Диагностика солонцового процесса в целинных и агроизмененных почвах солонцовых комплексов разных регионов

Хан, Валентин Викторович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Диагностика солонцового процесса в целинных и агроизмененных почвах солонцовых комплексов разных регионов
ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Диагностика солонцового процесса в целинных и агроизмененных почвах солонцовых комплексов разных регионов"

На правах рукописи

Хап Валентин Викторович

ДИАГНОСТИКА СОЛОНЦОВОГО ПРОЦЕССА В ЦЕЛИННЫХ И АГРОИЗМЕНЕННЫХ ПОЧВАХ СОЛОНЦОВЫХ КОМПЛЕКСОВ РАЗНЫХ РЕГИОНОВ

Специальность 03.02.13 - почвоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

О 5 СЕН 2013

Москва 2013

005532619

Работа выполнена на кафедре химии почв факультета почвоведения Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и в отделе генезиса и мелиорации засоленных и солонцовых почв Почвенного института имени В.В. Докучаева.

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук, Любимова Ирина Николаевна

ученый секретарь института

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор, Куст Герман Станиславович

Институт экологического почвоведения МГУ

имени М.В. Ломоносова, заведующий

лабораторией почвенных ресурсов и

экологического почвоведения

кандидат биологических наук, Почвенный Рогова Ольга Борисовна

институт имени В.В. Докучаева, заведующая отделом химии и физико-химии почв

Ведущая организация:

Российский государственный аграрный университет - Московская сельскохозяйственная академия имени К. А. Тимирязева.

Защита состоится «08» октября в 15 час. 30 мип. в аудитории М-2 на заседании диссертационного совета Д 501.001.57 при МГУ имени М.В. Ломоносова на факультете почвоведения по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, МГУ имени М.В. Ломоносова, факультет почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан « 2 » сентября 2013 г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании диссертационного совета. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба отправлять по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ имени М.В. Ломоносова, факультет почвоведения. Факс: (495) 939-29-47, (495) 939-21-47.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Актуальность темы

Засоленные почвы, в том числе и почвы солонцовых комплексов, широко распространены во многих странах. По данным, приведенным В.А. Ковдой (1980), их площадь в мире составляет около 950 млн. га. На территории бывшего Советского Союза на долю солонцовых комплексов приходилось более 100 млн. га. В пределах Российской Федерации ими занято 30 млн. га (Панкова, Новикова,2002).

По признанию многих почвоведов почвы солонцовых комплексов относятся к наиболее сложным природным образованиям, поэтому многие вопросы их генезиса и взаимосвязи между почвами в комплексе остаются и сейчас недостаточно изученными. Эффективное использование этих почв в сельском хозяйстве возможно в основном после комплекса мелиоративных мероприятий.

К настоящему времени существуют различные подходы к оценке реставрации солонцового процесса и вторичного осолонцевания в мелиорированных и орошаемых почвах. Исследования проводились разными авторами на различных объектах с использованием различных методов (способов) диагностики солонцового процесса: по содержанию обменного натрия (Антипов-Каратаев, 1966), активности натрия при различном соотношении почва:раствор (Зырин, Орлов, 1958, Князева, 1981), степени иллювиированности (Новикова, Коваливнич, 1968), показателю адсорбируемости натрия SAR (Бреслер, 1987), кинетике набухания почв (Грачев, Корнблюм, 1982), показателю степени выраженности солонцового процесса с использованием расчетного балла «В» (Хитров, 1995) и др.

Цель исследования

Задачи исследования 1. Получить и сравнить кривые набухания целинных и антропогенно-преобразованных почв солонцовых комплексов разных регионов для оценки возможности применения динамики набухания для диагностики солонцового процесса в антропогенно-преобразованных почвах при отсутствии морфологических признаков солонцеватости.

2. Определить и сравнить величины удельной электропроводности для расчета балла «В» непосредственно в фильтратах из водонасыщенных паст (экспериментально) и расчетным способом по данным анализа водных вытяжек (Хитров, 1995).

3. Определить величины балла «В» в целинных и агроизмененных почвах солонцовых комплексов и оценить информативность показателя для почв разных регионов.

4. Сравнить величины балла «В» степени развития солонцового процесса, полученные с использованием экспериментального и расчетного способов определения удельной электропроводности, оценить возможность использования состава водных вытяжек при расчете балла «В».

5. Провести диагностику и оценить наличие и степень выраженности солонцового процесса в целинных и антропогенно-преобразованных почвах по кинетике набухания и показателю физико-химических условий развития процесса (балл «В»),

6. Сравнить результаты диагностики солонцового процесса по кинетике набухания и показателю физико-химических условий развития процесса осолонцевания «В». Оценить возможности и условия применения методов.

Научная новизна

Впервые в почвах солонцовых комплексов Волгоградской, Воронежской, Омской и Новосибирской областей проведена сравнительная диагностика выраженности солонцового процесса с использованием метода кинетики набухания почв В.А. Грачева и Э.А. Корнблюма (1982) и метода оценки степени развития солонцового процесса Н.Б. Хитрова (1995). В качестве объектов исследования послужили целинные и агроизмененные почвы солонцовых комплексов с разным химизмом засоления. Исследование, основанное на большом фактическом материале, позволило провести сравнительную оценку двух методов диагностики солонцового процесса в почвах разных регионов.

Защищаемые положения

1. Для оценки риска развития или реставрации процесса осолонцевания в антропогенно-преобразованных почвах, в которых морфологические признаки солонцового процесса еще не проявились, в качестве теста возможно использовать как определение кинетики набухания, так и расчет показателя «В».

