Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Химико-минералогический состав такыров и такыровидных почв Южного Прибалхашья

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Химико-минералогический состав такыров и такыровидных почв Южного Прибалхашья"

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи

ОМИРЗАКОВА Алия Нурпеисовна

УДК 631. 455

ХИМИКО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ТАКЫРОВ И ТАКЫРОВИДНЫХ ПОЧВ ЮЖНОГО ПРИБАЛХАШЬЯ

03.00. 27—Почвоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Алма-Ата 1992

Работа выполнена в_ лаборатории минералогии почв.ордена Трудового Красного Знамени Института почвоведения АН Республики Казахстан

Научный руководитель:- доктор сельскохозяйственных наук

Б. П.ГРАДУСОВ.

Официальные'оппоненты: -доктор Жнраагн уос<ах . йаук

М.А.ОРЛОВА. - • -кандидат гврлого-минералогическш наук

И.Б.САМАТОВ.

Ведущая организация: -Ташкентский Государственный универоитет

им.Левша, кафедра почвоведения.

Защита диссертации состоится " " итИ 19 92 г. в ■№ ~ часов на заседании Специализированного Совета К 008.07.01 в Институте почвоведения АН РК по адресу: 4В0032, г.Алма-Ата, Академгородок, Институт почвоведения АН РК.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института почвоведения АН ГК.

Автореферат разослан " " (рпрлл*) 1992 г'.

Ученый секретарь Специализированного совета кавдвдат сельскохозяйственных, ' наук ■■

. Н4.ЯЦЫНИН

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В реализации экономических проблем Напей страны в области сельского хозяйства, где основными задачами остаются повышение плодородия земель, освоение и расширение посевных площадей и дальнейшая интенсификация сельскохозяйственного производства, большое значение придается пустынной зоне Казахстана, располагающей значительными свободными земельными ресурсами. В решении этих задач большая роль отводится науке вообие и почвенной науке,в частности, призванной выработать конкретные предложения и мероприятия tío всестороннему изучений и улучшении свойств и повышению эффективного и потенциального плодородия почв.

В значительной маре определение свойств и плопородия почв основывается на глубоком изучении почв и составляющих ее твердых компонентов,особенно высокодисперсной активной части. В атом плане' большой интерес представляет исследоаяние минералогического и химического состава почв в условиях аридной зоны,rito состав и свойства коренных пороп и продуктов их выветривания и переотложвния,в связи со слабой затронггостью их процессами почвообразования,практически без значительных изменений наследуются почвами. '

^!Увльнрсть_ррботн.Изучение минералогического состава почв и почвообразуюших пород основных бионлимвтическИх зон йридных областей л установление особенностей, его трансформации имеет не только важное теоретическое значение, Но й большую практическую значимость в пеле глубокого понимания свойстви эволюции почв.- От ' минералогического состава и состояния высокойисперсных фракций зависят вопно-физические и физико-химические свойства почв, интенсивность процессов поглощения и зякр&пления питательных элементов, составляющих основу плодородия.

Почвы аридной зоны территории Казахстана слабо изучены со стороны минералогического состава как самих почв, так и их тонко-писперсных фракций ив связи с их генезисом и составом почвообра-зуюшх пород в процессе пустынного почвообразования, что и продиктовало необходимость комплексного исследования вещественного состава и физико-химических свойств почв и их тонкодисперсных фракций пустынной зоны Шного Прибалхашья.

Минералогические исследования высокодисперсных фракций почв Средней Азии и Казахстана провопили многие выпвюшеся почвовепы И.Н.Антипов-Кпрвтаев, И.Г.Шрупа, В.А.Ковда, А.Н.Розанов, У.У.Ус-панов, Н.И.Горбунов, Е.В.Лобова, Й.Д.Сецлецкий.

Благодаря последним исследованиям по минералогии тонкодисперсной части почв, аридной зоны (Б.П.Градусов, Д.Р.Исматов, М.П.Аран-баев, Х.Т.ТУрсунов, Л.Т.Турсунов, Е.А.Султанбаев, Н.А.Полузеров, И.А.Ассинг) установлены основные черты минералогического и химического состава илистой и коллоидной части почв и выявлено их влияние на свойства почв и их изменения при орошении.

Цель и задачи исследования. Целью данного исследования является изучение химического и минералогического состава крупнообломочной и тонкодисперсной части такыров и такыровидных почв Южного Прибалхашья, а также изучение тенденции изменений глинистых минералов такыровидных почв под влиянием обработки их химическими мелиорантами при их сельскохозяйственном использовании. В связи с этим в задачу исследований входили:

1. Изучение минералогического состава крупнообломочных, и высокодисперсных фракций - подфракций воднопептизированного (ВПИ) и водноагрегированного (ВАЛ) илистого вещества'.

2. Определение валового химического состава почв и выделенных из них фракций меньше 0,001 мм.

3. Установление взаимосвязи первичных и вторичных минералов с. почвообразующими породами и распределение содержания их по всему • профилю.

4. Изучение путей влияния химических мелиорантов на тонкодисперсную часть такыровидных почв.

Объекты и методы исследований. М кроструктура почвенного покрова древней дельты Или в Южном Прибалхашье характеризуется широким развитием здесь такыров и такьтро видных по ад, сочетающихся с массивами пустынных песчаных почв, что и определило выбор объектов исследования.

На исследованной территории были заложены:

1. Такыр хаковый (р.15).

2. Такыр типичный (р.16).

3. Такыр типичный (р.22).

4. Такыровидная солонцевато-солончаковатая (р.100).

5. Такыровидная солонцевато-солончаковая (р.18).

6. Такыровидная солончаковатая (р.З).

7. Такыровидная незаселенная (р.2).

