Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ И МЕЛИОРАТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КАШТАНОВЫХ ПОЧВ СЫРТОВОГО ЗАВОЛЖЬЯ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ГЕНЕТИЧЕСКИЕ И МЕЛИОРАТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КАШТАНОВЫХ ПОЧВ СЫРТОВОГО ЗАВОЛЖЬЯ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ нмени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи Г АЛ ИБИН Александр Николаевич

й

. УДК 631.4+631.61

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ И МЕЛИОРАТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КАШТАНОВЫХ ПОЧВ СЫРТОВОГО ЗАВОЛЖЬЯ

(Специальность — 06.01.03. — почвоведение)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА — 1985

З^г^И ^тлллТ.....

Диссертация выполнена в Волжском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации и Институте агрохимии и почвоведения АН СССР.

Научные руководители: член-корреспондент АН СССР В. А. Ковда и ст. научный сотрудник, канд. географических наук И. В. Иванов.

Официальные оппоненты: доктор .биологических наук, профессор А. Д. Воронин, кандидат сельскохозяйственных наук В. П. Гущин.

Ведущее предприятие — Почвенный институт им. В. В. Докучаева.

Защита диссертации .состоится « 3 » 1986 г.

в « /5" » час. на заседании Специализированного совета К. 120.35-01. в Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

1 Адрес: 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 49.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан ъ^-/СЯ1985 г.

Ученый секретарь 1[) Г)

Специализированного совета— пУ

доцент Пл^ Н. А. Гончарова

Актуальность исследований. В решения Продовольственной программы. важная роль принадлежит мелиорации земель. Поволжье — район с высокими темпами развития орошения. За годы, прошедшие после майского Пленума ЦК КПСС (1966), площадь орошаемых земель здесь возросла более чем в 6 раз и составляет 1,4 млн. га, в т. ч. в Сыртовом Заволжье около 100 тыс. га. Однако научная подготовленность широкого орошения в этом районе недостаточна. Необходимо изучение мелиоративных свойств почвенно-грунтовой толщи и их генетических особенностей, а также научное обобщение имеющегося опыта длительного орошения и его мелиоративных последствий.

Цель работы заключалась в сопряженном исследовании генетических особенностей и обусловленных ими мелиоративных условий почвенно-грунтовой толщи- Низкой Сыртовой равнины, и в изучении изменений свойств почв и грунтов при длительном орошении.

Научная новизна. Сопряженное генетическое исследование почв и грунтов позволило выявить их основные мелиоративные особенности. Установлено наличие в' верхней 15-метровой толще 4—5 погребенных почв, разделенных глинистыми отложениями; выявлено блочное строение почвогрунтов, показано его мелиоративное,значение. Получены новые фактические материалы о развитии каштановых почв Сыртовой равнины за последние 3 тыс. лет: Дана глубокопрофильная мелиоративная оценка современных темно-каштановых почв, изучено изменение свойств почв и грунтов под влиянием длительного • орошения, установлены основные этапы изменений почвенно-мелиоративной обстановки.

Практическая ценность. Результаты исследований использованы в ИВП АН СССР, ИПФС АН СССР, Союзгипровод-хозе Минводхоза СССР при научном обосновании проекта переброски части стока северных рек в южные районы страны и в ВолжНИИГиМе при разработке «Зональных показателей мелиоративного состояния орошаемых земель Поволжья».

Объем диссерта

научная' и'- з/^отзчд

Мосч- ср^скохоз. академии им. К. Ау Тимирязева

Пна. К^ь/гг^с

т из введения, 5

глав, выводов; изложена на 201 странице; включает 30 таблиц, 29 рисунков, и приложения. Список литературы состоит из 196 наименований.

Апробация работы. Диссертация рассмотрена и рекомендована к защите на заседаниях секции по проблемам почвоведения Ученого совета Института агрохимии и почвоведения АН СССР и секции мелиорации Ученого совета Волжского научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации, кафедры почвоведения Сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева, заседании Саратовского отделения В 01Т

Материалы.работы доложены; на областных конференциях НТО с. х. (1973—1976), Саратов; Всесоюзной конференции молодых ученых в Почвенном институте им. В. В. Докучаева (1978); V съезде ВОП (1977), Минск; Всесоюзных конференциях: Прогноз изменения криогенных почв (1980), Переброска части стока северных рек на юг (1983), История развития почв СССР" голоцене (1984), Пущино; Региональной конференции,по проблемам мелиорации почв (1980), Волгоград. "

Публикации. По материалам диссертации- опубликовано 12 работ. !

Почвенно-мелиоративные работы выполнены автором? в ВолжНИИГиМе, почвенно-генетические исследования и окончательная обработка результатов — в ИАП-ИПФС АН СССР. Автор глубоко признателен научным руководителям члену корреспонденту АН СССР В. А. Ковде и с. н. е., канд. географ, наук И.. В. Иванову за постоянное внимание и ценные советы при выполнении работы. Большую признательность автор выражает доктору с.-х. наук, профессору В. Г. Зольникову за всестороннюю помощь, оказанную на всем протяжении'исследований.