2. Несмотря на различия между величинами экспериментальной и расчетной электропроводностями, величины показателя физико-химических условий развития солонцового процесса «В», полученного разными способами, близки между собой.

3. По набору типа кривых кинетики набухания образцы почв из Западной Сибири отличаются от почв Европейской части России. В Западно-Сибирских образцах присутствуют кривые набухания характерные для слитых почв, и чаще, чем в Европейских почвах - кривые характерные для почв с высокой щелочностью в вытяжках из водонасыщенных паст.

Практическая значимость работы

Полученные результаты исследований в целинных и агроизмененных почвах солонцовых комплексов показали эффективность совместного использования метода В.А. Грачева и Э.А. Корнблюма (1982) и метода Н.Б. Хитрова (1995) при диагностике солонцового процесса и могут быть использованы для оценки эффективности мелиорации солонцовых почв.

Апробация работы

Основные положения диссертации доложены на научных конференциях: XII Докучаевских молодежных чтениях (Санкт-Петербург, 2009), Ломоносов-2011, 2012 (Москва).

По результатам исследования опубликовано 8 работ, в том числе 2 статьи в журналах, включенных в список ВАК.

Структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, заключения, выводов и приложений. Материалы исследований изложены на 144 страницах машинописного текста, содержат 33 рисунка, 46 таблиц. Список литературы включает 134 источника, из них 14 зарубежные.

Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю д.с.-х.н. И.Н. Любимовой за всестороннюю поддержку и рекомендации на всех этапах работы, к.с.-х.н. И.А. Салпагаровой за ценные советы и внимание к работе, д.с.-х.н. Хитрову за помощь и консультации при выполнении работ, а также сотрудникам отделов «Генезиса и мелиорации засоленных почв» и «Аналитической инструментальной лаборатории» Почвенного института им. В.В. Докучаева за помощь в организации работы. Благодарю сотрудников Омского государственного аграрного университета им. П.А. Столыпина Ю.А. Азаренко и Л.В. Березина за помощь в организации научных полевых исследований.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы исследований, указывается цель, задачи, научная новизна, практическая значимость работы.

Глава 1. Солонцы, солонцеватые почвы, солонцеватость, солонцовый процесс (обзор литературы)

В главе представлена историческая справка о выделении солонцов в качестве самостоятельной подгруппы в ряду засоленных почв и как самостоятельного типа в классификации почв. Рассмотрены основные морфологические признаки солонцов, а также химические и физико-химические свойства диагностического иллювиального солонцового горизонта.

Рассмотрено понятие солонцеватость почв. Указаны основные морфологические и химические характеристики солонцеватости. Представлены основные методы диагностики солонцеватости почв. Приведены различные классификации почв по степени солонцеватости.

Рассмотрены понятие солонцовый процесс и основные методы его диагностики. Изложены особенности диагностики солонцового процесса в целинных и антропогенно-преобразованных почвах. На основе рассмотренных методов диагностики солонцового процесса предложено использовать метод кинетики набухания почв В.А. Грачева и Э.А. Корнблюма (1982) и метод Н.Б. Хитрова (1995) как наиболее эффективные в решении этого вопроса.

Глава 2. Объекты и методы исследований

В качестве объектов исследования были выбраны полугидроморфные и гидроморфные почвы солонцовых комплексов лесостепной зоны Западной Сибири (Омская и Новосибирская области). На Европейской части России изучались полугидроморфные почвы солонцовых комплексов лесостепной (Воронежская область) и сухостепной (Волгоградская область) зон. Для исследований были выбраны объекты, в которых почвенный профиль мог испытывать в какой-то мере пульсирующее влияние грунтовых вод, что могло бы спровоцировать реставрацию процессов осолонцевания почв. Классификационная принадлежность почв дана в соответствии с «Классификацией и диагностикой почв СССР» (1977).

2.1.1. Почвы Волгоградской области

Объекты исследования Волгоградской области расположены на одной из крупнейших инженерных оросительных систем 1 - Кисловской (Быковский и Николаевский р-ны), с питанием из Волгоградского водохранилища (Мотузов и др., 2009). Исследования проводили на участке, расположенном на Хвалынской морской равнине. Участок орошался 15 лет, дождеванием. В конце 90-х годов прошлого века орошение земель прекратилось, и в настоящее время участок

'Образцы И.Н. Любимовой. Почвенный институт им. В.В. Докучаева, 2005.

используется в богарном земледелии. При орошении грунтовые воды находились на глубине 3,3-3,6 м (Тихонравова, 1988). В постмелиоративный период глубина залегания грунтовых вод осталась на том же уровне, как и при орошении.

Исследования проводили на образцах горизонтов солонца полугидроморфного лугово-каштанового хлоридно-сульфатного многонатриевого целинного, солонца полугидроморфного лугово-каштанового сульфатного с присутствием гипса постирригационного, каштановой почвы целинной и каштановой почвы постирригационной. Некоторые физико-химические свойства этих почв представлены в таблице 1.