Выбор объёктов и тщательное изучение в полевых условиях, исследование их микросложения и морфологическое описание, а также изучение почвенного покрова пустынной зоны в тех участках, где

были взяты образцы, было проведено под руководством к.с.-х.наук Митронькина Ю.Е. и Байменовой А.Т., которым автор пырааает глубокую признательность.

Для выполнения указанных задач били выполнены следущие работы:

1. Выделение илистой фракции почв, а такае фракций крупнее 0,001"мм по методу Н.И.Горбунова (1963).

2. Определение степени пептизируемости-агрегируености почв и ее гранулометрических фракций по Н.И.Горбунову (1967).

3. Механический состав почв по Н.А.Качинскому.

• 4. Определение валового состава почв и фракций меньше ■ 0,001 мм.

5. Изучение и определение первичных минералов в иммерсионных жидкостях во фракции 0,1-0,01 мм; 0,25-0,1 мм.- .

6. Рентгендифрактометрический анализ подфракций ила - водно-пегииэированного (ВПИ) и вддноагрегированного (ВАИ).

7. Термографические исследования фракций меньше 0,001 ¡.ш с подсчетом энергии активации молекул воды в реакциях дегидратации и энергии активации дегидроксилизаиии образцов почв.

8. Электронномикроскопические исследования фракций меньше 0,001 им.

9. Лабораторно-экспериментальные исследования минералогического состава илистой фракции, выделенной из такыровидной почвы, насыщенной мелиорантами - сульфатом железа и сульфатом цинка различной концентрации.

10. Общие свойства почв определялись лабораторными анализами по общепринятым методикам.

Рентгендифрактограммы получены на аппарате ДР0Н-2.О в следующем режиме: напряжение на трубке с медным анодом 35 кВ, анодшй . ток 10 мА, излучение отфильтровано никелем, скорость вращения го<-ниометра 2 град/мин.

Рентгенодифрактограммы для ориентированных препаратов получены в сл едущих условиях: а) воздушно-сухое состояние, б) после насыщения этиленгликолем, в) после прокаливания при температуре 550°С. . ■ ' •

Комплексный термографический анализ илистой фракции исследованных такьгров и такыровидных почв выполнен на дериватографе системы Паулик и Эрдей в интервалу температур 20-1000®С при чувствительности гальванометра ДТА-1/15, ДТГ-1/15, ТГ-100 мг и скорости

нагрева 10 град/мин. По кривым дериватограмм был определен не только качественный состав глинистых минералов, но и произведена оценка прочности связи молекул, воды как с поверхностью минерала, так и внутри кристаллической решетки по значениям энергии активации молекул воды глинистых вацеств (Топор, 1967) с компьютерным обеспечением расчетов кинетики термической реакции (И.Б.Саматов и А.Н.Стружихин, 19В0).; '.

Электронномикроскопические снимки тонкодисперсных фракций получены на микроскопах ЗМВ-ЮСЖ ЗММА-4.

ручная новизна. Научная новизна и практическая значимость работы заключается в представлении впервые детального исследования химического и минералогического состава такыров и такыровидных почв Ккнрго Прибалхашья на основе использования комплекса современных методов и аппаратуры, а также исследование путей влияния .химических мелиорантов на глинистую часть такыровидных почв, нацеленные на создание базиса длй разработки приемов рационального ведения хозяйства на этих землях и общей системы мониторинга и прогноза применения почв и окружающей среды.

Апробация работы. Работа прошла пробацию на Всесоюзной научно-технической конференции по проблеме повышения плодородия почв в условиях интенсивного земледелия (Москва, 1968), Всесоюзной научной конференции по проблеме повышения плодородия почв в условиях интенсивного земледелия, посвященный 70-летию образования Института почвоведения и агрохимии АН УзССР (Ташкент, 1990), на заседаниях лаборатории минералогии почв Института почвоведения АН республики Казахстан, секции Ученого Совета этого Института.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 161 стра-*ницах машинописного текста. Состоит из введения, 5 гЛав, заключения, выводов и библиографического указателя, включающего 119 названий отечественных авторов и 16 иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава I. Природные условия: рельеф.климат.растительность.

Территория Южного Прибалхашья (Балхаш-Алакульская впадина) площадью около 90 тыс.км2 простирается от Чу-Илийских гор на западе и Дкунгарского Алатау на юге и юго-востоке до озера Балхаш на севере. Это один из важнейших экономических районов республики. Ее южная часть достаточно-густо населена: со многими городами,

промышленными объектами, рабочими поселками п прочими населенными пунктами. В этой чаоти высоко развито орошаемое земледелие. Обширную северную часть Южного Прибалхашья - низовья реки Или, охватывает пустынная зона;

Современная поверхность низовьев сформировалась в результате последовательной смены врозионно-аккумулятивных процесоов п процессов развевания, поэтому она характеризуется сложностью сочетания эоловых ояльно .расчлененных и эрозионно-аккумулятивннх, оолее или менее выравненных форм рельефа. Абсолютные отметки поверхности изменяются в пределах от 420 м у подножья Тасмурунских гор до 341344 м на пооережье озера лалхаш. Общий уклон ее, направлетшй с юго-востока на северо-запад в оторону озера Балхаш, равен-пример-

но и,ооиз1-и,ооозь.

В геоморфологическом отношении в низовьях реки Или выделяются:' I) долина реки ¡1ли, 2) современная дельта р.Или, 3) древняя дел£та Акдала-ьаканасская, 4) южное побережье оз.Балхаш.

Анализ метеорологических наблюдений показывает, что клпмат здесь резко континентальный с характерной большой разницей температур дня и ночи, лета и зимы, о холодной малоснежной зимой и жарким сухим летом. Количество атмосферных осадков 135 мм, что составляет 1350 м3 воды в I га, по приблизительным подсчетам способно увлажить почву на небольшую глубину - до 35 см, если учеоть, что все осадки выпадают одновременно. .

