняют строительство, и в первую очередь — подземное.

Сложная геология Петербурга, безусловно, требует от строителей применения особых технологий. Однако она не является препятствием для освоения подземного пространства. К примеру, в Голландии, условия не намного проще. Однако в этой стране реализовано немало интересных и довольно смелых проектов под землей. По мнению экспертов, все опасения могут быть преодолены благодаря современным технологиям строительства. В частности, одна из них — так называемая «стена в грунте», которая получает все большее распространение. Немалую роль в достижении возможности строительства на небольшой глубине сыграла щитовая проходка с применением высокотехнологичных тоннелепроходческих комплексов и с гидро-, и с грунтопригрузом. Одна из самых молодых технологий, первое применение которой состоялось при строительстве подземной части второй сцены Мариинского театра,— топ-даун. Суть метода заключается в том, что объект возводится сверху вниз, грунт разрабатывается под уже существующими перекрытиями, являющимися постоянными конструкциями будущего объекта, и вынимается через технологические окна. Это позволяет экономить место и строить буквально «на пятачке», но требует максимально строгого соблюдения производственного графика, четкой и последовательной работы на всех этапах строительства. Тем не менее, по словам специалистов, несмотря на сложный производственный процесс, эта технология имеет хорошую перспективу и в ближайшее время должна получить распространение в России.

Геология в фокусе внимания

Директор направления «Сопровождение строительных проектов» группы компаний SRG Елена Самсонова отмечает, что к сложным геологическим условиям можно отнести различные факторы. Это могут быть и гидрогеологические факторы, наиболее характерные для Петербурга, и высокая сейсмичность региона строительства, и угроза оползней. Если говорить о подземном строительстве в мегаполисах, таких как Москва и Петербург, то здесь речь идет в первую очередь о гидрогеологических факторах. Причем для Москвы и Петербурга они различны. Для Москвы основная сложность обусловлена двумя основными факторами — многослойной структурой верхней части геологического разреза и большим количеством подземных рек. Верхняя часть московских грунтов представляет собой слоеный пирог, состоящий из глинистых почв, водопроницаемость которых крайне низкая, с насыщенными водой песчаными слоями. Далее следуют относительно твердые породы, также обладающие низкой водопроницаемостью. Такая особенность геологии дает возможность строительства относительно близко к поверхности, но накладывает жесткие требования в отношении гидроизоляции конструкций.

Ситуация в Петербурге сильно отличается от Москвы. В Северной столице водонасыщенные грунты, так называемые четвертичные отложения, обильно насыщенные камнями, залегают на глубину 40 метров и более. Твердые породы, обладающие низкой водопроницаемостью, расположены еще ниже, поэтому и строительство подземных сооружений ведется, как правило, на большой глубине. Недаром советские инженеры запроектировали первые станции петербургского метро именно глубокого заложения.

Семь раз отмерь

Специалисты настаивают, что успешная реализация проекта в сложных геологических условиях зависит от многих факторов, в том числе и от качества самого проекта. «Единственный способ избежать аварийных ситуаций — это ответственное отношение к строительному проекту с самых первых его этапов. Необходимо проводить исследования геологической обстановки на территориях будущей застройки, привлекать опытных и добросовестных специалистов по инженерным изысканиям, исследовать грунты в специализированных лабораториях. Все это, к сожалению, повышает стоимость строительства и влияет на сроки»,— отмечает директор департамента проектно-изыскательских работ АО «МегаМейд» Алексей Никишов.

«Основным и главным способом предотвращения аварийных ситуаций при подземном строительстве является надлежащее проведение геологических изысканий перед проведением работ. Именно надлежащее изучение грунтов, определение их механических характеристик, насыщенности влагой и позволяют выбрать оптимальную технологию проведения работ и избежать аварий»,— говорит Елена Самсонова.

В «Метрострое» также подчеркивают, что подземное строительство всегда было и всегда будет сопряжено с рисками. Но благодаря качественному изысканию, проработке проекта, применению новых технологий и механизмов эти риски можно свести к минимуму. «»Метрострой» имеет обширный опыт реализации проектов в сложных геологических условиях, и технологии постоянно совершенствуются. В случае с Петербургом даже технологии, которые широко применяются в других странах, у нас требуют доработки, адаптации под наши гидрогеологические условия. В конструкцию двухпутного щита, например, инженеры «Метростроя» внесли около 300 изменений, прежде чем это оборудование приступило к проходке тоннеля на Фрунзенском радиусе. Вообще, механизация процессов — это вектор, по которому должна идти вся строительная подземная отрасль. Это значительно повышает безопасность ведения работ и, как правило, значительно сокращает сроки строительства. Так, на строительстве станций метро «Обводный канал», «Адмиралтейская» и «Спасская» ОАО «Метрострой» впервые в мире успешно осуществило механизированную проходку наклонных ходов под углом 30%, что сократило время на проходку вдвое,— рассказывает заместитель генерального директора, главный инженер ОАО «Метрострой» Алексей Старков. — Кроме того, абсолютно новой для России практикой стало строительство тоннеля Невско-Василеостровской линии, трасса которого прошла под намывными территориями, расположенными в западной части Крестовского острова. Станция «Новокрестовская» — уникальный объект, аналогов которого нет во всем мире. Она залегает на глубине 25 метров, имеет габариты, способные пропускать 30 тыс. пассажиров в час. Кроме того, на станции расположено более 500 служебных помещений. Это количество обусловлено тем, что в будущем здесь планируется построить пересадочный узел на «Новокрестовскую-2». Станция «Беговая» также имеет свои уникальные особенности. Тиксотропные грунты, в которых она располагается, очень пластичны и подвижны, и метростроителям пришлось приложить немало усилий, чтобы укротить их и построить в них станцию».

Развитие технологий и опыт, который приобретается при реализации каждого проекта, говорят о том, что в перспективе количество подземных объектов различного назначения будет увеличиваться и располагаться они будут не только на большой глубине, но и ближе к поверхности.

Агата Маринина

Состав и строение торфяных грунтов

Торф – это сложное сочетание компонентов, находящихся в твердом, жидком и газообразном состоянии. Твердые еще не разложившиеся частицы по мере прохождения естественных процессов превращаются в жидкости и газы, поэтому структура торфа нестабильна и изменяется с течением времени.

Состав торфяного грунта

Твердая основа торфяного грунта – это неразложившиеся органические частицы разных размеров, растительные остатки с сохраненной структурой, минеральные вещества и гумус. Их количество отличается у верховых и низинных торфов, поэтому и структура их различается по степени дисперсности. Считается, что низинный более однороден, и его коэффициент составляет 10-40, не более, а верховой – менее, поэтому и коэффициент неоднородности может колебаться от 60 до 700.

Количество минеральных веществ зависит от происхождения залежей. Если они образовались на месте озер и болот и относятся к нормозольным, то минералов в составе будет менее 18%. Если же это аллювиально-болотные торфы, то процентное содержание минеральных веществ в них может доходить до 40%.

Водонасыщенность, содержание воды

В торфе содержится больше воды, чем сухих веществ. В зависимости от происхождения грунта и стадии его разложения, это количество может варьироваться от 50% и выше.

Все торфяные грунты – водонасыщенные, причем в них содержится разная вода:

  • прочносвязанная – от 20 до 30%;
  • капиллярная – до 70%, не более;
  • в гравитационном (взвешенном) состоянии – до 10%.

В случае, если производилось осушение торфяных залежей, количество воды в структуре будет ниже, а если месторождение находилось под твердыми горными породами, под давлением, то водонасыщенность увеличится.

Также существует прямая зависимость со степенью разложения и типом грунта:

  • торфы слабого разложения содержат больше цельноклеточных органических остатков и меньше гумуса, а значит и способность к влагопоглощению у них выше;
  • в полностью разложившемся много гумуса, который практически не впитывает влагу;
  • верховые считаются более влажными, поскольку у них пониженная зольность;
    сфагновые торфы – самые влажные, что обусловлено высоким содержанием цельных впитывающих коллоидных фракций.

Содержание газов и структура

В торфяных грунтах газы представляют собой побочный продукт биологического разложения. Они растворяются в жидкости либо остаются в сохранившихся внутриклеточных полостях. Среди газообразных веществ в структуре особенно часто встречаются водород и сероводород, а также аммиак, метан и иногда – углекислый газ.

Из-за такого состава большинство торфяных грунтов – слоистые. Границы слоев – не четкие, а размытые и их плотность и количество зависит от того, где и в каких условиях образовывалась залежь. Чем ниже степень разложения, то больше выражена слоистость. В слаборазложившихся можно выделить отдельные растительные частицы с сохранившейся структурой. Если же речь идет о торфе высокого разложения, то он комковатый, более однородный.