Таблица 1

Физико-химические свойства почв

Волгоградской области"

Горизонт рН„, 1:5 гумус карбонаты гипс сумма солей фракция, мм обменные основания

<0,001 Са Mg Na К сумма обменных оснований

% ммоль экв/ЮОг почвы

Солонец полугидроморфный лугово-каштановый хлоридно-сульфатный многонатриевый целинный

В| 8,5 1,85 0,09 0 0,15 39,1 10,58 3,89 6,96 0,41 21,84

В,'к.г 9,1 1,02 2,82 0,97 0,80 43,7 5,01 4,88 9,56 0,37 19,82

Солонец полугидроморфный лугово-каштановый сульфатный с присутствием гипса постирригационный

AnáxiK 8,5 2,17 1,23 0 0,06 39,1 16,90 3,14 0,38 0,72 21,14

Апах-к 9,3 1,02 1,50 0 0,12 не опр.* 15,43 4,00 3,22 0,31 22,96

В,'к 9,7 1,12 2,25 не опр. 0,17 43,7 12,68 4,37 4,09 0,25 21,39

Каштановая почва целинная

А, 7,9 2,90 0 0 0,06 25,8 14,13 2,57 0,28 0,80 17,78

В [С не опр. не опр. не опр. 0 не опр. 27.3 20,32 4,30 0,61 0,60 25,83

Каштановая почва постирригационная

Anaxi 8,7 1,02 0,57 0 0,05 не опр. 18,02 2,74 0,38 0,60 21,74

Дпах- 8,5 2,59 0,84 0 0,06 не опр. 18,87 2,92 0,38 0,53 22,70

в, 8,4 1,64 2,91 0 0,06 не опр. 20,78 3,77 0,61 0,41 25,57

*не определено.

2.1.2. Почвы Воронежской области

Объектами исследования Воронежской области послужили почвы солонцовых стационаров № 1 и 2 в Каменной Степи3.

Каменная степь расположена в Таловском районе Воронежской области в центральной части водораздела рек Битюг и Хопер, являющихся левыми притоками р. Дон (Разнообразие почв Каменной степи, 2009).

2По данным И.Н. Любимовой. Почвенный институт им. В.В. Докучаева.

''Образцы Н.Б. Хитрова. Почвенный институт им. В.В. Докучаева, 2008 г.

Засоленные почвы локализуются в местах длительного сохранения гидроморфного режима за счет грунтовых вод, залегающих в течение всего года на глубине менее 1,5-2,5 м. Солонцы и солонцеватые почвы формируются в условиях двустороннего водносолевого режима (Разнообразие почв Каменной степи, 2009).

Некоторые физико-химические свойства солонца полугидроморфного лугово-черноземного сульфатного с присутствием гипса многонатриевого постагрогенного, чернозема обыкновенного постагрогенного, лугово-черноземной среднесолонцеватой залежной почвы (разрез т-0432) и лугово-черноземной почвы среднемощной сильносолонцеватой залежной представлены в таблице 2.

Таблица 2

Физико-химические свойства почв

Воронежской области4

Горизонт рН„, 1:5 гумус карбонаты гипс сумма солей фракция, мм обменные основания

<0,001 Са м8 Ыа К сумма обменных оснований

% ммоль экв/ЮОг почвы

Солонец полугицроморфный лугово-черноземный сульфатный с присутствием гипса многонатриевый постагрогенный

В,'пах 8,09 6,84 не опр. не опр. 0,07 не опр. 12,40 7,40 2,98 0,71 23,49

8,11 7,38 не опр. не опр. 0,06 не опр. 10,00 7,10 3,74 0,40 21,24

В,"пах 8,21 7,24 не опр. не опр. 0,09 не опр. 9,20 7,90 5,35 0,88 23,33

В, 8,28 4,83 не опр. 0,09 0,18 не опр. 9,80 11,40 7,66 0,39 29,25

В2г 7,88 3,03 не опр. 1,03 1,32 не опр. 6,80 9,60 8,65 0,59 25,64

Чернозем обыкновенный постагрогенный

Апах, не огтр. 7,41 не опр. не опр. 0,04 26,84 22,40 5,70 0,07 0,65 28,82

Апах2 не опр. 7,07 не опр. не опр. 0,04 28,94 23,40 5,20 0,13 0,59 29,32

Апах, не опр. 6,86 не опр. не опр. 0,04 38,93 21,70 5,40 0,14 0,51 27,75

АВ не опр. 5,95 0 не опр. 0,03 не опр. 19,50 7,60 0,45 0,49 28,04

Лугово-черноземная среднесолонцеватая залежная почва (разрез т-0432)

АпаХ] не опр. 8,07 не опр. не опр. 0,19 не опр. 15,10 10,30 3,95 0,47 29,82

не опр. 7,17 не опр. не опр. 0,16 не опр. 16,60 10,00 3,46 0,45 30,51

Апах2 не опр. 7,05 не опр. не опр. 0,11 не опр. 16,60 8,50 3,48 0,42 29,00

не опр. 6,36 не опр. не опр. 0,10 не опр. 16,60 8,70 3,19 0,37 28,86

Лугово-че рноземная почва среднемощная сильносолонцеватая залежная

Апах не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. 32,17 6,00 11,20 15,84 0,25 33,29

не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. 6,00 11,00 15,40 0,25 32,65

2.1.3. Почвы Омской области

Объектами исследования послужили содовые солонцы и солонцеватые почвы лесостепной зоны Омского (Омь-Иртышского междуречья) и Любинского районов (Ишим-Иртышского междуречья) Омской области. Отбор образцов производился в 2010 г.

4 По данным Н.Б. Хитрова. Почвенный институт им. В.В. Докучаева.

Солонцы Омской области в большинстве случаев испытывают влияние грунтовых вод. В основном уровень залегания грунтовых вод колеблется в пределах 2-5 м, что характеризует солонцы как луговые или лугово-черноземные (Убогов, 2009).

Некоторые физико-химические свойства солонца полугидроморфного лугово-черноземного многонатриевого целинного, солонца полугидроморфного лугово-черноземного содово-сульфатного залежного с разрушенным солонцовым горизонтом и солонца полугидроморфного лугово-черноземного сульфатно-содового средненатриевого залежного с сохранившимся солонцовым горизонтом представлены в таблице 3.