Засухоустойчивая и солевыносливая растительность ( терескено-во-оаксауловая формация), формирующаяся в таких условиях,отличается сильной'изреженностью, и поверхность почвы подвержена интенсивному и разрушительному действию воды и ветра, интенсивному нагреву и быстрому охлаждению. Широкое распространение на данной территория имеет"также водорослевая растительность на такырах.

Болыцую часть территории низовьев занимает древняя Акдала-Ьаканасская дельта," где для макроструктуры почвенного покрова характерно широкое развитие такыров,и такыроввдных почв.

В условиях аллювиальных равнин Казахстана характерно следующее направление эволюции такыровидных почв (Фаизов, 1985): коренное изменение направления почвообразовательного процесса за счет осушения и опустынивания аллювиальных, аллювиально-пролювиальных и пршорских равнин, где ведущее значение получают пустынные био-клпматяческие условия в результате прекращения затопления и. пере-

- б -

распределения стока, а также понижения базиса эрозии.

Далео следует краткий литературный обзор по изучению такыровидных no4D, начиная от первых исследователей почв пустынь (Герасимов, 1928; Розанов, 1951) и последующие работа, где такыровид-ные почвы стали впервые выделяться как генетический тип антоморф-ныхпочп аллювиальных равнин пустынной зоны (Боровский, 1957; Егоров, 1959; Орлова, 1971 ; Минашина, 1978 ; Карнев, 1981 ; Фаизов, 1983), Тагаыры, Их происхождение и свойства рассмотрены также с первых исследований И.А.Андрусооа, В.А.Обручева, Н.М.Воскресенского, Б.А.Федоровича, которые россматрисали процесс такырооброзова-ния в связи с геологическими процессами и исследования, рассматривающие почвенные стороны такырообразовпния (Никитин, 1926 ; Герасимов, 1933 ; Успанов, 1940 ; Розанов, 1951 ; Большев, 1955 ; Баяиле- ' вич, 1956 ; Ковда, 1956 ; Лобова, I960 ; Толчельников, 1968 ; Вито-ковская, 1990). .

Глава П. Морфологическая характеристика и физико-химические свойстпа.

В главе даны морфологические описания такыров и такмровид-нf»x почв древней дельты -Или, которые типичны для них,согласно су-ществупдим литературным данным. Отмстим, лишь, что в морфологическом строении изученных такыров содержание гумуса в верхних горизонтах достигает величины I,б",. О значительно большей гумусности такыров более северных районов пустынной зоны* достигающей значений выао 1,6* в верхних горизонтах такыров Южного Казахстана и 1,65% в такырах Баканасского района отмечали р своих исследованиях А.Н.Розанов (1951) и И.И.Большое (1952).

Высокий процент содержания илистой фракции в исследованных почвах заметно.сказывается на их поглотительной способности - ом-кость поглощения 14-20 мг-экп на 100 г по'шн у такыров Южного Прибалхашья можно считать высокой и характерной для глинистых пустын-. них почв ç высоким содержанием ила. Характерным является содержание в поглощающем комплексе такыров значительного количества обменного натрия, который составляет до 60% от суммы обменных оснований. д.;' ■ .■."•■"•

Результата водной вытяжки показывают, что источником солей почв Южного Прибалхашья являются в основном соли, имепци-ося в толще дреянеаллкшиальных'наносов п момент их отложения.

В составе солей изученных почв сульфатов больше, чем хлоридов,и преобладающий типом засоления является сулы[атннп, натриевый и хлоридно-сульфатннй в присутствии соды.

; Значение рН почвенных растворов у типичных такыров лежит в резкощелочном интервале от 8,9 до 9,9 ; несколько ниже" у тпкыровид-кнх почв - от 8,9 до 9,1. Значения общей щелочности характеризуются повышенным его значением: у такыров максимуи его в ел и1 шин в корке и подкорковом горизонте достигает значения 5-7 мг-экп.

Материнские породы, характеризующие такыры и такыровидные' почвы,по механическому составу в основном суглинистые и глинистые, что обусловлипает характерную особенность этих почв и почвообразу-ющих пород. На общем фоне тяжелого механического состава, для профиля такыров характерно наличие отдельттх горизонтов, в-которых содержание физической глины достигает 80-90^, а илистой фракции до 30-40%. В отличии от древнеаллювиальных наносов верхние горизонты такыров оказались значительно обеднены крупнопылеватыми частицами. Эти изменения механического состава, происходящие в процессе такы-рообразования,*вляются одной из причин ухудшении водно-(физических свойств такыров, уменьшение количества крупной пыли приводит к более плотной упаковке частиц в породе. Такыры данного региона, независимо от варьирующего механического состава корковых и подкорковых горизонтов, формируются только на мощной толще тяжелосуглинистых и глинистых древнеаллювиально-дельтовых наносов. Такыровидние почвы сформированы на более легких по механическому составу грунтах и меньшей мощности суглинисто-глинистых отложениях. Круп-нопылеватые фракции во всех такыровидных почвах являются преобладающими. Профиль илистой фракции всех такыров показывает высокое содержание воднопептизированного ила (ВПИ),что характеризует их низкую степень микроагрегации, т.е.. отрицательные агрофизические свойства и низкое естественное плодородие. В составе ила такыровидных почв несколько преобладает агрегированный ил (АИ).

Глава Ш. Минералогический состав почв.

Крупнообломочный материал (0,25-0,1 и 0,1-0,01 мм) исследованных почв древней дельты Или составляют, минералы легкой фракции (удельная масса 2,9): кварц, полевые шпаты, слюды. По составу минералов тяжелой фракции (удельная масса• 2,9) почвы Ржного Прибалхашья- характеризуются высокиц его содержанием — до 4,Ъ% в .мел-

копесчаной и до 7,5% в крупнопилеватой фракции, что, по-видимому, связано со значительным распространением б верховьях Или изверженных и метаморфизированных пород. В отличии от осадочных, эти породы характеризуются богатством силикатной части, что указывает на слабую выветрелость и затронутость исходных пород и продуктов их выветривания процессами почвообразования в условиях аридного гипергенеза.