Замораживание грунтов | АквилонСтройМонтаж

Замораживание грунтов применяется в различных видах строительства, когда требуется временно укрепить слабые, водонасыщенные грунты. Это прием используется при строительстве метрополитенов, высотных зданий, мостов, плотин, шахт, подземных хранилищ и некоторых других объектов. Замораживание грунтов осуществляют разными методами в зависимости от гидрогеологических условий, типа объекта и грунта, скорости движения грунтовых вод и некоторых других параметров. Закрепление грунта – замораживание требуется для того, чтобы беспрепятственно произвести необходимый комплекс работ (например, по закладке фундамента), не опасаясь проседания, оползания почвы, проникновения водонасыщенных грунтов и грунтовых вод на территорию строительства.

Замораживание грунтов — картинки

Предлагаем вам посмотреть несколько фотографий, чтобы представить себе, что представляет собой эта процедура. Технология проведения работ может существенно различаться в зависимости от используемой методики.

Особенности замораживания грунтов

Работы по замораживанию грунтов проводятся исключительно специализированными специалистами, так как, несмотря на внешнюю простоту методик, они требуют определенных знаний и практического навыка. При выборе способа и подхода к заморозке нужно учитывать многие факторы, проводить предварительное изучение свойств грунта, характер проводимых строительных работ и некоторые другие тонкости.

Поэтому данные действия можно доверять исключительно квалифицированным специалистам. Каким бы способом ни проводилось замораживание грунта воздействие на экологию должно быть сведено к нулю, поэтому стоит отдавать предпочтение современным методикам, оказывающим щадящее воздействие на окружающую среду.

Способы заморозки

Как уже было сказано, заморозка может проводиться разными способами. Разница заключается преимущественно в том, что для этого применяют различные вещества. Начальные действия выглядят примерно одинаково во всех случаях – по периметру будущего строения, где необходимо упрочить грунт, на определенном расстоянии друг от друга бурят скважины. В них опускаются так называемые замораживающие колонки. Это предельно простое устройство, представляющее собой заваренную с нижнего конца трубу, оснащенную крышкой и трубопроводами для поставки охлаждающего вещества. Все эти колонки соединяются между собой в систему и разными способами заполняются охлаждающими веществами.

  • Замораживание грунтов низкотемпературным воздухом почти не практикуется, так как показывает очень медленную скорость заморозки и сопряжено с определенными трудностями. Поэтому замораживание грунта естественным холодом использовать не всегда целесообразно.
  • Следующий метод замораживания грунта – рассольный. Он подразумевает использование в качестве охлаждающего вещества концентрированных растворов хлористого кальция или натрия. Для его циркуляции в системе колонок и охлаждения создается целая система – устанавливается низкотемпературный холодильный агрегат, который остужает раствор до нужной температуры, и насосная станция, которая поставляет его к потребителю. Раствор отбирает тепло от окружающей стенки трубы среды, сам нагревается и возвращается в холодильный агрегат для повторного охлаждения. Этот метод достаточно эффективный, но показывает низкую скорость заморозки и зачастую дает эффект пучения грунта.
  • Замораживание грунтов жидким азотом – самый простой, но в то же время эффективный способ. Он подразумевает использование сжиженного в заводских условиях азота, который поставляется на место строительства в специальных емкостях – цистернах или баллонах. Выполняя замораживание грунта азотом, специалисты запускают его в первую из колонок в ряду. У этого вещества при нормальном атмосферном давлении очень низкая температура кипения – около -196С. Поэтому он сразу же начинает испаряться, поднимаясь вверх, и переходя в следующие колонки. Цикл заморозки заканчивается в тот момент, когда он достигает последней скважины и переходит в атмосферный воздух в виде газа. Замораживание грунтов азотом – совершенно безопасный и экологически безупречный метод, так как он является естественной составляющей воздуха. У него есть и другие преимущества – возможность работы с любыми грунтами, самая высокая по сравнению с другими методиками скорость заморозки, отсутствие необходимости использовать дополнительное холодильное и насосное оборудование. Поэтому замораживание грунта жидким азотом получило самое широкое распространение в современном строительстве высотных зданий, шахт и других объектов.

В любом из этих случаев вокруг трубы, опущенной в скважину, почва постепенно начинает замерзать. По мере продолжения обработки слой обледенения увеличивается до тех пор, пока не сольется с соседним цилиндром льда. Этим достигается образование сплошного ледяного барьера, препятствующего оползанию грунта, проникновению грунтовых вод и других аналогичных проблем, которые могут возникнуть при строительстве.

Замораживание грунтов – стоимость

Если вас интересует цена самой процедуры или оборудования, которое используется при заморозке рассольным методом, то сотрудники компании «АквилонСтройМонтаж» подробно вам расскажут все тонкости, помогут рассчитать предварительную стоимость оборудования или услуг.

Замораживание грунтов, цена которого отличается нестабильностью, зависит от многих факторов – гидрогеологических условий, обрабатываемой площадью, глубиной заморозки и требуемой толщиной льда. В любом случае наши сотрудники найдут оптимальное решение, которое решит все ваши задачи. У нас вы обнаружите приемлемые цены, современные технологии и полный спектр услуг.

Тема 4. Строительство в слабых водонасыщенных грунтах.

4.1 Принцип расчёта и проектирования оснований.

К слабым водонасыщенным
грунтам относят насыщеннные водой
сильносжимаемые грунты, которые при
обычных скоростях приложения нагрузок
на основание теряют свою прочность,
вследствие чего уменьшается их
сопротивление сдвигу и возрастает
сжимаемость. Слабый глинистый грунт –
это дисперсная структурированная
система с коагуляционным типом структурных
связей, способная при их нарушении
переходить из твердообразного состояния
в жидкообразное. Текучее состояние
грунта определяется степенью нарушения
структурных связей. При расчете осадок
сильносжимаемых водонасыщенных глинистых
оснований возникает необходимость
учета ползучести, нелинейной деформируемости
и проницаемости. Цикличность приложения
нагрузок, например, в элеваторах, изменяет
прочностные и деформационные свойства
грунтов оснований во времени. Неравномерная
загрузка отдельных силосов приводит к
значительным неравномерным деформациям.
Специалисты рекомендуют проводить
равномерную первичную загрузку и
разгрузку элеваторов.

Часто к слабым
водонасыщенным относят глинистые грунты
(илы, ленточные глинистые грунты,
водонасыщенные лессовые макропористые
и заторфованные грунты и др.) при Е
≤ 5 МПа и sr
≥ 0,8, ϕ
= 4 … 10°, с =
0,006 … 0,025 МПа.

Значение коэффициентов
фильтрации в вертикальном и горизонтальном
направлениях отличаются до 10 раз. Общая
осадка подразделяется на часть,
описываемую теорией фильтрационной
консолидации, и часть, описываемую
процессами вторичной консолидации.

При проектировании
фундаментов мелкого заложения необходимо
ограничить:

• средние осадки
предельными величинами;

• относительные
разности осадок соседних фундаментов
предельными значениями;

• скорости
протекания осадок допустимыми.

При прохождении
сейсмических волн через слабый
водонепроницаемый грунт возникает
поровое давление и снижаются прочностные
характеристики грунта. В этих условиях
рекомендуется применять сваи-стойки с
полной прорезкой слабых грунтов и
опиранием на прочный. Кроме того, возможно
применение песчаных подушек, дренажных
прорезей с пригрузочными насыпями,
известковых свай с последующим уплотнением
грунтов тяжелыми трамбовками.

В случае, когда
методы уплотнения и упрочнения не дают
эффекта, а осадка превышает предельную,
необходимы конструктивные мероприятия.
К ним относятся: повышение жесткости
зданий путем разрезки осадочными швами
на отдельные блоки; повышение жесткости
каждого блока устройством монолитных
железобетонных или сборно-монолитных
фундаментов; устройство железобетонных
или металлических поясов или армированных
швов; устройство жестких диафрагм,
например, горизонтальных из плит;
повышение гибкости и податливости
гибких зданий и сооружений.

Осадки фундаментов
вычисляются с использованием расчетных
схем в виде линейно-деформированного
пространства или линейно-деформи-руемого
слоя. Границу сжимаемой толщи определяют
на такой глубине, где дополнительные
напряжения равны 3 кПа – для илов, а для
заторфованных грунтов на глубине, где
дополнительное к природному давление
равно структурной прочности.

Дополнительную
осадку фундаментов на основаниях,
сложенных водонасыщенными или
органо-минеральными грунтами за счет
разложения органических включений
допускается не учитывать, если в период
срока службы сооружения, уровень
грунтовых вод не будет понижаться

Риск насыщения почвы | Обучение на случай стихийных бедствий

Понимание состояния грунтовых вод и насыщенных почв

Подземные воды хранятся в пустотах, пространствах и трещинах между частицами почвы, песка, гравия, камня или других материалов. Условия насыщения возникают, когда все пустоты, пространства и трещины заполнены водой. Ненасыщенные условия возникают, когда пустоты, промежутки и трещины между почвой, песком, гравием или скалой заполнены смесью воздуха и воды.

Уровни грунтовых вод выше нормы, а в районах, близких к наводнению реки Миссури, существуют условия насыщения почвы.Насыщенные почвенные условия создают проблемы и риски для домовладельцев.