Глава I. Природные условия Низкой Сыртовой равнины :

Низкая Сыртовая равнина расположена в Саратовском Заволжье. Она ограничена с запада долиной Волги, с востока— отрогами Общего Сырта, с севера—долиной Б. Иргиза, с юга — Прикаспийской низменностью. Ландшафтные условия— сухие степи с континентальным климатом. Территория расчленена.долинами малых рек на водоразделы. Почвенный покров водораздельных пространств однородный, с хорошо выраженной широтной.зональностью • почв. В северной части распространены, южные, черноземы, южнее — темно-каштановые, каштановые и светло-каштановые почвы.

В геологическом строении участвуют породы неоген-четвертичного возраста. Они представлены апшеронскими песками, включающими региональные грунтовые воды,: которые

перекрыты 50—60-меторвой> толщей сыртовьгх глин, Последние разделяются на горизонты, внизу красно-бурый и коричнево-бурый, а сверку желто-бурый.

Глава И. Методика исследований

Исследования проводились на. водораздельной части в центре Низкой Сыртовой; равнины (совхозы «Ершовскийх-, «Декабрист», им. Поляченко и Ершовская опытная станция НИИСХ юго-востока). .

Непосредственным объектом исследований послужили богарные и орошаемые темно-каштанозые почвы и породы верхнего (желто-бурого) горизонта сыртовых отложений..

Использовались методы: почвенных полевых и аналитических исследований, сравнительно-географический, почвенно-археологический; инженерной геологии; мелиоративного почвоведения и гидрогеологии.

Принятый методологический подход основан на идеях, развиваемых В. А. Ковдой, и может быть охарактеризован как историко-почвенно-геохимический, почвенно-мелиоративный, глубокопрофильный.

Почвы и грунты исследовались на вертикальных и горизонтальных срезах, в разрезах, карьерах, траншеях, скважинах до глубины 15 м. Наблюдения за грунтовыми водами проводились в свежепробуренных скважинах. Отбор почвенных проб проводился - сплошной • колонкой по генетическим горизонтам и интервалам. ^

Полевые исследования и обработка материалов выполнены автором. Камеральные работы сделаны по-общепринятым методикам автором,, а также в лабораториях ВолжНИИГиМ, .ВолгоГИПРОВОДХОЗ. Полученный цифровой материал обработан автором в ИАП АН СССР на ЭВМ ЕС-1010.

Глава III. Генетические и мелиоративные особенности; верхнего горизонта сыртовых отложений

Актуальность исследований желто-бурого горизонта сыртовых отложений определяется их значением как почвообра-; зующих пород, как оснований* сооружений, в том числе и мелиоративных систем и как .непосредственного объекта воздействия мелиоративных мероприятий. Специфичность сыртовых ■ отложений отмечена многими-авторами (Неуструев, Бессонов, 1909; Саваренский, 1927; Полынов, 1956; Герасимов, Доскач, 1937; Ковда, 1947; Востряков, 1968; Добродеев, 1973;Медведев, 1974).

Установлено, что желто-бурые отложения имеют лессовидный, характер, плащеобразное залегание, характеризуются

макропористосгью, карбонатностью, лылеватостью, отсутствием слоистости, способностью образовывать вертикальные, отдельности. Они имеют высокую плотность, тяжелый механи-г ческий состав (содержание физической глины 59—75%), однородный литологический состав (коэффициент вариацииг числа пластичности 12%). Глинистая фракция в основном! состоит из Са-моитмориллонита, а также гидрослюды, каолинита, хлорита.

Изучение генетических особенностей желто-бурого горизонта показало его сложное строение. Оно выражается, в чередовании погребенных почв и разделяющих их прослоев глин и в полигонально-блоковой структуре, установленной нами..

Погребенные почвы в сыртовых. отложениях Куйбышевской и Саратовской областей имеют повсеместное распространение. В истории формирования сыртовых отложений они характеризуют период почвообразования в осадконакопленин, а прослои между почвами — период породой а коттлсния. На стратиграфической схеме почвы обозначены прописными буквами Л, В, С, а залегающие под ними породы строчными — а, б, с.

Выраженность погребенных почв по глубинам неодинакова. Нами.встречены различные комбинации, сочетания и степень выраженностн почв и пород, случаи совмещения и наложения их друг на друга. Выделены две группы почв: с выраженными генетическими горизонтами (почва «С»), и почвы, фиксируемые по косвенным признакам: гумусовым пятнам/ следам деятельности почвенной ф'ауны и растительности; почвы «В», ««Д», «Е». Каждая почва имеет свой набор генетических горизонтов, наиболее полный — почвы современная «А» и погребенная «С», (у них сходный, морфологический профиль и набор генетических горизонтов), а сформировались они во время перерыва в осадконакопленин; в слабовыражен-ных почвах «В», «Д» генетические горизонты отсутствуют; формирование их происходило в условиях интенсивного физического выветривания или одновременно с осадконакопле-нием.

Можно предположить следующее стратиграфическое сопоставление изучаемой нами толщи с данными О- П. Добродеева (1973); Л. А. Величко,. Т. Д. Морозовой (1972); В. Ф. Веклича (1968). Почву «В» можно считать весело-вознесенской (возраст 17000 лет), или трубчевским лессом, или дофиновской; почву «С» — брянской, или витачевской; горизонт «а» — лессом I, или причерноморским лессом; горизонтов»— лессом II, или бугским лессом. Т. е. последняя «фаза лессообразования» завершилась в конце плейстоцена.