Основные породообразующие минералы, составляющие основу легкой фракции исследованных почв, по составу практически неразличаются между сабой, что свидетельствует об общности условий осадко-накопления и относительной однородности состава коренных пород и продуктов их выветривания, послуживших основой для формирования . мелкоземистых отложений.

Наиболее распространенным минералом легкой фракции является кварц. В основном доминируют прозрачные и полупрозрачные разновидности неправильной формы. Сохранность зерен кварца довольно высокая, но имеются каверноподобные мелкие углубления, возникшие в результате растворения зерен кварца. Эти углубления заполнены вторичными железосодержащими продуктами, которые способствуют тому, что кварц преобретает оранжево-желтоватый оттенок. Встречается также молочно-белый кварц, содержащий газовые пузырьки, зеленоватый >со включениями хлорита и сероватый кварц со включениями темноцветных минералов. Содержание кварца с уменьшением размера зерен незначительно снижается от 55-58% до 50-52%, что свидетельствует об устойчивости кварца к процессам дробления, а также незначительном процессе выветривания.

Полевые шпаты, процентное содержание которых с уменьшением размера фракции несколько уменьшается, что связано,- по-видимому, с размером его зерен в кристаллических породах и определенном усилении трансформации минеральной массы, представлен в основном ортоклазом и микроклином оранжево-желтого цвета, неправильной формы, которые в основной своей массе мало изменены и частично пелитизи-рованы, В небольшом количестве имеются серицитизированные плагиоклазы.

Слюды представлены в основном мусковитом и биотитом. Биотит оказался в основном в легкой фракции, что указывает на его значительную гидротированность. В мелкопесчаной фракции мусковита чуть больше, чем биотита'и, наоборот, в. крупнопылеватоЯ фракции значительно больше биотита, что свидетельствует о более высокой устой-

чивости мусковита к выветриванию и дроблению и об усилении интенсивности трансформации продуктов выветривания исходных пород. В легкой фракции исследованных почв отмечается также небольшое присутствие других Минералов и образований. Присутствие слюдисто-глинистых образований, в которые входят кварц-полевошпатовые сростки и другие обломки пород, отмечены по всему профилю.

Причиной некоторых различий в содержаний различных групп минералов по пвофилю почв древней дельты Или являются слоистость состава самих отложений, послуживших субстратом для почвообразования.

Вопрос о минералогическом составе тонкодисперсных продуктов почвообразования древней дельты Или был разрешен на основании комплекса методов: рентгендифрактометрического, дифференциально-термического , электронномикроскопичесКого. •

Рентгенографический анализ глинистых минералов илистых .фракций исследованных почв проводился отдельно для воднопептизирован-ного (ВПИ и агрегированного ила (АИ).-

Материалы совокупного анализа илистой фракции такыров и та-кнровидных почв Южного Прибалхашья показывают в основном монтмориллонит-хлорит-гидрослюдистую ассоциацию глинистых минералов, которая в аллювиальных наносах зачастую представлена хлорит-монт-мориллонит-гидрослюдисто й ассоциацией. *

Рентгеновские дифракционные спектры исходных Мд - замещенных препаратов (кривые а) показывают, что в составе тонкодисперсных-;;; фракций почв Южного Прибалхашья преобладают ицфослюды, которые , не изменяют своего положения при прокаливаний на 550°С (кривые в) и насыщении этиленгликолем (кривые б). По соотношению иктенсив-ностей первого и третьего порядка и наличйю рефлекса (006) 0,51 Я структура гидрослюды имеет октаэдрические сетки, заселенные, главным образом.алюминием по диоктаэдрическому мотиву. Хлорит определен по острым базальным рефлексам кратным 14 Я (14,0} 7,0; 4 ,72 ; 3,53). При этом отражение второго и четвертого порядков (7,07; 3,53) совпадают с базальным рефлексом первого и второго порядка ; каолинита. Об этом можно судить по уменьшению площади соответствующих рефлексов при термической обработке образцов (кривые в). Насмденйе этиленгликолем не приводит к изменению рефлексов хлорита. Монтмориллонит.идентифицирован по острому рефлексу со значением межплоскостного расстояния 17 Я прл насицении атиленгликолем. Каолинит определен по рефлексу 3,53 Я на рентгендифакто грамме

воздушно-сухого образца. Все исследованные почвы содержат смешано-, слойные структурно-набухающие компоненты, тонкодисперсный кварц (4,26 ¡3,34 Д) и полёцой шпат (3,20 X).