Насыщенная почва представляет опасность для воды из частных скважин

Шэрон Скиптон, специалист по обучению качеству воды

Обычно ненасыщенная почва действует как фильтр для удаления патогенов и многих других загрязнителей из воды, которая в конечном итоге будет снабжать колодцы. Но когда почва насыщена, она теряет способность удалять многие загрязнители.

В условиях наводнения загрязненные поверхностные воды могут попадать непосредственно в грунтовые воды через соседний колодец, который не построен должным образом, старый незаконный колодец (часто называемый заброшенным колодцем) или другие раскопки поблизости, минуя естественный процесс фильтрации.Кроме того, септические системы, работающие на насыщенных почвах, добавляют загрязняющие вещества в грунтовые воды.

Исследования показывают, что патогены в насыщенной почве могут оставаться жизнеспособными и могут перемещаться на сотни футов, загрязняя близлежащие колодцы с питьевой водой.

Домовладельцы, которые считают, что их колодец мог быть поврежден, могут добровольно пройти проверку воды на наличие бактерий.

Насыщенная почва может привести к отказу септической системы

Уэйн Уолдт, специалист по водным ресурсам и окружающей среде

Высокие уровни грунтовых вод и насыщенные почвы могут быть опасной ситуацией для домовладельцев с септическими системами.Когда насыщенные почвенные условия сохраняются, септическая система не может нормально функционировать.

Септическая система использует септик и дренажное поле для очистки сточных вод (сточных вод) и их возврата в окружающую среду. Сточные воды из дома поступают в септик, где происходит их предварительная очистка. Сточные воды стекают из резервуара в дренажное поле и вниз через фильтрующий материал, обычно гравий. Сточные воды попадают в почву, где происходит окончательная обработка и переработка.

Один из видов отказа, который может быть как опасным, так и весьма неприятным, — это когда насыщенные почвы заставляют сточные воды пополнять дом или бизнес.Почвы настолько влажные и насыщенные, что сточные воды не могут стекать, и если возникает резервная копия, сточные воды обычно будут вытекать из самого нижнего водопровода в доме, что увеличивает вероятность прямого контакта с патогенами, вызывающими болезнь. К тому же уборка — занятие не из приятных.

Важным фактором при очистке сточных вод является расстояние, которое сточные воды проходят через почву, прежде чем достигают состояния насыщения. Патогены уничтожаются или инактивируются на 3–4 футах ненасыщенной почвы под дном дренажного поля.Если имеется менее 4 футов ненасыщенной почвы; бактерии, вирусы и другие загрязнители могут перемещаться в грунтовые воды до того, как будут уничтожены или дезактивированы. Если почва под дном дренажного поля насыщена, патогены могут оставаться жизнеспособными и попадать в грунтовые воды, которые снабжают питьевой водой колодцы в этом районе.

Если ваша септическая система находится в насыщенной почве, вам нужно избегать использования воды до тех пор, пока почва не высохнет достаточно, чтобы обеспечить дренаж сточных вод.

Шэрон Скиптон, консультант по вопросам качества воды, Юго-восточный научно-исследовательский и информационный центр, Расширение Университета штата Нью-Йорк,

Как исправить проблемы с чрезмерной влажностью почвы и дренажом — деревья для энергосбережения

Почвы с избыточной влажностью плохо аэрируются, так как поровые пространства заполнены водой.На таких почвах корни имеют тенденцию расти у поверхности. С плохо закрепленными корнями дерево восприимчиво к ветру. Дерево может выжить какое-то время, но корни в конечном итоге погибнут и разложатся из-за недостатка кислорода в почве, в результате чего дерево не сможет поглощать необходимую воду и питательные вещества.

Слишком много воды в почве часто вызвано строительными и посадочными работами, например, неправильным использованием ирригационных систем. Однако некоторые места естественным образом восприимчивы к насыщению почвы из-за типа почвы, ландшафта, проливных дождей, наводнений или высокого уровня грунтовых вод.Например, почвы с высоким содержанием глины, как правило, имеют больше проблем с дренажем, чем песчаные почвы, потому что они легче уплотняются.

В следующем списке описаны некоторые типичные признаки того, что дренаж может быть проблемой на объекте, а также методы предотвращения проблем с дренажем.

Признаки проблем с дренажем

  • Движение воды — — Большое количество воды, быстро протекающей по почве, может указывать на состояние насыщения почвы. Это также может вызвать эрозию.
  • Стоячая вода — Вода, оставшаяся после дождя, также может указывать на чрезмерную влажность почвы.
  • Тип почвы — Тип почвы на участке влияет на влажность. Песчаные почвы обычно имеют высокую скорость инфильтрации, вода движется быстро, в то время как глинистые почвы имеют тенденцию удерживать воду.
  • Browning Leaf Edges — Края листьев, становящиеся коричневыми, могут указывать на слишком большую влажность почвы.
  • Разложение корней — Переувлажненные почвы могут вызвать загнивание корней.

Предотвращение проблем с дренажем

  • Изменить методы строительства — Когда почва перемещается или нарушается такими действиями, как профилирование, схемы дренажа могут изменяться, влияя на условия влажности почвы. Во время строительства и озеленения выравнивайте почву, чтобы на участке посадки не образовывались углубления. Сохраняйте естественный горизонт во время профилирования или засыпки, чтобы неплодородный грунт не превратился в верхний слой почвы. Проблем с дренажем можно избежать, сведя к минимуму уплотнение почвы на участке.Не допускайте попадания мусора, такого как камни и кирпичи, в верхний слой почвы, чтобы предотвратить взаимодействие или изменение текстуры почвы. Непроницаемые поверхности, такие как бетон и асфальт, могут препятствовать испарению воды с участка. Это может вызвать плохой дренаж и чрезмерную влажность.
  • Break Up Hardpan — Подземные слои почвы, которые непроницаемы или ограничивают проникновение воды, могут вызвать проблемы. Следует прокалывать твердый слой, который находится в пределах 30 дюймов от поверхности. Глубокорыхлители на тракторной тяге можно использовать на больших площадях, в то время как рытье и бурение ям часто работают на небольших площадях.
  • Будьте осторожны при выборе участка — Для местности, которая постоянно подвержена чрезмерной влажности почвы, выберите вид, устойчивый к влажным условиям. Участок должен иметь достаточный объем почвы для поддержки роста и развития выбранных видов. Избегайте выбора места, где слои камней находятся близко к поверхности почвы, потому что там мало почвы, чтобы впитать воду. Саженцы с приподнятой грядкой — это вариант, который поднимает корни дерева из насыщенной почвы. На участках с плохим дренажем выбирайте вид, устойчивый к влажным условиям.
  • Адаптируйте методы посадки к условиям участка — Посадите корневой ком так, чтобы крона была немного выше уровня почвы. Для улучшения аэрации и дренажа используйте грубый засыпной материал, такой как супесь или супесчаный песок. Не используйте грунт с высоким содержанием глины в качестве наполнителя. Почвенные условия, которых следует избегать, включают гравий под суглинком и песок поверх глины.
  • Регулируемая система орошения — Настройка системы орошения на подачу воды в зависимости от потребности, а не времени, поможет предотвратить чрезмерную влажность почвы.
Фото: Эд Мэйси

Тестирование проблем с дренажем

Выполните следующие действия, чтобы определить, есть ли проблема с дренажем (Gilman 1997):

  • Выкопайте яму шириной 12 на 12 дюймов и залейте ее водой.
  • Дренаж хорош, если вода стечет из ямы за час.
  • Если для слива воды из отверстия требуется от нескольких часов до суток, дренаж удовлетворительный.
  • Если вода в яме стоит больше суток, значит, либо высокий уровень грунтовых вод, либо плохой дренаж.

Решение проблем с дренажем

Избыточная влажность почвы иногда может быть решена путем обеспечения надлежащего дренажа дерева, но исправить это может быть сложно и часто дорого. Правильные процедуры посадки и выбор видов, адаптированных к участку, являются лучшими средствами борьбы с чрезмерной влажностью, которую невозможно исправить без дренажа.В крайнем случае, дренаж можно улучшить, установив дренажную систему, такую ​​как французский дренаж или перфорированная труба, перенаправив поток воды или разорвав уплотненный грунт, все в зависимости от условий участка и доступных ресурсов.

Чтобы узнать об этом и многом другом для получения кредита ISA и SAF, перейдите на cfegroup.org!

Чтобы изучить этот и другие материалы за часы работы волонтерами и получить сертификат об окончании, зарегистрируйтесь в программе электронного обучения Urban Forestry на сайте campus.extension.org!

Образец цитирования:

Гилман, Э.F. 1997. Деревья для городских и пригородных пейзажей. Олбани, Нью-Йорк: издательство Delmar. 662 с.