Таблица 3

Физико-химические свойства почв Омской области

Горизонт рн„, 1:5 гумус карбонаты гипс сумма солей фракция, мм обменные основания

<0,001 Са Ыа К сумма обменных оснований

% ммоль экв/ЮОг почвы

Солонец полугидромор( ный лугово-черноземный корковый многонатриевый целинный

В,' 7,23 6,70 0 0 0,11 18,17 9,03 6,81 5,87 0,36 22,07

В," 8,66 3,38 0 0 0,28 41,08 8,08 7,99 14,24 0,44 30,75

В2 9,24 1,731 0,48 0 0,49 43,18 6,12 8,04 15,81 0,52 30,49

Солонец полугидроморфный лугово-черноземный содово-сульфатный залежный с разрушенным солонцовым горизонтом

Апах 8,46 4,98 0 0 0,21 27,58 6,03 7,74 8,23 0,5 22,5

В3 9,73 1,23 0 0 0,46 44,25 3,46 8,66 15,08 0,59 27,79

Солонец полугидроморфный лугово-черноземный сульфатно-содовый средненатриевый залежный с сохранившимся солонцовым горизонтом

в, 8,14 4,98 0 0 0,10 33,62 9,15 8,84 6,09 0,45 24,53

В2 9,35 1,58 1,34 0 0,22 44,54 7,07 9,28 7,45 0,40 24,20

В Любинском районе Омской области образцы почв были отобраны с опытного участка по мелиорации лугово-черноземных корковых многонатриевых сульфатно-содовых солонцов (Голубковский стационар). Полевой опыт был заложен в 1970 г. Л.В. Березиным, З.И. Воропаевой и В.Е. Кушнаренко (Троценко, 2009).

Гипс был внесен в дозе 32 т/га с заделкой дискованием (слой 0-10 см). В последующие годы основная обработка проводилась безотвально на глубину 25-30 см. В 1985 г. было проведено повторное гипсование опытных делянок с тремя дозами внесения мелиоранта: 8, 16 и 32 т/га. В качестве контроля служил вариант с однократным внесением гипса 32 т/га в 1970 году. Многолетние наблюдения в 1985-2005 годы показали, что повторная мелиорация позволила улучшить свойства

почв, создать мощный гомогенный мелиоративный слой. Наиболее глубокие изменения обеспечивает повторное гипсование дозой 32 т/га (Троценко, 2009).

Некоторые физико-химические свойства солонцов мелиорированных представлены в таблице 4.

Таблица 4

Физико-химические свойства объектов исследования Омской области

Горизонт рН. 1:5 гумус карбонаты гипс сумма солей фракция, мм обменные основания

<0,001 Са М8 Ыа К сумма обменных оснований

% ммоль экв/100г почвы

контроль (32т/га, 1970 г.), Солонец гвдроморфный черноземно-луговый солончаковый содовый сильнозасоленный глубокий мелиорированный

Апах 9,19 3,83 0 0 0,18 32,14 10,32 7,17 7,27 0,76 25,52

В,к 9,63 2,03 0,48 0 0,37 54,63 3,66 8,50 20,67 0,71 33,54

32 т/га (повторная доза, 1985 г.). Солонец гндроморфный черноземно-луговый незаселенный глубокий мелиорированный

Апах 7,93 4,83 0 0 0,05 37,19 28,31 3,51 0,18 0,62 32,62

В2к 8,53 4,18 0,26 0 0,08 32,84 22,73 7,38 1,62 0,38 32,11

16 т/га (повторная доза, 1985 г.), Солонец гндроморфный черноземно-луговый солончаковый содовый сильнозасоленный глубокий мелиорированный

Апах 9,16 3,86 0 0 0,18 36,50 16,84 7,14 5,91 0,51 30,40

В2к 9,79 1,90 0,79 0 0,41 49,23 6,94 7,91 19,96 0,63 35,44

8 т/га (повторная доза, 1985 г.). Солонец гндроморфный черноземно-луговый солончаковый сульфатно-содовый сильнозасоленный глубокий мелиорированный

Апах 9,33 3,48 0 0 0,23 38,40 13,07 6,75 8,94 0,59 29,35

В2к 9,96 1,23 2,20 0 0,52 49,32 1,46 5,99 23,25 0,57 31,27

2.1.4. Почвы Новосибирской области

Объекты Новосибирской области расположены на территории Барабинской низменности близ с. Кожурла5:

1. Солонец полугидроморфный лугово-черноземный солончаковый содовый среднезасоленный корковый средне натриевый целинный.

2. Лугово-черноземная почва маломощная среднегумусная постагрогенная. Некоторые физико-химические свойства лугово-черноземной

постагрогенной почвы представлены в таблице 5. 2.2. Методы исследований

При оценке химических и физико-химических свойств почв использовали следующие методы анализа. Ионно-солевой состав легкорастворимых солей определяли методом водной вытяжки (1:5) (Воробьева, 1998). Состав обменных оснований — по методу Пфеффера в модификации Молодцова и Игнатовой (Воробьева, 1998); рНсусп. потенциометрическим методом при соотношении

'Образцы Т.Н. Елизаровой. ИПА СО РАН, Новосибирск, 2004.

почва:вода 1:2,5 и 1:5 (Воробьева, 1998); содержание гумуса определяли по Тюрину (Воробьева, 1998); содержание карбонатов - по Козловскому (Хитров, Понизовский, 1990), содержание гипса - по Хитрову (Хитров, Понизовский, 1990); гранулометрический состав - пирофосфатным методом (Вадюнина, Корчагина, 1988).