Распределение глинистых Минералов по профилю, их приближённые, количественные соотношения были получены путем простого сравнения интегральных интенсив^остей базальных отражений исследуемых почв с учетом структурных и других факторов, описанных' для.разных групп минералов (М.Б.Куцыкович, 1971). Дифференциация минералов по профилю изучалась в двух вариантах: I) в процентах от суммы глинистых минералов без учета илистой фракции, т.е. в расчете на равное количество этих фракций во всех генетических горизонтах ; 2) при пересчете содержания глинистых мшералов на почву в целом с учетом количества соответствующих фракций в конкретных горизонтах. Анализ этих материалов показывает, что как для такыров так и для такыро-. видных почв характерна отчетливая профильная дифференциация основных групп глинистых минералов. Содержание слюдистого компонента в верхних горизонтах повышается и, наоборот,содержание минералов с набухающей (лабильной) структурой увеличивается в нижних горизонтах. Количество гидрослюд в.воднопштизированном иле всех рассматриваемых почв больше, чем в водноагрегированном иле, но закономерность снижения количества гид$5осяюд от верхних горизонтов к почво-образупдим породам ясно прослеживается у водноагрегированного ила. У минералов с набухающей решеткой такой закономерности в количественном распределении не наблюдается как в водНопептизированном . так и в агрегированном илах кроме, отмеченной выше, общей закономерности увеличения их содержания от верхних горизонтов к аллювиальным наносам. Такие процессы, приводящие к потере монтмориллони-товых глин и накоплению слюдистых компонентов в верхних горизонтах по атношению к аллювиальным наносам, отмечается.в ряде исследований (Дриц, 1975; Градусов, 1976 ; Алексеев, 1977; Соколова, Со-ляник, 19В4 и- др.) и известны как процесс иллитизации - включение иона калия в межслоевые промежутки минералов с лабильной структурой с последующим новообразованием слюдистых компонентов. Перемещение глинистых фракций по профилю исследованных пустынных почв Южного Прибалхашья, наблюдается очень слабо, в связи с чем накотг- • ление.гидрослюд в верхних почвенных, горизонтах не рассматриваются как следствие выноса набухающих минералов из верхних слоев почвы в нижние в форме элементарных частиц. Дифференциация хлорита, в отличии рт монтмориллонита и гидрослюды, по профилю такыров и та-

кыровидных почв проявляется не так четко: хлорита больше в средних горизонтах. Содержание каолинита в исследованных почва^ незначительно, основная его масса содержится в водноагрегированНон иле. Таким образом, уодстие каолинита и хлорита в дифференциации глинистых минералов по профилю изученных почв весьма слабое, .что связано с более высокой их устойчивостью в пустынных. почвенно-клйматических условиях.

Материалы комплексного термического анализа, представленного в виде дериватограмм, позволяют дополнить и подтвердить получетные данные рентгендифрактометрического анализа. Анализ дериватограмм тонкодисперсных фракций такыров и такыровидных почв Пятого Прибалхашья выявляют.однотипность состава глинистых минералов,что выражается в общности кривых ДГА, ДГГ, ТГ ; имещиеся различия. в деталях рисунка этих кривых по отдельным генетическим горизонтам, обусловлены изменениями соотношений и степени дисперсности.илистых частиц и изменений соотношений кристаллической и аморфной фазы в них. Кривые ДГА по генетическим горизонтам как такыров так и такнропидных Почв, характеризуются наличием трех (двух) эндотермических и.двух (одного) экзотермических пиков. Набор и характер пиков свидетельствуют о преобладании, структур гидрослюд с заметным содержанием набухающих компонентов. Характерным для всех Дёривато-" грамм исследованных почв является выраженность и интенсивность низкотемпературного эндоэффекта по сравнению со средне- И высоко-тешературными реакциями, что выражается большей площадью пика • низкотемпературной области. Эндотермический эффект реакции дегидратации - удаление адсорбированной и межпакетйцй воды из глинистых минералов типа 2:1 (гидрослюда и монтмориллонит) и аморфных веществ, развиваются в интервале температур 40-250°С с максимумом П0-135°С. Интенсивность и глубина Низкотемпературного эффекта зависит от изменения содержания аморфных веществ и от соотношения глинистых минералов, характеризующихся; различной степенью гидро-фильности и имеют общую тенденций к увеличению с глубиной Профиля. Среднетсмпературный эффект, связанный с гидроксйлизаиией , т.е. удалением конституционной'вода, из минералов типа.2:1 и 2:1:1 (хлорит), разрушением кристаллической решетки минералов типа 1:1 (каолинит), развивающихся в интервале температур ^0-700°С с.мзксиму-■ мом в пределах 540-550°С. Смещение пика в область высоких температур и.увеличение интенсивности пика в 'нижнчх горизонтах возможно происходит с увеличением,количества монтмориллонита с Мф в окта-

эдрических позициях, что .согласуется срентгендифрактометрически--миданныыи.

. Высокотемпературный эндоэффект приурочен к интервалу температур 840-9й0°С и связан с полным разрушением кристаллической решетки гидрослюд и монтмориллонита. Следует отметить появление в некоторых горизонтах слабых эндоэффектов в диапазоне 390-430°С, что характеризует наличие окристаллизованных минералов полуторных окислов железа. Эндотермические реакции в низкотемпературной области 260-390°С связаны со сгоранием остатков органического вещества. Слабовыраженный высокотемпературный экзотермический эффект развивается в конечной области .кривой ДГА и связан с образованием новых кристажяических фаз.

Анализ потери массы вещества по кривой ТГ показывает, что самые высокие величины потери веса характерны для реакции дегидратации: около 8-10% для такыров и 6-8% для такыровидных почв от веса навески. Средиетемпературиая область эндотермических реакций де-гидроксилизации глинистых минералов по потере массы вещества стоит на втором месте и составляет около 3-5/5 от веса навески и имеет тенденцию к увеличению в нижних горизонтах, что связано, по-видимому, с увеличением в указанном направлении содержания монтмориляонитовых глин. В ряду екзотермических эффектов самые незначительные потери веса связаны с высокотемпературным максимумом ( 1%),

Исследования по определению энергии активации моллекул воды при термической дегидратации такыров и такыровидных почв по горизонтам дает возможность проследить изменения строения и степени выветрелости минералов. Расчетные данные энергии активации для. рыхлосвяэанной адсорбционной воды (реакция I) по генетическим го. ризонтам почв и энергии дегидраксилизации (реакция 2) приведены в таблице I. Энергия дегидратации в верхних горизонтах почв имеют значения от 15-17 кДк/мойь, т.е. практически мало отличаются друг от друга. Как известно,эндотермический эффект реакции дегидратации связан с удалением адсорбированной и межпакетной воды минералов типа 2:1 - гидрослюды и монтмориллонита. По данным рентгенди-фрактометрических исследований верхние горизонты почв имеют пре- . имущественно гидрослюдистый состав, значение величины которой уменьшается с глубиной профиля, где возрастает роль лабильных минералов. Этим, по всей вероятности, и объясняется увеличение значения энергии дегидратации в аллювиальных наносах исследованных

такыров и такыровидных почв. При дегидратации структурной води из глинистых минералов (реакция 2) значения энергии активации молекул воды имеет широкий разброс от 42 до 733 и характеризуют степень стабильности кристаллической решетки глинистых минералов и степень их окристаллияованности.