Полигональное строение почв отмечалось в подзоне дерново-подзолистых почв (Бердников, 1976), в степной зоне, на 4

целине, растрескивание почв наблюдали В. В. Докучаев, Л. А. Измаильский. На освоенных . почвах растрескивание глубже пахотного горизонта встречается редко. Анизотропию свойств лессовидных пород различных районов отмечали Г. Н. Высоцкий (1962); Л. Л. Величко, Т. Д. Морозова (1972); И. И. Молодых (1974); Г. П. Бутаков (1978) и многие другие исследователи.

Полигонально-блоковое строение желто-бурого сыртового горизонта заключается в разделенности почвенно-грунтоаой массы на крупные структурные отдельности. Наиболее ярко оно выражено в почвах н слабее в слоях, разделяющих почвы.

Современная темно-каштановая почва разделена на блоки— в плане пента- и гексагоны размером 1,5—2—3 м и высотой 1—2-М. Блоки имеют полный набор генетических горизонтов почвы и являются ее педонами. Межблочное пространство заполнено материалом гумусового горизонта: на вертикальном срезе оно имеет форму клиньев, затеков (шириной от 3—4 см в горизонтах В к, и менее 1 см в Вс и С), а на горизонтальном срезе — окаймление, разделяющее блоки.

Внутри этих блоков развита система блоков более низкого порядка — пятиугольники размером 20—50 и высотой до 60 см, последние расчленяются на более мелкие отдельности, которые дробятся на крупно- и призматические отдельности (выделяемые при традиционном морфологическом описании), завершающие сложную иерархию их организации.

Межблочное пространство заполнено гомогенным материалом, вмытым из вышележащих горизонтов. Межблочная масса имеет меньшую объемную массу, твердость, засоленность, часто менее ка>рбонатна, но более гумусирозунна, содержит больше корешков, имеет лучшие фильтрационные свойства.

Блочное строенне-погребенной почвы «С» и современных темно-каштановых почв идентичное. Строение погребенных почв «В», «Д», «Е» характеризуется большей раздробленностью массы на мелкие, слабовыраженные блоки неопределенной формы и конфигурации размером 10—20—30 см. Мелкополигональный рисунок на горизонтальном и вертикальном срезах образован светлыми полосами на сером фоне, межблочное пространство заполнено лессовым материалом горизонтов, разделяющих погребенные почвы.

Рассмотренные генетические особенности строения сырто-вой толщи в значительной степени определяют водный режим и геохимические процессы в почвогрунтах..

Влажность пород желто-бурого горизонта зависит от положения в рельефе, наименее увлажнены грунты водоразделоз и склонов, запасы влаги в слое 0—20 см — 4800 .мм; плоские

водоразделы увлажнены, несколько выше, а в лощинах стока влажность почвогрунтов достигает полного насыщения — 7000 мм для слоя 0—20 м. Под лесными полосами отмечается иссушение 6—7-метровой толщи.

- Значительные колебания влажности сыртовых пород в пределах одних геоморфологических элементов ¡рельефа определяются блочным строением пород и наличием погребенных почв. Межблочное пространство является «протсренным. путем инфлюкшш» (Готшалк, 1957) для инфильтрации влаги; на. большую глубину, на плоских элементах рельефа ее вероятность возрастает вплоть до формирования верховодки. Возможность передвижения влаги через горизонт иссушения отмечена и для других .районов (Гринь, 1969; Рахманов, 1974).' Поэтому, несмотря на общую сухость пород, к местам сосредоточенного инфильтранионного питания приурочены локальные нерастекающиеся линзы верховодок.

Таким обазом, несмотря на тяжелый механический состав и незначительное количество осадков, в целом в сыртовых отложениях существует нисходящее движение влаги, которое • в геологическом масштабе времени определяет процесс естественного рассоления территории. •г

Солевой профиль почвогрунтов водоразделов и склонов — остаточно-аккумулятивного типа, который широко представлен в степных ландшафтах (Афанасьева, 1980; Гринь, 1969). Он состоит из двух профилей — почвенного и грунтового. Солевая ; эпюра почвы.дает картину рассоления. В грунтах на равно- , мерно засоленном фоне (0,2—0,4% при коэффициенте вариации 30—40%) развиты ларагенетичные погребенным почвам аккумулятивные солевые горизонты в количестве от одного до 4—5. Содержание солей в них колеблется от 0,5 до 2,0% при коэффициенте вариации 70%.

В составе солей аккумулятивных горизонтов доминируют сульфаты кальция и магния (70—80% от суммы солей), остальное сульфаты и хлориды натрия, последние в первом (почвенном) солезом горизонте'отсутствуют. Тип засоления — сульфатно-натриезо-магниево-кальциевый- Между солевыми горизонтами в составе солей преобладают сульфаты натрия при участии хлоридов. Тип засоления хлоридно-сульфатно-натриевый.