Автор: Эд Мэйси, региональный городской лесничий, Южный регион USFS

Движение воды в почвах — Добро пожаловать

Контактная информация

Тайсон Окснер

Профессор

Науки о растениях и почвах

Государственный университет Оклахомы

371 Зал Ag

Stillwater, OK 74078

Телефон: (405) -744-3627

тайсон[email protected]

Информация
Введение: Движение воды в почвах довольно
простой и легкий для понимания в некотором смысле и довольно сложный и
трудно уловить в других.Объект, который может свободно двигаться, имеет тенденцию к
спонтанно переходить из состояния с более высокой потенциальной энергией в одно из
более низкая потенциальная энергия. Так и с водой. Единица объема или массы
вода имеет тенденцию перемещаться из области с более высокой потенциальной энергией в одну из
более низкая потенциальная энергия.
Что вызывает различия в
потенциальная энергия единицы воды в почве? Сила
гравитация — один из факторов. Так же, как вода на возвышенности на
улица имеет тенденцию спускаться на более низкую отметку из-за силы тяжести, поэтому вода
в почве имеет тенденцию двигаться вниз под действием силы тяжести.Второй фактор — это
привлечение поверхности почвы к воде. Когда добавляется вода
на дно сухого горшка с почвой вода поднимается в почву
за счет этого притяжения поверхности почвы для воды. Уровень энергии
воды, контактирующей с частицами почвы, меньше, чем
бассейн с водой в поддоне, чтобы он переместился в почву. Как почва
в горшке становится влажным, это притяжение уменьшается так, что к моменту
поры полностью заполняются, почва больше не привлекает дополнительных
вода.Если почва насыщена, третий источник потенциальной энергии может
существуют в форме внешнего давления, такого как
насос или слой воды на затопленном участке. Это основные
источники потенциальной энергии в почвенных водах. Могут существовать и другие формы, но
они не будут здесь обсуждаться.

Направление движения воды: общая потенциальная энергия
вода — это сумма потенциалов всех источников. Потенциальная энергия
на единицу массы, или на единицу объема, или на единицу веса, называется
потенциал воды.Таким образом, вода, свободно движущаяся, будет уходить из
регион, где он имеет более высокий общий потенциал к одному из более низких общих
потенциал. Потенциал, связанный с гравитацией, известен как гравитационный
потенциал, а из-за частиц почвы — матричный потенциал.
Почвы, поры которых не заполнены, имеют матричный потенциал меньше нуля.
Насыщенные почвы под действием внешнего гидростатического давления
имеют матричные потенциалы больше нуля. Общий потенциал
в любой точке — это просто сумма гравитационного и матричного (или
давление) потенциалы в этой точке.Распределение общего потенциала
в почве позволяет нам определить, будет ли вода двигаться, и
направление движения для любой почвенной системы. Если суммарные потенциалы равны
равно, движение не произойдет. Подробно о водном потенциале и о том, как это сделать
можно определить в почвах имеются
здесь.

Скорость движения воды: в разделе выше представлена ​​вода.
потенциал и способ его использования для определения
направление движения воды. В этом разделе мы рассмотрим факторы
которые определяют скорость движения.Полезно подумать о
движение воды как продукт движущей силы, заставляющей воду
движение и коэффициент, представляющий легкость, с которой вода движется в
почва. Это было оформлено Генри Дарси в 1856 году как

.

где q — объем протекающей воды
через единицу площади поперечного сечения почвы в единицу времени, K —
насыщенная гидропроводность почвы, TH — общая гидравлическая
голова, а x — координата положения в направлении потока. Этот
уравнение известно как закон Дарси.Для однородных насыщенных почв это
полезно записать это уравнение как

, где TH A — общий напор на
входной конец почвы, TH B — общий напор на
выходной конец столба грунта, а L AB — расстояние
между входом и выходом. Гидравлический
проводимость, K, представляет собой легкость, с которой вода протекает через
почва. Его значение зависит от свойств почвы и свойств.
почвенной воды. В
движущая сила, df, представлена ​​

Гидравлическая проводимость: поскольку некоторая часть грунта
занятая частицами почвы, вода не течет через почву, так как
легко, как через открытую трубу.Легкость движения воды
известная как гидравлическая проводимость почвы. Почвы с крупными порами
такие как песчаные почвы, как правило, легче проводят воду, чем почвы с
более мелкие поры, такие как глинистые почвы. Таким образом, пески имеют более высокую насыщенность
значения электропроводности, чем у глины (Примеры).
По мере высыхания почвы в первую очередь теряется вода в самых крупных порах. Воды
движение должно происходить через более мелкие поры и в пленках рядом с почвой
частицы. Эти поры и пленки обладают большей стойкостью, поэтому
проводимость почвы уменьшается по мере ее высыхания (Примеры).В природе влажность почвы часто меняется в зависимости от ее положения.
почва. Таким образом, проводимость также изменяется с положением.

Движущая сила: Скорость движения воды в почвах увеличивается с
увеличивающаяся движущая сила. В насыщенных почвах движущей силой является
приводят к разнице в высоте и положительному внешнему давлению в
почва. В ненасыщенных почвах притяжение поверхности почвы для
вода часто является основным компонентом движущей силы. Движущие силы
в ненасыщенных почвах обычно намного больше, чем в насыщенных.Движущая сила обычно меняется по величине при изменении почвы.
свойства и влажность. Примеры этого имеются
здесь.

Для более глубокого понимания движущих сил в почвах под одномерным
установившийся поток, используйте установившийся режим
Программное обеспечение Water Movement и связанное с ним
упражнения.


Переходное движение воды

В следующих разделах представлены динамические
проточные процессы, происходящие в природе. ЧЕМФЛО-2000
программное обеспечение может использоваться для моделирования большинства этих переходных процессов.Математическая модель, вычислительные методы и предлагаемые
численные эксперименты включены в
руководство по программному обеспечению.

Проникновение: Процесс попадания воды в почву.
поверхность известна как инфильтрация.

Скорость проникновения: проникновение — очень динамичный процесс. Воды
наносится на поверхность относительно сухой почвы, быстро инфильтрирует
на сродство частиц почвы к воде. По прошествии времени
почва становится влажной, сила тяжести становится доминирующей силой
заставляя воду двигаться.Скорость инфильтрации постепенно снижается с
времени и приближается к значению насыщенной проводимости почвы
как показано справа. Этот пример для песчаного суглинка Кобб в Каддо.
Округ Оклахома.

Суммарное проникновение: нас часто интересует
общее количество воды, попадающей в почву. График справа показывает
эта кумулятивная инфильтрация как функция времени для почвы Кобба.
Кумулятивная инфильтрация быстро увеличивается в короткие промежутки времени, а затем
приближается к линейной зависимости, поскольку скорость инфильтрации приближается к
постоянное значение.
Распределение содержания воды: когда вода попадает в
относительно сухая почва из затопленных условий, таких как использованная выше,
вода на входе быстро приближается к содержанию насыщенной воды. В
содержание воды изменяется от первоначального низкого значения до значения, близкого к
насыщенность на небольшом расстоянии. Со временем этот фронт смачивания движется
вниз через почву, как показано справа. Скорость, с которой
продвижение влажного фронта уменьшается со временем и глубиной намокания.В этом
Например, фронт увлажнения продвинулся примерно на 25 см за первые 4 часа.
период, 13 см во втором периоде и 10 см в четвертом периоде.
период.
Если вода поливается с меньшей скоростью, так что пруд
не происходит, скорость инфильтрации, кумулятивная инфильтрация и
Распределение водности несколько меняется. Например, если
норма расхода 0,5 см / час (что меньше, чем у насыщенного
проводимость почвы), скорость инфильтрации постоянна и равна 0.5
см / час за все время, кумулятивная инфильтрация представляет собой прямую линию
через начало координат с уклоном 0,5 см / час, а содержание воды
распределения показаны справа. Обратите внимание, что содержание воды на
поверхность почвы увеличивается со временем в течение первых 10 часов. Так же
мокрый фронт не продвинулся так далеко, как в случае затопления. Ну наконец то,
кривые здесь не такие крутые (или зона смачивания больше), чем у них
находились в затопленных условиях.

На форму инфильтрации влияют многие другие факторы.
функции.Они включают способ, которым ненасыщенные
электропроводность изменяется в зависимости от содержания воды или матричного потенциала,
начальное распределение содержания воды в почве и изменения в почве
гидравлические свойства с глубиной или временем.


Распространяется: Раздел выше касается только
процесс инфильтрации. Что происходит, когда вода больше не применяется
на поверхности? Остановится ли движение воды?

Ясно, что нет.Силы, которые присутствовали, чтобы вызвать воду
для переезда еще присутствуют. Эти силы будут продолжать двигать воду.
Отличие состоит в том, что для того, чтобы увлажнить почву глубже по профилю,
Теперь необходимо удалить воду из верхних влажных областей. Фигура на
справа показано трехкратное прогнозируемое распределение воды в течение
перераспределение (при этом вода не попадает и не покидает поверхность почвы.
время). Инфильтрация прекратилась через 12 часов. В 24, 36 и 48 часов
содержание воды у поверхности уменьшается, и влажный фронт продвигается
вниз по профилю.Продвижение мокрого фронта происходит намного медленнее, чем
пока поливалась вода. Скорость продвижения и ставка
высыхания поверхностного слоя почвы уменьшаются со временем. Этот
перераспределение будет продолжаться, но все медленнее и медленнее. Так как
показатели быстро снижаются со временем, почвы обладают способностью накапливать
вода для растений.