Электронномикроскопические исследования такыров итакнровид-ных почв Южного Прибалхашья были проведены с целью исследования морфологических особенностей тонкодиспедюных частиц и их минералогической принадлежности, а также для установления наличия:се-пиолит-полыгорскитовых минералов. Полученные электронномикроскопические снимки показали отсутствие сепиолит-полыгорскитовых минералов, для которых характерны вытянутые вдоль одной из осей крис- . таллы различной длины и ширины!

Глава 4. Валовой химический состав почв и фракций <0,001 мм.

Заметно выраженная изменчивость валового химического состава бескарбонатной, прокаленной массы мелкозема такыров и такыровидных почв древней дельты Или объясняется неодинаковым составом основных породообразуяцих и глинистых минералов«..формирующих основу крупнообломочных и тонкодисперсных фракций почвенного мелкозема; различным механическим составом самих почв или отдельных горизонтов генетического профиля. В общем виде валовой химический состав мелкоземистой массы исследованных почв позволяет их оценить как ферриалюмо-кремниевые образования со значительным участием окислов калия и магния ив меньшей степени - окислов кальция и натрия. Преобладание в валовом составе окисла калия над окислами натрия и окислов магния над окислами кальция прослеживается по веет» почвам такыров, что говорит об известной степени выветрелости алюмосили-катной основы крупнообломочньсх фракций и о высокой степени оквар-цованности на фоне.слюдисто-полевошпатово-кварцевого состава круптообломочных фракций, В такыровидных почвах такая тенденция прослеживается не так. ярко. Валовой химический состав исследованных почв по содержанию отдельных окислов значительно различается между собой, что обусловлено химическим составом исходных материнских пород и",отложений .как и различным их изменением в процессе выветривания и почвообразования. Следует также отметить различие в валовом составе почв; в зависимости дт механического состава: с утяжелением почв они обедняются окислами кремния, кальция, натрия и обогащаются окислами алюминия, железа'и калия.

Таблица I

Энергия активации (Е) молекул вода в глинистых минералах токнров и такыровидных почв

Почва, номер разреза

!. Глубина, см !

Номер реакции

! Е

Такыр хаковыП, Р. 15

Такыр типичный; Р.16 . .

Такыр типичный, Р.22

Такыровидная незаселенная, Р.З

Такыровидная солонцевато-солончаковая, Р.18

и-*» 1 ■ 2

55-65 I

2

165-175 ' - Г

2

" о-з. ; : .■'■ I

• г

35-45 ' I

2

95-105 ■ -" I

2

115-125 1

2

0-3 . I

2

50-60 I

2

165-175 ■' I

2'

.0-5 I

';. 2

.50-60 I

2

I30-140 ' I

2

0-10 I

2.

14-25 ' ' I

■■."•. 2

100-110 :. -"• I

. 16,3

63.8

17,2

66.7 ■

19.4

67.5

19.1 . 61,3.

25,5 66,0

- 21,7

73.4

■ 10,9

70.9

17.8

58.2

22.5 73,4

• 23,4.

• 68,0

' 8:8

15,4 56,1

.•.'17,2 . 68,2

18,2' 40,7

25.9 53,4 ..

23,1 /73,1

Валовой состав илистой фракции рассматриваемых лочв, являясь активной ее частью и более чуткой к изменению условий.выветривания и почвообразования показывает, что по содержанию кремнезема (5358£), окислов алюминия-(17-2375), окислов железа (9-12$), а также по отношению кремнезема к полуторным окислам (3-4) существенно не различаются между собой; Это поззоляет .сделать вывод о близком составе и свойствах высокодисперсной части почв и исходных пород и слабом изменении их минеральной массы под влиянием выветривания: и пустынного почвообразования. В!илистой фракции почв содержание кремнезема, кальция и натрия нигзкоепо сравнению с почвой, а содержание полуторных окислов, калия и магния, наоборот выше. Окись алюминия преобладает над окисью кальция и окись калия над окисью натрия: Преобладание окиси магния над окисью кальция объясняется тем фактом, что магний, как известно.связан более прочно, присутствуя во многих глинистых минералах. Высокое содержание окиси калия (3-5$) подтверждается преобладающим!содержанием гидрослюд.Ди-намика молекулярных отношений кремнезема к полуторным окислам, по которому можно судить о степени изменения минеральной части илистой фракции показывает, что если для почвы в целом это отношение равно 4,5-7,5, то для ила оно сузилось до 3-4.

Глава 5. Пути влияния химических мелиорантов на глинистую часть такыровидиых почв.

Широко распространенные в Южном Прибалхашье такыровидные солонцевато-солончаковые почвы, вовлеченные в сельскохозяйственный оборот; как известно, обладают низкой фильтрационной способностью; большой вязкостью ; малой пористостью; низким содержанием гумуса; высокой щелочностью, обусловленной не только углекислыми солями,но и токсическими соединениями бора и сульфидов ¡ высокой карбонат-» Ностыо, что почти полностью исключает подвижный цинк. Для коренного улучпения физико-химических и агрохимических свойств и повышения степени пригодности этих почв под различные сельскохозяйственные культуры, в широких размерах вносятся различные химические мелиоранты. В связи с этим'была поставлена задача: изучить сте-. пень влияния химических мелиорантов - сульфата железа и сульфата, цинка различной концентрации на глинистую часть такыровидной почвы, как-наиболее важной, и активной ее компоненты. ^Зили получены, следующие данные по изучению химических свойств иссдёдов&нной почвы: '

-.161. При попользован;!!! в качестве меллоранта сульфата келеза емкость обмена (мг-экв на 100 г почвы) изменилась от 21,0 до 10,8; количество натрия\% от емкости оомена) от 60 до 14; тип химизма засоления изменился с сульфатно-хлорядного с участием соды до сульфатного с незначительном содержанием соды; рН почвенного раствора при использовании наиболее концентрированного 1н сульфата келеза изменило,; о 8,3 до 7,0; но, по истечении 4-х месяцев взаимодействия лочьи с мелиорантом, рН вновь возрасла до 8,0.