Таблица 5

Физико-химические свойства объектов исследования Новосибирской области6

Горизонт рН, 1:5 гумус карбонаты гипс сумма солей фрак- Щ1Я,ММ обменные основания

<0,001 Са МЕ Ыа К сумма обменных оснований

% моль экв/100г почвы

Лугово-черноземная постагрогенная почва

АпаХ) 7,12 6,05 0 0 0,03 39,40 не опр. не опр. 0,59 не опр. 38,34

Апах2 7,26 6,01 0 0 0,03 37,70 не опр. не опр. 0,70 не опр. 32,79

АВ 7,44 3,14 0,20 0,20 0,03 41,40 не опр. не опр. 1,44 не опр. 26,36

Кинетику набухания изучаемых почв определяли по методу В.А. Грачева и Э.А. Корнблюма (1982), проводили определение удельной электропроводности (ЕС) кондуктометром «Эксперт-002» и ионно-солевого состава растворов в фильтратах из водонасыщенных почвенных паст.

2.2.1. Кинетика набухания почв

Исследуя кинетику набухания солонцов и солонцеватых почв В.А. Грачев и Э.А. Корнблюм (1982) обнаружили наличие задержки набухания в образцах почв, обладающих физико-химической и коллоидно-химической солонцеватостью, при этом в засоленных почвах задержки обнаружено не было(рис. 1).

Задержка

Почва, не проявляющая р.

солонцовые свойства !»

■ Задержка ■ I набухания 1

^ Почва, проявляющая солонцовые свойства

Время, мин Время, мин

Рисунок. 1. Кривые набухания почв.

Для определения кинетики набухания почв используют прибор набухания грунтов (ПНГ), совмещенный с самописцем. Методика определения: растертый и пропущенный через сито 1 мм почвенный образец помещают в кольцо прибора ПНГ. Образец уплотняется на масляном прессе до стандартной пористости 52±2%. Собранный ПНГ помещают в ванночку. На дно пластиковой ванночки наливают

6 Путеводитель научных полевых экскурсий IV съезда Докучаевского общества почвоведов, 2004.

дистиллированную воду. Через фиксированные промежутки времени (15, 30 мин и сутки) по индикатору регистрируют изменения объема образца в мм. На протяжении всего опыта, самописец фиксирует на бумажной ленте набухание почвы. Рекомендуемая продолжительность опыта - 3 дня, повторность двукратная. 2.2.2. Диагностика существования солонцового процесса на основе специального показателя (балла) «В» оценки физико-химических условий развития солонцового процесса

Метод диагностики существования солонцового процесса на основе балла «В» физико-химических условий развития солонцового процесса был разработан Н.Б. Хитровым (1995). Балл «В» определяется по диаграмме, построенной в координатах «содержание обменного натрия в процентах от ЕКО» и «удельная электропроводность фильтрата из водонасыщенной почвенной пасты, дСм/м». Удельная электропроводность определяется непосредственно в фильтрате из водонасыщенной почвенной пасты кондуктометрическим методом. Также оценивали величину удельной электропроводности по данным водных (1:5) вытяжек из почв на основе регрессионного уравнения (Хитров, Понизовский, 1990): ЕС = 1 + 0.72(10008ЛУ)> Ы2 = 0.91 (1), где Б - сумма «токсичных» солей в водной вытяжке 1:5, %;

— влажность, соответствующая нижней границе текучести, %.

Подготовка и анализ фильтратов из водонасыщенных почвенных паст проводилась в соответствии с «Руководством по лабораторным методам исследования ионно-солевого состава нейтральных и щелочных минеральных почв» (Хитров, Понизовский, 1990).

В водонасыщенной почвенной пасте определяли ионно-солевой состав фильтрата (Хитров, Понизовский, 1990); рНп. (пасты), рНф.п. (фильтрата из пасты) потенциометрическим методом (Воробьева, 1998); ЕС (дСм/м) в фильтратах из водонасыщенных почвенных паст с использованием кондуктометра «Эксперт -002».

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили методами непараметрической статистики с использованием критерия Вилкоксона в программе 6.0.

Все аналитические определения были выполнены по апробированным методикам, используемым в Почвенном институте им. В.В. Докучаева.

Глава 3. Оценка развития солонцового процесса в почвах разных регионов с использованием особенностей кинетики набухания

Определяя кинетику набухания почв Северного Кавказа и Поволжья по методике В.А. Грачева и Э.А. Корнблюма (1982) для более четкого разделения солонцового процесса и процесса слитогенеза Н.Б. Хитров (2003) выделил 4 основных типа кривых набухания почв (рис. 2а).

Согласно разделению почв по типу кривых, предлагаемого Н.Б. Хитровым (2003), кривая №1, характеризует быстрый прирост высоты образца в первые 0,5-1 час с последующим сравнительно быстрым выходом на «плато». Этому типу соответствуют кривые набухания верхних горизонтов, а также всех горизонтов, содержащих гипс.

а б

Рис. 2 Типы кривых набухания почв.

Цифрами указан тип кривой набухания.

Второй тип кривых набухания наблюдается в горизонтах средней части профиля с высоким содержанием обменного натрия (более 10-20 %) и сравнительно небольшим засолением. Появление задержки набухания в этих горизонтах отмечается в течение первых 0,5-1,5 часа. Именно этот тип кривых набухания был впервые отмечен В.А. Грачевым и Э.А. Корнблюмом при исследовании солонцовых горизонтов солонцов каштановой зоны.