Испарение: ср.
знайте, что вода, которая может свободно перемещаться, движется из областей более высоких
потенциал для снижения потенциала.Источники потенциала ненасыщенных
почвы — это прежде всего притяжение поверхности почвы для воды и
сила притяжения. Движение воды не ограничивается движением вниз
ни к движению в жидкой фазе. Испарение с поверхности почвы
тоже может быть большим. Для испарения воды необходимо, чтобы вода была
присутствует в почве на месте испарения. Это также требует
существенный источник энергии для преобразования жидкой воды в пар.
Без этой энергии испарение не может происходить. Наконец, устойчивый
для испарения требуется, чтобы водяной пар над местом испарения
должен быть перемещен с этого сайта.Если этого не происходит, воздух
насыщается водой, поэтому испарение прекращается.

Вскоре после инфильтрации поверхность почвы влажная, поэтому много воды
доступен на поверхности. На этой ранней стадии атмосферный
потребность или энергия, доступная для преобразования воды в пар, скорее всего,
ограничить скорость испарения. По мере высыхания почвы способность
почва для перемещения воды вверх к поверхности почвы ограничивает испарение
показатель.


Поглощение растений: Перемещение воды
от почвы к корням растений и далее через растения в результате потенциального
различия, как и в других местах.Водный потенциал растений и
электропроводность частей растения быстро меняется и колеблется на больших
величины в зависимости от атмосферных условий и физиологии
завода.

Растения способны удалять из почвы большое количество воды.
Детали в микроскопическом масштабе отдельных корней трудно различить.
учатся, но эта основная работа ведется. Для большей части воды
для целей управления достаточно количественно оценить средний уровень
потеря воды на единицу площади.Это часто называют эвапотранспирацией.
скорость или ET, поскольку он сочетает в себе прямое испарение с поверхности почвы
и испарение воды, поглощенной растениями и прошедшей через
система растений. Были разработаны многочисленные методы измерения и
оцените эти уровни суммарного испарения. Возможная эвапотранспирация
нормы или значения ПЭТ обычно рассчитываются для контрольной культуры
растет в условиях хорошо полива. Значения ET для конкретной культуры
получаются путем умножения этого значения ПЭТ на коэффициент урожая на
учитывать различия в видах растений и стадиях роста, а также
фактор почвы, отражающий различия во влажности почвы и, следовательно, почвы
потенциал и проводимость вблизи корней.


Дренаж: Перемещение воды
ниже корневой зоны растения доступно перемещение химикатов
глубже в профиль и для подпитки нижележащего водоносного горизонта. Этот
количество зависит от способности почвы удерживать воду,
эвапотранспирация области и количество проникающей воды
почва от дождя или орошения. Интерактивный
доступна программа, чтобы изучить это более подробно.

Почвенная вода и скопление — SARE

Рисунок 5.9. Насыщенная почва мягкая, легко рассеивается под воздействием дождевых капель и легко разрушается. Фото USDA-NRCS .

Такие процессы, как эрозия, оседание и уплотнение почвы, зависят от условий влажности почвы и, в свою очередь, влияют на твердость почвы и стабильность агрегатов. Когда почва насыщена и все поры заполнены водой, почва становится очень мягкой. (Гифы грибов и маленькие корни также служат для образования и стабилизации агрегатов глубже в почве.) В этих условиях насыщения более слабые агрегаты могут легко распасться под воздействием капель дождя и позволить воде, движущейся по поверхности, переносить частицы почвы. прочь (рисунок 5.9). Перенасыщенная почва не имеет внутренней прочности, а положительное давление воды фактически раздвигает частицы (рисунок 5.10, слева). Это делает почву очень восприимчивой к эрозии из-за воды, текущей по поверхности, или позволяет ей опускаться под действием силы тяжести, когда земля (грязь) скользит.

По мере того, как почва высыхает и становится влажной, а не влажной, поровая вода, остающаяся в контакте с твердыми поверхностями, изгибается и сближает частицы, делая почву более прочной и твердой (рис. 5.10, в центре). Но когда почвы с низким содержанием органического вещества и агрегации, особенно пески, очень сухие, связь между частицами значительно уменьшается, потому что остается мало поровой воды, чтобы удерживать частицы вместе.Затем почва становится рыхлой и подверженной ветровой эрозии (рисунок 5.10, справа).

Сильная агрегация особенно важна во время экстремальной влажности, поскольку она обеспечивает еще один источник сцепления, который удерживает почву вместе. Хорошая агрегация, или структура , помогает обеспечить высокое качество почвы и предотвращает рассеяние (рисунок 5.11). Хорошо агрегированная почва также дает хорошую почвенную пашню , что означает, что она образует хорошее посевное ложе после подготовки почвы.Агрегация в поверхностном слое почвы усиливается из-за поверхностных остатков и отсутствия обработки почвы. Кроме того, для поддержания хорошей агрегации почвы необходимы постоянные поставки органических материалов, корней живых растений и гиф микоризных грибов.

Рисунок 5.11. Хорошо агрегированная почва с органически обработанного поля с покровной рожью.

Поверхностные пожнивные остатки и покровные культуры защищают почву от ветра и дождя и снижают экстремальные температуры и влажность на поверхности почвы. С другой стороны, незащищенная почва может испытывать очень высокие температуры на поверхности и становиться чрезвычайно сухой.Затем черви и насекомые будут продвигаться глубже в голую почву, в результате чего на поверхности образуется мало активных организмов. Многие бактерии и грибки, живущие в тонких слоях воды, могут погибнуть или стать неактивными, замедляя естественный процесс круговорота органических веществ. Крупные и мелкие организмы способствуют скоплению в почве, которая защищена поверхностным слоем растительных остатков, мульчей или дерном и имеет постоянные запасы органических веществ для поддержания здоровой пищевой цепи. Отсутствие процессов эрозии и уплотнения также помогает поддерживать хорошую агрегацию поверхности.

Химический состав почвы также играет роль в формировании агрегатов и стабильности, особенно в засушливом климате. Почвы с высоким содержанием натрия (см. Главы 6 и 20) создают особые проблемы.

Предыдущее проникновение против стока
Далее Что исходит с неба: кровь экосистем

Показатель метаногенеза в водонасыщенных почвах

Кислородные почвы обычно являются стоком для метана из-за присутствия метанотрофов с высоким сродством Бактерии , способные окислять метан.Однако почвы, испытывающие водонасыщение, способны принимать значительные метаногенные сообщества архей, потенциально влияя на способность почвы действовать как поглотитель метана. Чтобы получить представление о метаногенных популяциях в таких почвах, с помощью газовой хроматографии-масс-спектрометрии с мониторингом отдельных ионов было исследовано распределение археолов в свободной и конъюгированной формах как индикатор окаменелой и живой метаногенной биомассы. Из трех изученных почв только одно богатое органическим веществом место содержало археол в количественном выражении.Оценка подповерхностного профиля выявила преобладание архей, связанных гликозидными головными группами, над фосфолипидами, что предполагает их происхождение из окаменелой биомассы. Содержание влаги за счет контроля над органическим углеродом и аноксией, по-видимому, определяет тенденции в биомассе метаногена. Профили археол и кренархеол различались, подразумевая, что первые не имели таумархеотического происхождения. Основываясь на этих результатах, мы предлагаем использовать интактные археолы в качестве полезного биомаркера биомассы метаногена в почве и для отслеживания изменений состояния влажности и аэрации, связанных с изменением климата.

1. Введение

Эмиссия метана (CH 4 ) из ​​почвы определяется чистым балансом одновременного производства in situ биогенного CH 4 метаногенными архей и потребления метанотрофными бактериями . В большинстве кислородных почв метанотрофия намного превышает внутреннюю продукцию CH 4 . Последнее считается низким или незначительным, поскольку, хотя известно, что метаногены выживают в аэробных почвах [1], они традиционно считаются строгими анаэробами [2], которые, если присутствуют в почве, ограничиваются аноксичными микросайтами.Следовательно, любой произведенный CH 4 обычно окисляется до попадания в атмосферу. Тем не менее, почвы, подверженные воздействию влажных условий, могут содержать значительные метаногенные сообщества и в некоторых случаях выступать в качестве источника выбросов CH 4 , несмотря на продолжительные периоды воздействия кислорода [3–6]. Следовательно, мы постулируем, что производство in situ CH 4 может быть недооценено в таких водонасыщенных почвах, и, кроме того, незначительное увеличение увлажнения, вызванное атмосферными осадками, вызванными изменением климата, может увеличить способность водонасыщенной почвы действовать. как чистый источник CH 4 , а не поглотитель атмосферного CH 4 .Таким образом, важно глубже понять присутствие и распределение микробных популяций, контролирующих производство CH 4 в водонасыщенной почве, чтобы оценить их потенциал реагирования на изменения влажности почвы и условий аэрации, а также на долгосрочное воздействие климата. менять.