2, При взаимодействии почвы с сульфатом цинка: емкость оомена (мг-экв на хОи г почвн) изменилась от 21,0 до 18,8; количество натрия от ёмкости оимена) от ьО до 40; тип химизма засоления изменился от сульфатно-хлоридного о участием соды до сульфатного с участием соды; рН почвенного раствора при внесении 1н сульфата цинка изменился от 8,3 до 7,7.

В таилицах 2 и 3 представлены данные по содержанию ( изменению) илистой фракции, выделенной из почвы, обработанной мелиорантами , что является одним из основных диагностических показателей изменения минералогического, состава исследованной почвы. Как показывают данные, у почвы, обработанной сульфатом цинка разной концентрации, изменения степени петизированиооти-агрегированности значительно нин:е, чем у почвы, обработанной сульфатом келеза.

. Таблица 2

Содержание подфракций дробной пеитизации такыро-ввдной почвы, оораоотакной сульфатом келеза

% от суммы пофракций| % от почвы в целом

Концентрация мелиоранта, н

ЕЛИ

АН

т

ши

АИ

Походная почва и ,01

О ,и5

0,1

1,и

84,3 15,7 11,3 . 2,1

76,5 23,5 11,1 3,4

72,Б 27»3 10,Ь 4,0

66.2 ;.','. 33,8 10,0 5,1

50.3 Г 49,7 ' 8,0 " 7,9

Рентгендифрактометричеокие исследования илистой фракции, выделенной из почвы, насыщенной сульфатом железа различной концентрации показали, что влияние мелиоранта на глинистые минералы не отоль заметно при короткой (10 дневной) обработке слабили растворами. При. использовании более концентрированных растворов мелио-

ВПЙ ! АИ ! ВПИ 1 АИ

64,3 15,7 П,1 2,1

83,6 16,4 И,2 2,2

62,9 . 17,1 11,6 2,4

77,0 23,0 10,4 зд

76,5 23,5 9,8 3,0

Таблица 3

Содержание подфракций дробной пептизации такировидной почвы, обработашюй сульфатом цинка

-1-1-:-1-—-I-;-

Концентрация ! % от суммы подфракций ! % от почвы в целом мелиоранта, |--;-———{Исходная почва 0,01 0,05 0,1 1,0

ранта, первоначально возросшая интенсивность рефлексов, в результате влияния слабыми 0,01 и 0,05н растворами, начинает падать. С • увеличением продолжительности взаимодействия почвы с растворами мелиоранта от одного до двух, трех, четырех месяцев, заметное влияние на характер глинистых минералов оказывают даже слабые концентрации раствора мелиоранта. Последняя обработка почвы 1н раствором сульфата цинка приводит к значительной потере интенсивности пика хлорита и каолинита.(Рис.1).

Аналогичные исследования,проведенные при взаимодействии почвы с сульфатом цинка.показали: взаимодействие в течении 10 дней с растворами различной концентрации,не приводит к увеличению интенсивности пиков базальных отражений глинистых минералов,а наоборот, наблюдается снижение их первоначального уровня. Более заметный сдвиг в сторону снижения интенсивности базальных рефлексов наблюдается при одно-, двух-, трехмесячном взаимодействии мелиоранта с почвой. Здесь, как и в случае применения сульфата железа, изменению подвергается хлорит. Если гидрослюда и каолинит при использовании как слабых, так и более концентрированных растворов сульфата цинка снижают свою интенсивность сразу асе - в начале, и сохраняют эту форму далее, то хлорит имеет тенденцию к постепенному снижению уровня базального рефлекса. Отличительной чертой изменений минералов в верхних горизонтах исследуемой почвы является появление новых рефлексов в.малоугловой области, характерных для смешаноелойных минералов. (Рис.2).

«.»» мо

Рис.1, Рентгендифрактограммы илистой фракции, выделенной из поч&ы (р.100), насыщенной сульфатом железа: -. а) исходный образец; б) обработанный 1н раствором, Ю Дней; в) 1н раствором, 4 месяца; г) Зн раство-. ром, 4 месяца.

Рис.2. Рентгенодифрактограммн илистой фракции,выделенной из почин (р. 100). насыщенной сульфатом цинка: а) обработанный 1н раствором, 3 месйт; б) отмытый водой.

ВЫВОДЫ

1. В почвах такырного типа развития, олицетворяющих "глинистую пустыню", каковыми являются исследованные такыры и такыровидные почвы древней дельты Или, водный режим наименее благоприятен для развития высшей растительности. Слабая водопроницаемость и высокая капиллярность пылевато-глинистых и пылевато-суглинистых, главным образом, аллювиальных почвообразугацих пород, определяет эфемерность водных запасов, что создает при разреженном покрове солянок на такыровидных почвах и водорослево-лишайниковой расти-., тельности на такырах, почти абиотические условия. Несколько высокое содержание гумуса в исследованных такырах Южного Прибалхашья в значительной мере объясняется относительно высоким содержанием гумуса в аллювии.