Кривая распределения хлор-иона в сыртовых почвогрун-тах всегда имеет элювиальный тип и свидетельствует о естественном рассолении территории. Глубина выщелачивания хлоридов колеблется от 1 до 5—6 м. Наиболее сильная пестрота их содержания отмечается на глубине 1,5—2,5 м (коэффициент вариации 100%). Столь сильное варьирование выноса хлоридов объясняется неравномерным промачиванием пород вследствие их блочного строения.

Почвогруиты лощин стока имеют ярко выраженный элювиальный тип распределениея солей. Для него характерно ничтожное и однообразное по составу и глубине содержание солей (табл. 3). Коэффициент вариации плотного'остатка составляет 15—30%.

На нижних частях склонов, подтопленных грунтовыми водами от прудов, в условиях выпотного водного режима протекают процессы современного соленакопления. При этом происходит перемещение вверх солевых запасов, находящихся в грунтах зоны транзита влаги (табл. 3). Здесь формируется солевой профиль современного аккумулятивного типа.

Таким образом, генетические особенности сыртовых желто-бурых суглинков обуславливают . мелиоративную специфику современных почв, а история формирования грунтов выступает по отношению к современным почвам в качестве их предыстории.

Глава IV. Генезис, свойства и мелиоративные особенности темно-каштановых почв Сыртовой равнины

Современные представления о типе каштановых почв в значительной степени сложились при изучении почвенного покрова Заволжья. Это относится к выделению типа каштановых почв В. В. Докучаевым и выявлению сущности происходящих в них процессов.

В последнее время генезис и эволюция почв ¡рассматриваются с точной временной привязкой, благодаря применению в почвоведении радиоуглеродного датирования гумуса (Герасимов, 1974), почвенно-археологических исследований '(Золо-тун, 1976; Иванов, 1978).

Исследование погребенных почв под курганом показало, что облик существовавших в ту эпоху почв сходен с современными. Они имели такую же мощность генетических горизонтов, их основные морфологические свойства. Отличия заключаются в более высоком залегании (на 30 см) друз гипса, п меньшей глубине вскипания, отсутствии новообразований белоглазки, меньшей гумусированности. Древняя почва была погребена в конце суббореальной эпохи (2,5—4 тыс. лет) и ее морфология свидетельствует о большей аридности и засушливых условиях того времени.

В почвенном покрове автоморфных условий Низкой Сыртовой равнины преобладают темно-каштановые и каштановые почвы (обычные, карбонатные, среднемощные, тяжелосуглинистые). На месте бывших поселений грызунов встречаются пятна перерытых карбонатных почв. В отрицательных элементах рельефа сформировались лугово-каштановые почвы.

Морфология профиля почв, см

Таблица I

Горизонт

Темно-каштановая почва

По И. Ф. Садовни- Освоенная Глубоко-

кову) богара орошаемая солончаковатая

Лугово-каштановая

Апах

A,

B, В2 В

Вскипание

Новообразования

Интервал

I мах

II мах Форма

Новообразования

Интервал

Мая

Форма

22

47

90

30

30

47 89 119

карбонатов

50-? 52-105

60—? 57—79

— Нет

Белоглазка, пятна, прожилки, точки

гипса

135-180

I 144-180 | 115-168 Друзы, мелкие кристаллы

39

57 87 119

С поверхности

24

43 88 111

57-114 04-70 130-170 Пятна

183—? Нет Редкие крупные друзы

43-42 Нет

Стяжения, прожилки, точки, пятна

Легкорасгворим. солей

36-180 45-60 Мелкие кристаллы, налет, выцветы

35 55 86 130 160 83

99-105 104-119 Нет

Прожилки, пятна, кремовая белоглазка

а на нижних частях склонов, вдоль прудов выделяется комплекс вторично-гидроморфных почв: луговых, лугово-каштано-вых, каштановых в различной степени засоленных.

Темно-каштановые почвы имеют следующее строение: (табл. 1):

А»—гумуоово-аккумулятивный, на пашне отсутствует;

Ап — пахотный, образован путем перемешивания Ль ЛВ и верхней, части'Bi— основной носитель плодородия;

Bi —горизонт слабого гумусового накопления и пульсирующего накопления карбонатов;

Вг —затечно-языковатый горизонт струйчато-засыпного проникновения гумуса, интенсивного биогенного накопления карбонатов;

С —материнская порода, желто-бурые глины, включаег аккумулятивно-солевой (сульфатио-натриево-каль-циевый) горизонт.

Литологический профиль характеризуется однородностью и глинистостью, в составе физической глины преобладает ил —23—40%.

Содержание гумуса в горизонте А темно-каштановых почв доземледельческой эпохи составляло 4—5% и быстро убывало с глубиной. В пахотных почвах содержание гумуса в горизонте Апах редко превышает 3,0—3,7%, вследствие уменьшения поступления органического вещества, усиления его минерализации и разбавления за счет припашки В].

Карбонатный профиль — элювиально-иллювиального типа. Горизонт А) и часть Bi выщелочены от углекислых солей до линии вскипания, которая находилась на глубине 30 см. В настоящее время за счет глубокой пахоты темно-каштановые почвы вскипают с поверхности.