Для нижних горизонтов, не содержащих гипс, с высокой степенью выраженности слитогенеза отмечается особый тип кривой набухания №3. Её особенность заключается в появлении длинного (продолжительностью от 2 до 6 часов) пологого участка, начинающегося через 5-10 минут после начала увлажнения, свидетельствующего об очень медленном приросте высоты образца во времени. Его появление связано с резким снижением влагопроводности образца. Н.Б. Хитров (2003) особо отмечает, что этот тип кривой проявляется в почвах с высокой степенью выраженности слитогенеза.

В нижних горизонтах, не содержащих гипс и имеющих высокую щелочность в вытяжках из водонасыщенных почвенных паст, наблюдается своеобразное

сочетание 2 и 3 типа кривых набухания - №4. Его особенность заключается в том, что в первые 2-6 часов набухание происходит по 3 типу кривой, а затем наступает длительный период почти полного отсутствия прироста высоты образца, по окончании которого набухание продолжается.

Согласно исследованиям В.А. Грачева и Э.А. Корнблюма (1982) кривые набухания 2-го и 4-го типов по Н.Б. Хитрову, соответствуют горизонтам, в которых протекает солонцовый процесс. Поэтому мы объединили эти два типа кривых набухания в один 2-ой тип. При этом кривая набухания 2-го типа по Хитрову получила индекс - тип 2А, а кривая набухания 4-го типа по Хитрову - тип 2Б (рис. 26).

3.1. Почвы Николаевского района Волгоградской области

Крупнейшим очагом распространения солонцов и солонцеватых почв на ЕТР является каштановая и бурая почвенные зоны России. Именно в этих районах проводили первые опыты по мелиорации солонцов, результаты которых использовались в дальнейшем при освоении солонцовых территорий.

Изучение кинетики набухания почв Хвалынской морской равнины показало, что для них характерны 1-ый и 2А типы кривых набухания. В солонце целинном многонатриевом задержка набухания типа 2А продолжительностью до б мин была отмечена в солонцовом горизонте (В1), а также в подсолонцовом горизонте (В3'к,г). Во всех пахотных горизонтах (Апах^, Апах2к, Апах3к) солонца постирригационного наблюдаются кривые набухания 1-го типа. Однако в карбонатном иллювиальном горизонте (В3'к) на глубине 32-44 см отмечается кривая набухания типа 2А (задержка набухания менее 6 минут), что указывает на развитие процессов осолонцевания. Во всех горизонтах каштановой почвы целинной и каштановой почвы постирригационной задержки набухания отмечено не было, кривые набухания относятся к 1-му типу, то есть признаки вторичного осолонцевания в этих почвах отсутствуют.

3.2. Почвы Таловского района Воронежской области

Исследование кривых кинетики набухания почв Каменной степи выявило, что в большинстве случаев отмечаются кривые набухания 1-го типа и типа 2А, аналогичные кривым набухания почв Волгоградской области. Так в солонце многонатриевом постагрогенном непродолжительные ступеньки (менее 6 мин) встречаются в солонцовых пахотных горизонтах В|'пах и В,"пах. Однако в сохранившемся солонцовом горизонте В1 была обнаружена кривая набухания 3-го типа, которая, по мнению Н.Б. Хитрова (2003), встречается только в почвах с развитым процессом слитогенеза. Процессы слитогенеза на территории

Воронежской области встречаются локально (Разнообразие почв Каменной степи, 2009).

В черноземе обыкновенном постагрогенном. лугово-черноземных среднесолонцеватых залежных почвах (разрезы т-0432 и т-0434). а также в лугово-черноземной сильносолонцеватой залежной почве кривые кинетики набухания соответствуют 1-му типу и типу 2А.

Полученные данные показывают, что для исследуемых почв солонцовых комплексов черноземной зоны (Воронежская область) и каштановой зоны (Волгоградская область) ЕТР характерны 1-ый тип (отсутствие солонцеватости) и 2А тип (наличие солонцового процесса) кривых набухания. Причем в лугово-черноземной среднесолонцеватой залежной почве (разрез т-0432) и лугово-черноземной сильносолонцеватой залежной почве в пахотных солонцеватых горизонтах выявлен 2А тип набухания, что указывает на развитие в них вторичного осолонцевания.

3.3. Почвы Омского и Любинского районов Омской области

Сравнительный анализ кривых набухания в почвах Омского района Омской области (Омь-Иртышское междуречье) показал, что чаще всего в солонцовых горизонтах целинных и агроизмененных солонцах, а также в пахотных горизонтах последних встречается тип кривых набухания 2А. Следует отметить, что кривые набухания этого типа в почвах Омского района трудно диагностируемы (ступеньки нечеткие, а их края сглажены).

Во всех образцах солонца многонатриевого целинного, с морфологически хорошо выраженным солонцовым горизонтом, отмечается наличие задержки набухания разной продолжительности в разных горизонтах. В солонцовом горизонте В^ отмечается слабая задержка набухания (менее 6 мин), кривая набухания типа 2А. Во втором солонцовом горизонте В1" наблюдается продолжительная, более 2,5 часов, задержка набухания типа 2Б. Вниз по профилю в горизонтах В2 и В3к также отмечается тип 2Б кривых набухания, однако, задержки не такие продолжительные, как в горизонте В]".

В пахотных горизонтах агроизмененных почв без применения химической мелиорации (солонец залежный с разрушенным солонцовым горизонтом и солонец средненатриевый залежный с сохранившимся солонцовым горизонтом') Омского района Омской области наблюдаются непродолжительные задержки набухания (115 мин), соответствующие типу 2А кривых набухания. В подпахотных горизонтах В3 и В4К солонца залежного с разрушенным солонцовым горизонтом появляются продолжительные задержки набухания (более 2,5 и 1 ч соответственно), соответствующие типу 2Б. В этих горизонтах отмечается высокое содержание

обменного натрия (более 50%). В карбонатном горизонте ВСк кривая набухания соответствует типу 2А.