Данные механического состава исследованных почв позволяют заключить, что их развитие не сопровождаете изменением состава почвообразущих пород и указывает на молодость и примитивность этих почв. При довольно высоких значениях содержания иловатыхТ частиц, анализы все же не показывают оглинения под действием почвообразования: содержания ила больше в тяжелых слоях породы. Такыровидные почвы отличаются от такыров относительно высокой ыикроаг-регативностью и преобладанием крупнопылеватой фракции, что определяет их более высокую производительность и естественное плодородие. В такырах профили легкого механического состава встречаются реже ; больше физические глины, которая но продукт оглинения породы в процессе почвообразования, а результат аккумуляции аллю-. виального стока.

2. По содержанию и поведению минералов легкой фракции, исследованные почвы относятся к слюдисто-полевошпатово-кварцевыы, что позволяет говорить о незначительном процессе выветривания, что вместе со слоистостью самих отложений - субстрата почвообразования, явились причиной некоторых различий в содержании различных групп минералов по профилю почв. По содержанию минералов тяжелой фракции (эпидотово-роговообманковые с большим участием минералов окислов и гццроокис-лов железа, а также пироксена), исследованные почвы характеризуются его высоким содержанием, что также указывает на слабую выветрелость и затронутость исходных пород и продуктов их выветривания процессами почвообразования в условиях аридного гипергенеза.

3. Минералогический состав воднопептизированного и водноагре-гированного илов позволили определить однотипную монтмориллонит-хлорит-гидрослюдистую, в верхних горизонтах и хлорит-монтмориллонит-гидрослюдистую ассоциацию глинистых минералов в аллювиальных наносах ; подсчет распределения этих минералов по профилю показали отчетливую их дифференциацию: слюдистые минералы увеличиваются в верхних горизонтах ; содержание минералов с набухающей решеткой увеличивается в нижних горизонтах. Количество гидрослюд в водно-пептизированном иле во всех рассматриваемых почвах больше-, чем в агрегированном иле, но закономерность снижения количества гидрослюд от верхних горизонтов к почвообразующим породам ясно прослеживается у агрегированного.ила. Смектитов и хлоритов больше в пеп-тизированном иле.

Водосборные области речных систем Балхаш-Алакульской иежгор-ной впадины выполнены как массивно-кристаллически.-;;, так и осадочными породами, что привело к хлорит-монтморшшонит-гидрослюдистой ассоциации глинистых минералов ; это позволило по схеме почвенно-минералогического районирования аридной зоны, рассматривать территорию древней дельты Или и развитыми на них такырами и такыро-видаьши почвами с присущей ей ассоциации глинистых минералов, отличной от Среднеазиатской группы пэчвенно-ыинералогических провинций с. характерной хлорит-гидрослюдистой ассоциацией глинистых минералов при незначительном развитии изверженных эффузивных пород и пиропластического материала и преимущественном развитии осадочных пород.

4. Дериватографический анализ исследованных почв по набору и характеру эндо- и экзотермических эффектов позволил сделать вывод о преобладании структур гидрослюд с заметным содержанием набухающих минералов. Подсчет энергии дегидратации.и дегидроксилизации глинистых минералов, показал, что для верхних горизонтов такыровидных почв (особенно незаселенных) значение энергии Дегидроксилизации меньше, чем у такыра, где хорошо окристаллизованные и бездефектные минералы имеют меньший запас свободной энергии и,, следовательно, для дегидроксилизации такыров необходима-большая величина энергии активации, что'характеризует такырй как менее вывет-релые образования, чем'такыровидные, почвы.

5. Валовой химический состав уелкоземистой массы такыров и такыровидных почв-др.евней дельты Или.позволяетчпс оценить как фер--риалюмокремниевые образовайия со значительным участием окислов ка-

лия и натрия. Изменчивость валового химического состава объясняется неодинаковым химическим составом основных породообразующих и глинистых минералов размытых и Гомогенизированных горных пород, а также различным механическим составом самих почв или отдельных горизонтов генетического профиля.

б. Изучение степени влияния химических мелиорантов на глинистую часть такыровидных почв показали, что с увеличением концентрации растворов мелиорантов больше 0,1н как сульфата железа, так и сульфата цинка и с увеличением времени насыщения больше 3-х месяцев происходит процесс'снижения интенсивности базальных рефлексов, который связан, со структурными изменениями (дефектами) глинистых минералов.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы: ' I. Омирзакова А.Н. Влияние химических мелиорантов на глинистую часть такыровидных солонцевато-солончаковых почв/ Молодежь и научно-технический прогресс. Алма-Ата, 1Ш6, с.174.

2. Омирзакова А.Н. Влияние сульфата цинка на глинистую часть такыровидных почв// Всесоюзная научно-техническая конференция "Проблемы повышения плодородия почв в условиях интенсивного земледелия (23-25 ма«, 1900): Тез.докл.- Москва, 1968, с.101-102.

3. Омирзакова А-Н. Влияние химических мелиорантов на глинистую часть почв// Всесоюзная научная конференция "Проблемы повышения плодородия почв в условиях интенсивного земледелия", посвященного 70-летию, образования Института почвоведения и агрохимии

'АН УзССР: Тез.докл.- Ташкент, 1990, с.53.

_ 4. Омирзакова А.Н., Султанбаев Е.А. 0 такырах Южного Прибалхашья// Изв. АН КаэСОР, сер.биол., 1990, »5, с.63-67."

5. Омирзакова А.Н. Химико-минералогический состав такыров и такыровидных почв Южного Прибалхашья// Первый съезд почвоведов Казахстана: Теэ.Докл.- Алма-Ата, 1990, с.70.

Подписано к печати 15.04.92 г. Объем 1,1 уч,-изд.д,3акаэ 518,Тираж 70 ака.

Размножено в КазЦНТИОе Гооархстроя Республики Казахстан.480008,г.Алма-Ата,пр.Абая,115. .