Сумма поглощенных оснований составляет в среднем 31 мг/экв, обменного натрия содержится около 1—2% от суммы. В надсолезом горизонте Вс количество поглощенного натрия возрастает до 10%, это присущий степным почвам горизонт «глубинной солонцеватости».

Солевой профиль темно-каштановых почв элювиально-аккумулятивного типа. В верхнем метре количество солей не превышает 0,2%, во втором увеличивается до 0,3—0,4 и гипсовом горизонте достигает 2,0 и более процентов. Глубина его -залегания связана с современными почвенными процессами. Так в черноземах он-расположен на глубине 150—200 см, в темно-каштановых — 120—150 см, в каштановых— 108—140 см, а в светло-каштановых выше 108—128 см.

Лугово-каштановые почвы понижений рельефа формируются в условиях дополнительного поверхностного увлажнения. Этим почвам свойственно повышенное, в сравнении с темно-каштановыми почвами, содержание органического вещест-

на, вынос углекислых и легкорастворимых солей (табл. 1,3). Плотный остаток почвогрунтов никогда не достигает десятой доли процента, тип солевого профиля —элювиальный. Аналогичные почвы сформировались в ровике вокруг кургана.

Темно-каштановые вторично гидроморфные засоленные почвы формируются вокруг водоемов при глубине грунтовых вод 3—8 м. Почвы сохранили внешний облик темно-каштановых почв, генетические горизонты, их мощность, цвет (табл. 1). Интенсивность вторичного засоления почв зависит"от глубины грунтовых вод. Солевой профиль активно-аккумулятивного типа.

Развитие каштановых почв Сыртового Заволжья происходило в течение всего голоцена, различные периоды которого оставили следы.в почвенном профиле; крио-аридный период — блочную структуру; гидроморфный период — засоленность фунтов и новообразования железа и марганца в почве. Однако решающее значение для формирования современных каштанозых почз имели сухостепные условия почвообразования последних пяти тысяч лег.

Глава V. Темно-каштановые почвы и грунты в условиях орошения

Единственным опытом длительного (50 лет) орошения на сыртах является Ершовскнй орошаемый участок, природные; условия которого типичны для Сыртового Заволжья (Медведев, 1974; Садовников, 1952). До пуска (1972 г.) Саратозского. канала полив производился водой местного стока с минерализацией около 1 г/л хлоридно-натриевого состава, после — волжской водой. С 1961 г. полив осуществляется дождеванием из открытой сети, ранее — напуском.

Тли водного режима почв при орошении промывной, скла- ' дывается из чередования двух подтипов: десуктивно-выпотно-го и нрригацио нно- про мыв кого с преобладанием последнего. ; В водном балансе (Кузник, 1979) центральной части орошае- ; мого массива приход превышает расход на 771 мм в год, а в • периферийной — на 66 мм. За счет этого происходит увлажнение пород зоны аэрации, выщелачивание солей, образование верховодок л формирование ирригационных грунтовых вод (ИГВ).

В настоящее время на всей площади орошения существует ирригационный водоносный горизонт, имеющий в разрезе форму купола. Верхняя его часть приурочена к центральной части орошаемого участка,, а краевая — к периферийной, где уровень ИГВ резко падает. За пределам«- орошаемого участка изменений водного режима почвогрунтов и растекания ИГВ не произошло, наблюдаемые локальные верховодки связаны с прудами и лощинами стока, ю

В приканальной части орошаемого участка уровень грунтовых вод динамичен, с наибольшим подъемом весной, резкими колебаниями летом и продолжительным осенне-зимним спадом (амплитуда 1—2 м); тип режима ИГВ— ирригацион-но-климатическнй, компенсированный оттоком и десуктив-ным испарением. Минерализация ИГВ 2—4 г/л сульфатно-натриевого состава, с глубиной она возрастает до 5—8 г/л, но без изменения состава солей.

В периферийной части кривая колебаний уровня сглажена и имеет обратный ход, наиболее высокое положение наблюдается в осенне-зимний период (табл. 2). Тип режима ИГВ — ирригационный, положительно декомпенсирозанный внутригрунговым притоком из центральной части орошаемого массива, усиленным благодаря блочной структуре сыртовых пород. Минерализация ИГВ здесь равняется б—8 г/л сульфат-но-натрпевого состава, с глубиной она увеличивается до 18 г/л, химический состав их становится хлоридно-натриевым.

Анализ гидрохимической обстановки на Ершовском орошаемом участке за многолетний период свидетельствует о снижении минерализации ИГВ и расширении площадей пресных зон.

Таблица 2

Уровень и минерализация ИГВ, 1969—1979 гг.

От ка- Уровень грунтовых вод. см Минерализация, г/л

нала, м весна лег о осень зима весна лег о осень знма

20 135 190 250 260 2.5 3,1 4.5 4,9

50 206 240 280 ■ 300 6,9 7.4 8.4 8.1 8,6

200 650 623 580 580 8,9 6,6 Не опр.

Сравнение ландшафтно-геохимических профилей неорошаемого и орошаемого участков показывает опреснение всей территории орошаемого массива. В приканальной полосе мощность слоя с общим содержанием солей менее 0,1% составляет 4—5 м, с удалением к периферии зона опреснения быстро вкылшшвается, а степень засоления выравнивается с богарой.