В солонце средненатриевом залежном в сохранившемся солонцовом горизонте В! наблюдается кривая набухания типа 2А. В подсолонцовом горизонте В2 - кривая набухания типа 2Б, продолжительность ступеньки - 2,5 часа. Далее по профилю в карбонатном горизонте В3к снова отмечается кривая набухания типа 2А, как и в солонце залежном с разрушенным солонцовым горизонтом, но менее продолжительная (12 мин).

Результаты оценки наличия солонцового процесса на основе изучения кинетики набухания в почвах Омь-Иртышского междуречья в целом совпадают с результатами их морфологического описания. Морфологически выраженным солонцовым горизонтам соответствует кривая набухания типа 2А.

Следует отметить, что образцы почв с выявленным типом кривой набухания почв 2Б, характеризуются содовым засолением средней и сильной степени, а также высоким содержанием обменного натрия (более 30%), что позволяет их условно отнести к средне- и многонатриевым.

В солонцах Голубковского стационара, мелиорированных с внесением фосфогипса, внимания заслуживают варианты опыта с высоким содержанием обменного натрия (30-60 %), на кривых набухания которых задержек набухания не обнаружено. Это слой 20-40 см контрольного варианта (32 т/га фосфогипса внесено в 1970 г.), а также варианты повторного гипсования в 1985 году дозами 8 т/га (0-20, 20-40 см) и 16 т/га (20-40 см). Полученные кривые набухания по классификации соответствуют 3-му типу. По мнению Н.Б. Хитрова (2003), 3-ий тип кривых набухания наблюдается только в почвах с высокой степенью выраженности слито генеза.

Слабая задержка набухания, указывающая на протекание солонцового процесса, отмечается только в варианте контроль (0-20 см). Кривая набухания типа 2А нечеткая и имеет сглаженные края также как и при исследовании почв Омского района.

В вариантах повторного гипсования дозами 32 т/га (0-20 см, 20-40 см) и 16 т/га (0-20 см) кривые кинетики набухания соответствуют 1-му типу, который соответствует верхним горизонтам почв и горизонтам, содержащим гипс.

Заключение о наличии слитообразования в почве можно сделать только на основании проведения глубоких исследований этих почв.

3.4. Почвы Убинского района Новосибирской области

При исследовании почв Новосибирской области отмечено появление кривых набухания 3-го типа в образцах подсолонцовых горизонтов (глубже 25 см) солонца

целинного многонатриевого. Эти кривые характерны для слитых почв и аналогичны кривым набухания почв полевого эксперимента на Голубковском стационаре.

В солонцовом горизонте В|' солонца целинного многонатриевого, кривая набухания описывалась по 1-му типу, который характерен для верхних горизонтов, возможно, солонцовый процесс находится в «спящем» состоянии и не протекает. В горизонтах В]" и Вг наблюдались непродолжительные задержки набухания (менее 6 минут) типа 2А.

В образцах лугово-черноземной постагрогенной почвы слабая и непродолжительная ступенька обнаруживается лишь в иллювиальном горизонте В] на глубине 35 см. В остальных горизонтах кинетика набухания соответствовала первому типу.

На примере образцов почв четырех регионов были рассмотрены особенности кинетики набухания полугидроморфных и гидроморфных почв солонцовых комплексов различного химизма засоления. Для исследуемых почв Хвалынской морской равнины и центральной части водораздела рек Битюг и Хопер сульфатного и хлоридно-сульфатного типа засоления (Европейская территория России) характерны 1-ый и 2А типы кривых набухания. В почвах Омь-Иртышского, Ишим-Иртышского междуречья и Барабинской низменности содово-сульфатного, сульфатно-содового и содового химизма засоления (Западная Сибирь) встречаются все 3 типа кривых набухания. В мелиорированных солонцах Голубковского стационара Ишим-Иртышского междуречья в вариантах повторного гипсования дозами 8 т/га (0-20, 20-40 см), 16 т/га (20-40 см) и контроль (20-40 см), а также в подсолонцовых горизонтах глубже 25 см солонца темного Барабинской низменности, несмотря на высокое содержание обменного натрия, и сравнительно невысокое содержание легкорастворимых солей, метод кинетики набухания почв не выявил признаков протекания или возможности протекания солонцового процесса. Кривые кинетики набухания этих почв соответствуют 3-му типу по классификации Н.Б. Хитрова (2003) - почвы с высокой степенью развития процессов слитогенеза.

Глава 4. Оценка возможности развития солонцового процесса в почвах разных регионов на основе специального показателя физико-химических условий развития солонцового процесса «В»

Солонцовый процесс - процесс развития и поддержания комплекса взаимосвязанных явлений в почве, который обусловлен особым сочетанием общей низкой концентрации солей в почвенном растворе и относительно повышенного

количества обменного натрия в почвенном поглощающем комплексе (Хитров, 2003). Так как отдельные показатели, такие как содержание обменного натрия или сумма обменных магния и натрия, не характеризуют условия развития солонцового процесса, Н.Б. Хитров (1995, 2004) предложил специальный показатель «В» для оценки степени развития солонцового процесса (1995), учитывающий недостатки других показателей. Следует отметить, что показатель «В» разрабатывался для диагностики степени развития солонцового процесса в целинных почвах. Одной из задач нашей работы является диагностика агроизмененных почв, морфологическое строение которых нарушено вплоть до полного разрушения солонцового/солонцеватого горизонта, при этом процессы, формирующие солонцеватость, могут уже протекать или вскоре возобновиться. По нашему мнению, показатель «В» в агроизмененных почвах характеризует не степень развития солонцового процесса, а риск его развития в данный момент или наличие физико-химических условий для его развития в постмелиоративный период.