Мембранные липиды Archaea в культурах широко изучены, и распределение их липидных составляющих может быть использовано для таксономических целей [7, 8]. Интактные полярные липиды (IPL) считаются важными биомаркерами живой микробной биомассы, поскольку полярные головные группы, ковалентно связанные с основным липидом, относительно быстро разрушаются при лизисе клеток [9]; поэтому ожидается, что образующиеся простые липиды будут происходить в основном из окаменелого материала [10–12].Фосфолипиды особенно лабильны [9, 13], тогда как липиды гликозидных эфиров более устойчивы к деградации [14]. IPL архей существенно отличаются от таковых, синтезируемых бактериями, поскольку они состоят из фосфоэфира или простого эфира полярной головной группы гликозидов, связанных с неполярным изопреноидным диэфиром глицерина или липидом тетраэфирного ядра [15]. Основной липидный археол широко распространен у Archaea из самых разных сред. Липиды диэфирного ядра архей были предложены в качестве биомаркера метаногена или для количественной оценки биомассы метаногена в природных системах.Соответствующие исследования преимущественно ограничивались высокоанаэробной средой, демонстрирующей значительные выбросы CH 4 , такой как рисовые поля [16, 17], ил варочного котла [18, 19], морские отложения [20], фекалии [21], вечная мерзлота [22]. , 23] и торфяников [24–26]. Wachinger et al. [27] наблюдали, что абсолютное количество клеток архей в минеральных почвах, рассчитанное с использованием приблизительной концентрации эфирных липидов 2,5 мк моль г -1 сухой массы клеток метаногена [28], также отражало продуктивность CH 4 .Другие вместо этого использовали анализ распределения липидов интактного диалкилглицеринтетраэфира глицерина (GDGT) в качестве доказательства существования живых популяций архей в почвах [29, 30].

Мы постулируем, что присутствующие в почве археолы в основном происходят из метаногенов, и предполагаем, что их численность может служить индикатором метаногенной биомассы. Мы исследуем здесь концентрацию археола в его свободной и сопряженной формах на глубине в трех почвах, содержащих разное количество органических веществ и высокое содержание воды.Наше исследование направлено на получение новой информации о метаногенных популяциях, обитающих в кислородной почве, на основе присутствия археола в его свободной и конъюгированной формах, а также путем сравнения встречаемости археола с таумархеотическим липидом GDGT, кренархеолом.

2. Материалы и методы

Керны почвы (35 или 50 см) были собраны на трех участках особого научного интереса (SSSI), находящихся под управлением Сельского совета Уэльса (CCW): Caeau Ton-y-Fildre (Brecknock), Cefn Cribwr Meadows (Ogwr) и Caeau Bronydd Mawr (Brecknock) (рис. 1).Участки были выбраны на основе данных, собранных в ходе всестороннего обзора лугопастбищных угодий Уэльса [31]. Свойства почвы, о которых сообщили Stevens et al. [31] представлены в Таблице 1. Участки были выбраны на основании содержания органического вещества, но в целом они были типичными для влажных пастбищных почв в Великобритании, расположенных в районах, где ежегодно выпадает много осадков. В растительности на всех участках преобладали Molinia caerulea (пурпурная вересковая трава) с камышом, например Juncus acutiflorus , также обычным явлением, и в меньшей степени осоки и мелкие травы, присутствующие на лугах Сефн Крибвр.

33 9010R

-Фильдре

9055 9055


Участок Координаты участка Текстура Доминирующий тип почвы pH вода Обменная кислотность Катионообменная способность
0–15 см 15–30 см (мэкв / 100 г сухой почвы 105 °) (мэкв / 100 г сухой почвы 105 °) %

Cefn Cribwr
Луга
51 55.40’N
3 40.12’W
Суглинок над глиной с песчаными пятнами Stagnogley 5,37 5,62 1,66 9,031 81,6
46,57’N
3 38,46’W
Суглинок над глиной с песчаными пятнами Stagnogley 4,92 4,89 1,638 5,541 70,4
51 31.28’N
3 40,5’W
Гумоза на песчаной глине Стагногуминовый глей 5,19 5,27 1,195 8,031 85,1
9011 (5 см) замораживали после сбора и лиофилизировали. Затем их растирали пестиком в ступке и от 1 до 2 г экстрагировали с использованием модифицированного растворителя Bligh Dyer, содержащего забуференную воду (0,05 M KH 2 PO 4 ; pH 7.2): хлороформ: метанол 4: 5: 10 (об. / Об. / Об.). Аликвоту полученного общего липидного экстракта (TLE) разделяли на фракции «простой липид», «гликолипид» и «фосфолипид» с помощью колоночной хроматографии на силикагеле с хлороформом: уксусной кислотой (99: 1, об. / Об.), Ацетоном и МеОН, соответственно [32]. Мы наблюдали, что в отличие от археоловых и ацильных липидов, простые липиды GDGT элюируются только во фракции гликолипидов. Головные группы фосфолипидов и гликолипидов были отщеплены гидролизом эфирных связей с использованием 5% HCl в MeOH [33].Аликвоты силилировали пиридином и N, O -бис (триметилсилил) трифторацетамидом (BSTFA) при 70 ° C в течение 1 часа и растворяли в гексане перед анализом методом газовой хроматографии-масс-спектрометрии (ГХ / МС). Археол был количественно определен относительно стандарта 1,2-ди-O -гексадецил- rac -глицерин. Анализы проводили в трех экземплярах.

Поровая вода почвы была проанализирована на концентрацию уксусной кислоты с помощью ионной хроматографии с использованием ионного хроматографа Dionex IC25. Уксусную кислоту выделяли из 25 мкл л 0.1 мкм м отфильтрованной поровой воды с использованием двух последовательных аналитических колонок IonPac HC11 перед количественным определением с помощью определения проводимости с подавлением ионов. Скорость потока элюента КОН составляла 0,2 мл мин -1 .

Фракции анализировали с помощью ГХ / МС с использованием прибора ThermoQuest Finnigan Trace GC и MS, оборудованного колонкой с неполярным кремнеземом CP Sil5-CB (50 м 0,32 мм 0,12 мкм м), используя следующую температурную программу: 70 ° C до 130 ° C при 20 ° C мин. −1 , постепенное увеличение до 300 ° C при 4 ° C мин. −1 и выдержка при 300 ° C в течение 10 мин.Потенциал ионизации составлял 70 эВ, диапазон сканирования m / z 50–650. Мониторинг выбранных ионов (SIM) m / z , 130, 278 и 426 был использован для повышения чувствительности обнаружения археол.

Полуколичественные концентрации кренархеолов определяли с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии / масс-спектрометрии с химической ионизацией при атмосферном давлении (HPLC / APCI-MS). Анализы выполняли с использованием системы Accela LC, оснащенной автосамплером, подключенной к Thermo Scientific TSQ Quantum Access.Разделение GDGT было достигнуто на колонке Alltech Prevail Cyano (150 × 2,1 мм; размер частиц 3 мкм, мкм) при скорости потока 2 мл / мин с использованием программы изократического градиента гексана и гексана: изопропанола (iPA) в качестве следующим образом (об / об): 90: 1 в течение 30 минут, 87: 73 в течение 5 минут, 84: 16 в течение 1 минуты, 0: 1 в течение 11 минут и 9: 1 в течение 13 минут. Условия APCI-MS были следующими: температура испарителя 355 ° C, осушающий газ N 2 и температура 200 ° C, температура капилляров 280 ° C, ток коронного разряда 4 μ A.Кренархеол был обнаружен с помощью SIM его протонированной молекулы [M + H] + путем сканирования массы иона m / z 1292 и количественно оценен по стандарту C 46 GDGT [34]. Относительное отношение ответа кренархеола по отношению к стандарту C 46 GDGT предлагается равным 1: 1, что позволяет определять полуколичественные концентрации.

3. Результаты и обсуждение

Распределение биомаркеров на всех участках соответствовало результатам предыдущих анализов почвы.В фракциях простых липидов и гидролизованных гликолипидов обычно преобладали липиды высших растений. Помимо жирных кислот, C 29 стероидов, таких как 24-этилхолест-5-ен-3 β -ол, 24-этилхолеста-5,22-диен-3 β -ол и 24-этил- 5 α -холестан-3 β -ол были заметны в простых липидных фракциях, которые также включали n -алканы с длиной цепи C 25 –C 35 с преобладанием нечетного над четным, и n -алканолы с длиной цепи C 22 –C 34 с преобладанием четных углеродных чисел.Последние также присутствовали во фракциях гликолипидов, гидролизованных кислотой, в дополнение к моно-, ди- и ω -гидроксижирных кислот. Наборы фосфолипидных жирных кислот (PLFA) бактериального происхождения с длиной цепи C 15 –C 24 наблюдались во фракциях гидролизованных фосфолипидов с 16: 0, 18: 1 ω 7c и 18: 1 ω 9c особенно много. Идентификация 2,3-ди- O -фитанил- sn -глицерин (археол) была достигнута путем комбинации масс-спектров в режиме полного сканирования и сравнения времен удерживания в режиме SIM с 1,2-ди- O -фитанил- sn -глицерин стандарт (Рисунок 2).Археол был обнаружен только в количественных количествах (предел обнаружения 2 нг) на участке Caeau Ton-y-Fildre; Cefn Cribwr Meadows давал следовые концентрации в связанных формах в верхних 15 см, тогда как археол не был обнаружен в Caeau Bronydd Mawr.