Наиболее полно передвижение солей в почвогрунтах характеризует хлор-ион, так как он обладает наибольшей геохимической актизностью и не образует нерастворимых соединений.' В центральной части участка хлориды вымытыиз более Чем 20-мстрового слоя, в 'периферийной—из 7— 8 м. Аккумулятивный горизонт хлоридов на глубине 9—10 м сформировался за счет выщелачивания из верхнего слоя, но в целом баланс хлор-иона для периферии отрицательный (табл. 3).

Длительное увлажнение почв и грунтов определило изменение их свойств. На профиле орошаемых темно-каштановых почв отмечается увеличение глубины и частоты гумусовых затеков," цветовые контрасты, обусловленные гумусовой окраской, выражены более резко. Уменьшается различие между подгоризонтами Вт и В2 по структуре, цвету, плотности; здесь ослабевает коричневый оттенок, усиливается серый. Морфологически выраженный карбонатный горизонт смещается вниз по профилю, глазковые новообразования карбонатоз замещаются пятнистыми и прожилочными формами: в интервале 1,3—2,5 м формируется новый максимум карбонатов. В грунтах выщелачиваются легкорастворимые соли, мелкокристаллический гипс. Друзы гипса первого солевого горизонта растворились полностью в приканальной полосе, а в иери-фейной частично.

Таблица 3

Запасы солей и хлор-иона в сыртовых почвогрунтах, т/га (в числителе сумма солей, в знаменателе хлор-ион)

Стой, м Темно-каш-тзновие, водораздел Лугово-каштан., лощина Темно-каштан. орошаемые. Ершовская оп. станция центр |периферия Темно-каштан. вторично заселенные нижняя часть склона

0—0,9 5/0 6/0 6/0 6/0 33/10

0—1,5 14/0 12/0 16|/1 14/1 130/38

0-2,0 65/3 25/0 51/2 40/2 239/62

0-0.0 37/0 107/3 79/3 288/71

0-5.0 210/21 61/0 20.8/5 18&'5 337/93

0—10.0 524/67 108/1 592/10 565/36 483/123

0—15,0 953/140 164/2 1089/14 895/103 595/136

0-20.0 1161/209 214/3 1394/41 1194/185 Не ил ред.

Улучшается состав гумуса: происходит увеличение содержания гуминовых кислот I фракции, доля прочносвязанньгх гуминовых кислот и фульвокислот изменятся слабо. Достоверных изменений запасов гумуса, карбонатов в темно-каштановых почвах при орошении не выявлено (табл. 4).

Длительное взаимодействие глинистых почвогрунтов с водой привело к изменениям их свойств, увеличению содержания илистой фракции за счет воднопептизируемой часта (ил А) с ОД—0,8 до 8—9%, величины МГ (при естественной влажности) с 8—9 до 16—17%, дисперсности (по Егорову, 1926) с 1—2 до 25—30%, числа пластичности с 10—15 до 26—27. Грунты не размокают, находятся в набухшем мягкопластич-

Таблица 4

Запасы гумуса, карбонатов, гипса, т/га

Слой, м Без орошения При орошении

гумус карбонаты гипс гумус карбонаты гипс

Апах 1071 38 о 102 42 0,7

0—0,5 156 320 4,9 151 288 4.3

0—1,0 230 1518 12,3 217 1411 13.0-

0—1,5 279 2418 28,4 244 2425 24,0

0-2,0 Не опр, 3103 68,1 Не опр. 3121 44,1

ном состоянии и приобрели полностью или частично свойства тиксот.ропных систем.

В грунтах произошло нарушение неводостойких структурных связей, разупрочение по граням структурных отдельностей всех рангов; а за счет гидратации и диспергации коллоидов резко увеличились адсорбционные свойства пород. В связи с низкой порозностью и тяжелым механическим составом влага (исключая влагу межблочного пространства) малоподвижна и находится в связанном состоянии. В точках с обилием неот-мытых друз гипса, являющегося коагулятором, изменений свойств почвогрунтов не отмечается.

Пептизированные, водонасыщенные породы образуют своеобразный экран, который отграничивает зону активного влагооборота от глубоких горизонтов напорных вод, а разупрочение по блоковой структуре снижает долю вертикального передвижения влаги за счет горизонтального.

Особенностью длительного орошения на сыртах является отсутствие вторичного засоления почв при близком залегании ИГВ. Основными причинами сохранения плодородия почв являются особенности формирования и режим ИГВ, а также высокая культура земледелия. Так формированию стабильных ИГВ предшествовал длительный период, в течение которого происходило интенсивное выщелачивание легкорастворимых солей, а в настоящее время промывной, водный режим почв, замкнутый влагооборот и боковой отток по межблочному пространству обеспечивают благоприятное мелиоративное состояние.

Существенным фактором, препятствующим вторичному засолению, является высокая культура земледелия, благодаря которой поверхность почвы поддерживается в рыхлом состоянии, что препятствует физическому испарению влаги. Испарительный режим все же существует, но он неустойчив, краток, имеет место в межлоливной период,.причем, в структуре испарения преобладает транспирация.

- На основании многочисленных материалов выделены периоды изменении почзенно-мелиоративных условий на Ершов-сокм орошаемом участке.

I ПЕРИОД. Приканальная полоса, длительность 6 лет, 1934—40 гг. Под каналом происходило намачивание и опреснение грунтов, формирование верховодки. Орошаемое поле, длительность 16 лет, 1934—1950 гг. Происходило намачивание

"почв и межблочного пространства в грунтах, выщелачивание хлоридов из слоя 3—10 м, а сульфатоз натрия из 2—3 м. Растекание верховодки от канала составило 10—20 м.

II ПЕРИОД. Приканальная полоса. 25 лет, 1940—1965 гг. Верховодка распространилась на 40—50 м и сомкнулась с вер-хозодкой на орошаемых полях. Из грунтов продолжался вынос легкораствсримых солей гипса, грунты полностью водонасы-щены. В опресненной зоне формировалась частично-тиксо-тропиая прослойка, по поверхности которой возникает rapvi-зонталыюе движение влаги. Орошаемое поле,Л5 лет, 1950— 1965 гг. Формировался устойчивый горизонт ИГВ на глубине 10—15 м, одновременно обособилась 40—50-метровая зона вдоль канала, стабильная по уровню и частично по минерализации. Грунты водонасыщены, в них продолжается вынос солей. В почвенном профиле приобретают подвижность гумус, карбонаты, ил.

III ПЕРИОД. Длительность 14 лет, 1965—1979 гг. Нл всей территории орошения имеется единый горизонт ИГВ. В грунтах продолжалось выщелачивание солей, усиление тнксотропных свойств, в почвах утяжеление механического состава, псресегрегация новообразований карбонатов, изменение фракционного состава гумуса.

ПРОГНОЗ. Прогнозирование изменений' мелиоративной обстановки на Ершозском орошаемом участке проведено на основе выявленных закономерностей изменений гидрогеолого-почвенных условий при длительном орошении, а для Низкой Сыртовой равнины — •методом аналогий с указанным участком.

На Ершовском орошаемом участке среднемноголетний уровень ирригационных грунтовых вод установится в. верхней трехметрозой толще, а миисрализация стабилизируется в пределах 2—1 г/л сульфатно-натриево-кальциевого состава. Гидрокупол, сформированный под орошаемым участком, в дальнейшем будет растекаться за пределы орошения.и по аналогии с прудами его периферия стабилизируется в 300—400 метрах. В этой зоне будут развиваться процессы вторичного засоления уже при 6—8-метровой глубине грунтовых вод. Вторичное засоление возможно также в зоне подтопления неорошаемых территорий вдоль магистральных каналов.

Опыт длительного орошения Ершовского орошаемого

участка свидетельствует, что орошаемые каштановые почвь/, расположенные на нешироких (2—3 км) увалах, при высокой культуре земледелия, обеспечивающей запланированный водный. режим, аэрацию почв, положительный баланс кальция и органического вещества, даже в иолупгдроморфных условиях сохранят свое плодородие.

На Низкой Сыртовой равнине существует реальная возможность растянуть период формирования устойчивого ирригационного горизонта грунтовых вод в верхней трехметровой толще на 30—50 и более лет при применении современной поливной техники, закрытой оросительной сети, снижении нн-фильтрационных потерь до 40—50 мм в год.

Выводы

1. Специфика каштановых почв Низкой Сыртовой равнины Заволжья неразрывно связана с почвообразующими породами— желто-бурыми сыртовыми глинами и историей их формирования.

2. Изучение генетических особенностей каштановых почв, проведенное на основе сопряженных «глубокопочвенных» (10—15 м) исследований почв и почвообразующих пород, а также современных и древних почв, погребенных под курганом 2,5 тыс. лет назад, показало, что формирование зональных почв Низкой Сыртовой равнины произошло во цремя перерыва в осадкоиакоплении сыртовой толщи; в среднем и позднем голоцене они развивались в сухостепном режиме.

3. Каштановые почвы Сыртовой равнины плодородны, карбонатны, несолонцеваты, не засолены. Однако ряд специфичных особенностей: тяжелый механический состав, низкая по/ристость, вероятность слитизации, малый диапазон активной влаги — осложняет мелиоративное освоение этих почв.

4. Поч'вообразующие породы — сыртовые глины — представляют собой закономерное чередование погребенных почв и разделяющих их прослоев глин. Погребенные почвы распространены на всей территории Низкой Сыртовой равнины. В 15-метровой толще нами выделено 4—5 погребенных почв двух типов: а) слабовыраженные, не имеющие генетических горизонтов — почвы формировались в условиях сухого климата пли одновременно с осадконакопленном и б) почвы с генетическими горизонтами А, В, С, формирование которых происходило во время перерыва в осадкоиакоплении. Прослои глнн, разделяющие почвы, сформировались в период породо-накопления.

5. Почвы имеют полигонально-блочное строение, которое заключается в разделенное™ массы на блоки, пространство между которыми заполнено вмытым материалом вышележащих пород или горизонтов. В слабовыраженных погребенных

почвах, размер блоков 20—Ю ем, межблочное пространство заполнено материалом желто-бурых прослоев. В развитых погребенных почвах и современных каштановых блоки имеют размеры 1,5—3 м в плане и 1—2 м по вертикали; межблочное пространство заполнено материалом гумусозого горизонта.