Тенденции концентраций свободных археолов и концентраций, связанных фосфорными и гликозидными головными группами в Caeau Ton-y-Fildre, показаны на рисунке 3. Археолы, связанные фрагментами гликолипидных сахаров, доминируют, составляя до 76% от общей численности (при 10–15 см).Относительно низкая доля свободных археолов предполагает либо: (а) до того, как полярная головная группа будет потеряна в результате лизиса клеток, неповрежденный археол рециклируется в синтез тетраэфирных липидов посредством прямой конденсации фитаниловых цепей, что согласуется с моделями биосинтеза. предложено Nishihara et al. [35]; и / или (b) липиды гликозидных эфиров могут составлять большую часть фоссилизированного пула материала из-за повышенной устойчивости к деградации по сравнению с фосфолипидами [14].

Археолы, несущие гликозидные головные группы, также доминируют над фосфорилированными археолами, что снова потенциально указывает на то, что первые происходят как из живой, так и из ископаемой биомассы.Альтернативно, это может отражать предпочтительный биосинтез гликозидной формы живущими в почве Archaea , поскольку и гликолипид, и связанный с фосфолипидом археол имеют один и тот же предшественник диэфира [36, 37]. Следовательно, предпочтение связанных с гликолипидом археол может быть связано с повышенным структурным разнообразием и количеством структур гликолипидов, синтезируемых архей по сравнению с таковыми из связанных с фосфолипидами основных липидов [8, 36, 38]. Это наблюдение согласуется с предыдущими исследованиями, показывающими, что гликозидно-связанные архейные GDGT, а не бактериальные фосфолипиды также являются основными IPL в отложениях (например,г., [39]).

Поскольку связанный с гликолипидом археол может представлять как ископаемую, так и сохранившуюся биомассу, мы предполагаем, что тенденции в концентрации фосфолипидных археолов являются репрезентативными для распределения живых метаногенных архей . Глубинный профиль Caeau Ton-y-Fildre (рис. 3) указывает на увеличение общей концентрации археолов с поверхности до максимума 0,6 мк г г -1 сухой массы почвы на высоте 10-15 см, которая впоследствии уменьшается с увеличением глубина. Хотя эта тенденция в основном отражается в профилях отдельных фракций, профиль фосфолипидных археол немного отличается, демонстрируя максимальные концентрации на уровне 10–20 см.Различия в глубинных профилях фосфолипидов и гликозидных археол, особенно на 15-20 см, предполагают различные популяции метаногена и / или, что более вероятно, распределение живой биомассы архей отличается от распределения окаменелой биомассы.

Археол синтезируется широким спектром фенотипов эвриархей [40], включая метаногены, крайние галофилы и термофильные археи . Последние два вряд ли будут присутствовать в кислородных почвах, тогда как метаногены могут находиться в бескислородных микросайтах [41].Окисляющие аммиак Thaumarchaeota , которые доминируют в популяциях архей в аэробных почвах [29], в первую очередь синтезируют GDGT, в частности кренархеол, в отличие от археола [42], который присутствует в большинстве почв [30]. Это согласуется с глубинным профилем кренархеол, значительно отличающимся от профиля археол в Caeau Ton-y-Fildre (рис. 3). Концентрации кренархеолов увеличивались с глубиной до максимума на 25–30 см, в отличие от архей, пик которых составлял 10–15 см, что подразумевает происхождение от разных популяций архей.Хотя молекулярные подходы предполагают, что распределение таумархеот по глубине в почве различается между участками [43], аналогичные отношения между метаногеном и популяциями Thaumarchaeota описаны в торфе [44].

Наблюдаемое увеличение количества археол в нижнем ядре от поверхности до 15 см, вероятно, отражает чувствительность метаногенных Archaea к кислороду, хотя археолы не полностью отсутствуют в самых верхних 5 см, возможно, из-за анаэробных условий на микросайтах в периодически влажной почве небольшая глубина.Известно, что метаногены выживают в таких условиях, несмотря на присутствие кислорода в порах почвы [5, 45, 46]. В торфяных болотах резкое увеличение концентрации архей совпадает с уровнем грунтовых вод и, следовательно, с предполагаемыми анаэробными условиями [24]. Хотя в этих почвах нет зеркала грунтовых вод, тем не менее можно провести параллели, подразумевающие, что максимальная биомасса метаногена будет отражать слияние высоких концентраций органического субстрата с наступлением устойчивого или экстенсивного водонасыщения и развитием бескислородных микроместообитаний.Уменьшение концентрации археол с глубиной, вероятно, отражает истощение субстратов для поддержки метаногенеза, ключевого фактора роста метаногена в бескислородной среде [47]. В соответствии с этим наблюдением, общая тенденция концентрации археол относительно аналогична тенденции концентрации ацетата в поровых водах почвы (рис. 3). Хотя мы отмечаем, что ацетат — не единственный субстрат, который может поддерживать метаногенез, известно, что он преобладает в подповерхностных слоях богатых органическими веществами почв [48], и, таким образом, это согласие подтверждает важность органических субстратов.

Количественное обнаружение археол в Caeau Ton-y-Fildre связано с высоким уровнем влажности и соответствующими низкими концентрациями кислорода, что будет связано с заметно большим содержанием органического вещества почвы (ПОВ). Содержание ПОВ было самым высоким — 39,5% на поверхности почвы, оставаясь высоким (> 30%) на глубине 20 см, впоследствии снижаясь до 5% на глубине 35 см (Рисунок 4). Высокий уровень влажности оказывает первичный контроль над метаногенными популяциями, и в дополнение к этому высокое содержание ПОВ и гетеротрофное почвенное дыхание в совокупности способствуют образованию аноксических микросайтов в почвенных педалях, которые могут содержать анаэробные метаногены [41, 49].Более того, высокое содержание ПОВ, вероятно, увеличивает доступность субстрата, потенциально увеличивая продукцию CH 4 [47, 50, 51]. Это предположение подтверждается концентрациями ацетата в Caeau Ton-y-Fildre, которые отражают тенденции концентраций в археолах (рис. 3). Более низкая концентрация архей, особенно фосфорилированных, на больших глубинах, где содержание влаги остается высоким, но концентрация ацетата и ПОВ уменьшаются, свидетельствует о том, что как доступность субстрата, так и бескислородные микросайты контролируют распределение метаногена в почве.

Отсутствие или очень низкая концентрация археол на двух других участках пастбищ несколько загадочна. Cefn Cribwr Meadows показал содержание ПОВ более 20% на глубину 15 см, а затем заметно снизилось до 5,7%. Хотя содержание ПОВ было лишь немного ниже, чем на Caeau Ton-y-fildre, следовые количества археола были обнаружены в верхней части профиля, но не ниже этой глубины. В Caeau Bronydd Mawr, где содержание ПОВ было значительно ниже по всему керну, показывая максимум 15% углерода в самом мелком образце, археол отсутствовал или был ниже предела обнаружения на всех глубинах.Возможно, что небольшие различия в ПОВ, текстуре почвы и, следовательно, способности удерживать воду на этих двух участках приводят к менее стойким анаэробным условиям в почвенных слоях и микросайтах. Таким образом, влажность почвы, по-видимому, проявляет свое влияние на биомассу почвенного метаногена множеством взаимосвязанных способов, через ее связь с формированием анаэробной микросреды, влияние на сохранение органического вещества и, возможно, снабжение метаногенами субстратом.

На рис. 5 собраны данные из ряда мест, где нетронутые и / или свободные археолы были измерены в различных земных условиях.Данные исследований, сообщающих о комбинации всех диэфиров архей (например, гидроксиархеола), в отличие от только архей, были исключены. Большинство исследований археол как биомаркера метаногенных сообществ в основном сосредоточено на анализе свободных или фосфолипидных археол как инструментов, которые отражают прошлые или современные живые микробиологические системы, соответственно. В нескольких исследованиях обсуждались последствия связывания археолов гликозидными головными группами или всеми тремя в сочетании. Хотя гликолипиды более устойчивы к диагенезу, чем фосфолипиды, очевидно, что часть гликоархеола, скорее всего, происходит от живых архей , поскольку они наблюдались в липидных мембранах культивированного метаногена.Таким образом, трудно отличить вклад «мертвой» биомассы от «живой» биомассы в природных системах.