6. Особенности строения почвенно-грунтовой толщи определяют многие геохимические процессы и явления, не имевшие ранее достоверного объяснения. Генетические горизонты погребенных почв и прослои между почвами играют роль водоупороз или коллекторов для водоносных горизонтов. Блочность определяет значительное варьирование фильтрации, влажности, глубины выщелачивания хлоридов, минерализации и состава ирригационных грунтовых вод, инфильтрацию влаги через «мертвый горизонт».

7. Солевая характеристика почвогрунгов определяется водным режимом. Почвы имеют элювиальный тип солевого профиля; прунты водоразделов и склоноз — остаточно-акку-мулятивный тип, при элювиальном распределении хлор-иона; отрицательных форм рельефа—элювиальный тип; в полосе подтопления от водоемов при вьшотном водном режиме — современный аккумулятивный тип солевого профиля.

8. После длительного орошения (50 лет) в условиях высокой культуры земледелия тяжелосуглинистые темно-каштановые почвы не потеряли своего плодородия: увеличилась мощность горизонта Вь возросло отношение углерода гумино-вых кислот к фульвокислотам с 1,9 до 3,5; запасы гумуса, карбонатов, характеристика ППК не изменились. Отмечено увеличение объемной массы, снижение пористости, ухудшение агрегированности. За счет потерь влаги на инфильтрацию произошло: а) увлажнение пород зоны аэрации до полной влагоомкости; б) формирование ирригационных грунтовых вод (ИГВ) с глубиной залегания 3—6 м и минерализацией 2—7 г/л (растекание ИГВ за пределы орошения не происходит); в) опреснение почвопрунтов от легкорастворимых солей и размывание 1 гипсового горизонта.

Отсутствие вторичного засоления почв при близком залегании ИГВ (<3 м) обусловлено: 1) формированием ИГВ в опресненных грунтах; 2) наличием бокового оттока к периферии орошения и отсутствием связи с напорными грунтовыми водами; 3) десуктнвным испарением влаги и 4) высокой культурой зе.мледелия.

9. Грунты, опресненные при орошении, в условиях постоянного увлажнения приобретают полностью или частично свойства тиксотропных систем, при этом возникают принципиально нозые, в сравнении с исходным состоянием, условия для передвижения влаги и растворов.

Рекомендации

Для районов орошения Сыртовой равнины необходима разработка системы организации и эксплуатации орошаемой и богарной территории.

Проектирование, строительство и реконструкция оросительных систем должны обеспечить полное отсутствие потерь влаги из оросительной сети путем ее изоляции и автоматизации, гидротехнические сооружения не должны нарушать природную систему стока поверхностных вод. В проектах необходимо предусматривать посадку продуваемых лесных полос на ооршаемых участках и их границах. В связи с формированием ИГВ и дальнейшим развитием каштановых почв в гидроморф-ных условиях при преобладании элювиальных, процессов .система земледелия должна обеспечить хорошую аэрацию почв, положительный баланс органики и карбонатов, а также отсутствие физического испарения влаги и запланированный водный режим. Для этого необходимо: в составе севооборота иметь несколько полей люцерны, посевы пожнивных, культур, обработку почвы производить с почвоуглублением на различную глубину, применение физиологически кислых удобрений, навооа, сидератов. Для предотвращения лептизации коллоидов и уплотнения пахотного горизонта необходимо внесение коагуляторов (структурообразователей, гипса, извести, лигнина и др.), применение ком!бинированных с.-х. орудий, обеспечивающих минимальное количество проходов за вегетацию.

Оновные результаты исследований опубликованы в трудах

1. Галибин А. Н. Почвы Низкой Сыртовой равнины и их вторичное засоление без орошения. — В. кн.: Мелиоративный прогноз и мероприятия по предупреждению засоления орошаемых земель в Поволжье. М., ВНИИГИМ, 1974, с. 175—183.

2. Галибин А. Н. Низкая Сыртовая равнина как объект ороше-шения. — В*сб.: Интенсификация — путь повышения сельскохозяйственного производства. Саратов, СГУ, 1976, ч. 2, с. 22—24.

3. 3 о л ь н л к о в В. Г., Г а л и б и н А. Н., М а з у р Ю. И. О процессах засоления почв Сыртового Заволжья при орошении. — В сб.: Прогрессивные методы мелиорации засоленных почв. М., Союзводпроект, 1977, с. 275—299.

4. Четвертков С. С., Г а л и б и н А. Н., К и с т а н о в В. Н. Оценка мелиоративного состояния земель. — Степные просторы. Саратов, 1983, Л'« 11, с. 37—39.

5. Галибин А. Н. Эволюция каштановых почв Сыртового Заволжья.— В кн.: Тезисы - докладов Всесоюзной конференции «История развития почв СССР в голоцене>. Пущино, 1984, с. 138—139.

Л 75529 17/У—85 г. Объем 1'/. п. л. Заказ 1082. Тираж 100 Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева 127550^ Москва И-550, Тимирязевская ул., 44

Бесплатно

\