Несмотря на это, наши данные и набор данных, показанные на рисунке 5, демонстрируют, что концентрации архей значительно увеличиваются от бедной ПОВ минеральной почвы (Caeau Bronydd Mawr), где археол не обнаруживается, к почвам, богатым SOM ​​(Cefn Cribwr Meadows и Caeau Тон-и-Филдре) и вечной мерзлоты, где были обнаружены значительно более высокие содержания археолов, а впоследствии и торфяников. Самые высокие концентрации археолов до 40 мк г г -1 наблюдались в британском омбротрофном болоте [24], несмотря на отсутствие гликолипидов.Несмотря на то, что концентрации археол в торфяниках (рис. 5), где высокий ПОВ сохраняется по всему профилю, как правило, выше, чем в богатых органическими веществами почвах в этом исследовании, в которых содержание ПОВ заметно снижается на глубине менее 20 см (рис. 4), хотя и варьируется, концентрация археол в торфяниках (рис. 5). Концентрации, наблюдаемые в Caeau Ton-y-Fildre, сопоставимы только с торфяниками более высоких широт, такими как шведские и финские участки [24]. Содержание влаги, через свое влияние на сохранение органического вещества и аноксию, может оказывать существенное влияние на биомассу почвенного метаногена и, таким образом, может влиять на скорость метаногенеза в различных почвах [52].Соответствующие тенденции наблюдаются между фосфолипидами архей и концентрациями CH 4 в вечной мерзлоте [23]. Следует также отметить, что жизнеспособность метаногена поддерживается в кислородных условиях, поэтому нельзя исключить, что распределение биомассы может не отражать абсолютные скорости производства CH 4 , поскольку кислород подавляет способность метаногена, а не разрушает структуру сообщества [53, 54].

4. Выводы

Основной липидный археол был исследован в качестве заместителя анаэробной биомассы метаногена в свободной и конъюгированной формах на глубинных профилях трех влажных кислородных почв.Археол был обнаружен в поддающихся количественной оценке концентрациях только на одном участке, который показал самое высокое содержание органического вещества в почве. Гликозидные археолы составляли значительную долю от общего количества археолов, что подразумевает накопление в результате его неподатливости по сравнению с фосфолипидами. С другой стороны, это может просто отражать то, что почвенные метаногены преимущественно биосинтезируют гликозидно-связанный археол. Тенденции в изобилии археол не отражали таковых для кренархеолов, представителя окисляющих аммиак Thaumarchaeota , подтверждая происхождение из разных архейских источников.Считается, что высокое содержание углерода и повышенная влажность почвы являются взаимосвязанными факторами, определяющими наблюдаемые тенденции в концентрации археол, из-за их связи с развитием бескислородных микронишей и доступностью субстрата. Таким образом, хотя мы признаем, что будущая работа должна также рассматривать тетраэфирные архейные интактные полярные липиды, мы предварительно предлагаем использовать археол в качестве индикатора биомассы метаногена и, следовательно, продукции CH 4 в земных почвах. Это дает возможность лучше понять возникновение и распространенность метаногенеза в результате изменений влажности, а также их потенциал для производства CH 4 и, в более широком смысле, способность почв функционировать как поглотитель атмосферного CH. 4 .

Выражение признательности

Авторы выражают благодарность Сельскому совету Уэльса (CCW) за доступ к объекту и Бристольскому центру масс-спектрометрии наук о жизни (контракт № R8 / h22 / 15). П. Монагана благодарит за неоценимую помощь в полевых исследованиях и М. Бэджера за составление рисунка 1. Это исследование было проведено, когда К. Лим получил стипендию CASE Совета по исследованию окружающей среды. Наконец, мы благодарны двум анонимным рецензентам за очень полезные комментарии.

Что такое разжижение грунта

Описание

Разжижение — это явление, при котором
прочность и жесткость грунта снижается землетрясением или землетрясением.
другая быстрая загрузка. Разжижение и связанные с ним явления были
несет ответственность за огромный ущерб в результате исторических землетрясений
по всему миру.

Разжижение происходит в насыщенных почвах, которые
есть почвы, в которых пространство между отдельными частицами
полностью заполнен водой.Эта вода оказывает давление на почву
частицы, которые влияют на то, насколько плотно сами частицы
прижаты друг к другу. Перед землетрясением давление воды составляет
относительно низко. Однако землетрясение может привести к тому, что вода
давление, чтобы увеличиться до точки, когда частицы почвы могут
легко двигаться по отношению друг к другу.

Нажмите
на картинке, чтобы начать анимацию.

Схематическое поведение песчинок в грунте при
разжижение. Синий столбец представляет давление поровой воды.

Вот версия анимации в формате MPEG (222 Кб).

Землетрясение часто вызывает это повышение давления воды,
но строительные работы, такие как взрывные работы, также могут вызвать
повышение давления воды.

Когда происходит разжижение, прочность почвы
уменьшается и способность грунтовых отложений поддерживать фундамент
для зданий и мостов уменьшается как видно на фото
(SC) перевернутой квартиры
комплексные постройки в Ниигате в 1964 году.

Тип нарушения заземления, показанный выше
можно смоделировать в лаборатории, как показано на видео.

Щелкните по картинке или по
кнопку воспроизведения, чтобы начать видео.

Вот MPEG
версия (298 Кб) видео.

Разжиженный грунт также оказывает повышенное давление
на подпорных стенках, что может привести к их наклону или скольжению.Это движение может
вызвать оседание удерживаемого грунта и разрушение конструкций на
поверхность земли (слева, GH)

Повышенное давление воды также может вызвать оползни и вызвать обрушение
плотин. Нижняя плотина Сан-Фернандо
(слева, SC) получил
подводная горка во время землетрясения в Сан-Фернандо в 1971 году. К счастью,
плотина едва избежала обрушения, тем самым предотвратив потенциальную катастрофу наводнения
густонаселенных территорий ниже плотины.

Растения и почва: влияние насыщенных почв на соевые бобы

Как сохраняются семена и саженцы сои, когда почвы становятся насыщенными или водоемами на поле?

Нередко после посадки идет сильный дождь, после которого верхний слой почвы становится насыщенным и остается насыщенным, потому что дожди не ослабевают, а почвенный профиль заполнен.А вода может прудить поле или пятна в поле, казалось бы, целыми днями, если дождь продолжается. Как долго может выжить семя, саженец или небольшое растение, когда почвы становятся насыщенными и водоемы становятся водоемами?

Семена и саженцы сои довольно устойчивы к насыщенным почвам, но затопленным растениям повезло меньше. Если растения сои остаются под водой более 48 часов, некоторые из них начнут погибать. При более низких температурах растения могут выжить под водой дольше, чем при высоких, поскольку метаболические процессы протекают медленнее.

Когда почвы насыщаются в течение длительного периода, недостаток кислорода в почве приводит к анаэробному дыханию и производству молочной кислоты и других продуктов, повреждающих ткани. Чем дольше почва насыщается, тем больше снижается травма и урожайность. Во время прорастания насыщенные условия в течение 48 часов могут снизить всхожесть на 30–70% в зависимости от времени насыщения.

Для проросших растений переувлажнение, продолжающееся менее 48 часов, вызывает незначительное снижение урожайности или его отсутствие.Но после 48 часов, до 3-4 дней потеря растений и снижение урожайности могут быть значительными. Однако сорта различаются по способности переносить водоем. У нетолерантных сортов наблюдается снижение урожайности после 2 дней насыщения, в то время как более толерантные сорта могут выдерживать до 4 дней заболачивания. Однако может быть трудно идентифицировать сорт в семенной книге на основании его способности переносить затопление.

Почвенные условия также влияют на серьезность травм от заболачивания.Грунты с более крупной текстурой дренируют быстрее, что сводит к минимуму продолжительность кислородного голодания корней. Почвы с мелкой текстурой дольше сохраняют насыщенность, увеличивая вероятность травм. Конечно, уплотнение также может способствовать заболачиванию.

И помните, поля, которые насыщены или затоплены, подвергаются большему риску образования водяной плесени, например, Pythium , когда холодно, или болезней Phytophthora и Rhizoctonia , когда тепло.

Если поле или пятно было затоплено на несколько дней, оцените саженцы, чтобы увидеть, выживут ли они.Как только вода спадет, разделите стебель и осмотрите точки роста на верхушках нескольких растений. Здоровая точка роста будет твердой и кремового цвета. Коричневая ткань указывает на повреждение точки роста. Однако этот симптом может не проявляться в течение нескольких дней после того, как вода отступит, поэтому не спешите и не делайте преждевременной оценки; дайте полю несколько дней для высыхания и восстановления урожая, прежде чем проводить оценку ущерба.

Агроном доктор Дэниел Дэвидсон ведет блоги по темам, связанным с агрономией.Не стесняйтесь обращаться к нему по телефону [email protected] .


Дэн Дэвидсон

Агроном по соевым бобам Дэниел Дэвидсон, доктор философии, ведет блоги по темам, связанным с агрономией сои. Не стесняйтесь обращаться к нему по адресу [email protected] или звонить ему по телефону 402-649-5919.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2021 © Все права защищены.