Ключ-схема для диагностики степени/вероятности развития современного солонцового процесса в почве (Хитров, 2003):

• при «В»=0 солонцовый процесс в данной почве в настоящее время отсутствует;

• 0<«В»<4 -низкая степень/вероятность развития солонцового процесса в настоящее время;

• «В»>4 - высокая степень/вероятность солонцового процесса в настоящее время.

Как правило, значение «В»=0 соответствует ситуациям полного отсутствия солей в почве, либо засоленным горизонтам, в составе которых существенную долю составляют соли двухвалентных катионов кальция и магния (Хитров, 2004). Высокие значения балла (более 6-10) характерны для почв, в которых отмечается присутствие соды. Также Н.Б. Хитров (2003) отмечает, что многие засоленные горизонты имеют «В»>0, особенно 1 и 2.

Величины показателя «В» для исследуемых солонцов и солонцеватых почв разного химизма засоления были рассчитаны как на основе удельной электропроводности, полученной непосредственно в фильтрате из водонасыщенных паст (ЕСэксп), так и по данным водных вытяжек с помощью регрессионного уравнения (ЕСрасч). Полученные результаты показали, что несмотря на различия между величинами ЕСрасч и ЕСэксп, величины показателя физико-химических условий развития солонцового процесса «В», полученного разными способами, близки между собой и позволяют в большинстве случаев относить образцы изучаемых почв к одной и той же градации по баллу «В». Можно сделать заключение о принципиальной возможности использования данных водной вытяжки для вычисления показателя «В». Это методическое уточнение важно для исследований динамики усло-

вии развития солонцового процесса при использовании данных состава водных вытяжек и содержания обменного натрия, полученных и опубликованных ранее. Отмечено, что при вычислении балла «В» по регрессионному уравнению наибольший вес имеет содержание обменного натрия в ППК.

Проанализирована зависимость между величинами ДЕС=ЕСрасч-ЕСэксп и содержанием обменного натрия при разных типах засоления. В горизонтах почв с содовым и сульфатно-содовым химизмом засоления (тип засоления определен по данным водных вытяжек) зависимость между величинами ЛЕС и содержанием обменного натрия описывается уравнением полинома 2-ой степени, коэффициент детерминации равен 0,90 (рис. За). То есть, в горизонтах с содовым и сульфатно-содовым химизмом засоления при увеличении обменного № до 45-50% от суммы обменных оснований увеличивается и разница между ЕСрасч и ЕСэксп. При содержании обменного натрия больше 45-50% ЛЕС практически не изменяется. Если в данной группе оставить только образцы, содовый и сульфатно-содовый химизм засоления которых подтвержден при исследовании фильтратов из паст, зависимость получается более выраженной с коэффициентом детерминации 0,97 (рис. 36). В горизонтах почв с сульфатным, хлоридно-сульфатным, содово-сульфатным и хлоридно-содовым, хлоридно-сульфатным типами засоления определенных зависимостей между величинами ДЕС и №обм не выявлено. Возможно, это связано с тем, что эти группы малочисленны, неоднородны и представлены образцами из почв разных природных зон, разного генезиса и состава. Следует отметить, что наибольшие различия между величинами ЕСрасч и ЕСэксп (до 8,1) были отмечены при исследовании горизонтов почв с хлоридно-содовым и хлоридно-сульфатным типами засоления.

2,5 2,0 1,5 51,0 5 0,5 О'0.0

V -1,0 -1,5 -2,0

........Ж

у),»

¡Чаойм., % от суммы обменных оснований

2,5 2,0 1,5

,1,0 э» / Я=-0,97 А

-0,5 -1,0 -1,5 ■2.0 20,9' V <10.0 60,0 80,0 .\аобм., % от суммы обмспиых

Рис. 3. Зависимость обменного натрия от ДЕС в горизонтах с содовым и сульфатно-содовым химизмом засоления (химизм засоления определен на основе данных водной вытяжки (а), на основе фильтратов из водонасыщенных паст (б))

Глава 5. Сравнительный анализ методов диагностики солонцового процесса по кинетике набухания и по показателю «В»

Полученные результаты позволяют провести группировку исследуемых образцов почв по показателям диагностики солонцового процесса: по типу кривой набухания и баллу «В». Были сформированы 4 группы (таблица 6).

Первая группа образцов (27 обр.) с 1-ым типом кривой набухания и баллом «В» от 0 до 2 представлена в основном пахотными горизонтами, это незаселенные горизонты с низким содержанием обменного натрия, Волгоградской, Воронежской, Омской и Новосибирской областей, а также иллювиальные горизонты, содержащие гипс и карбонаты. В этой же группе образцов в трех случаях при наличии на кривой набухания 1-го типа, показатель «В» варьирует от 4 до 9. Это образцы почв лугово-черноземной сильносолонцеватой почвы Воронежской области, солонца мелиорированного из Омской области из слоя 0-20 см варианта повторного гипсования 16 т/га и солонца целинного средненатриевого Новосибирской области.

Таблица 6

Сравнительная оценка результатов диагностики степени выраженности солонцового процесса по кинетике набухания и по баллу физико-химических условий развития со-

лонцового процесса

Показатели Дт, мин «В» Дт, мин «В» Дт, мин «В» Дт, мин «В»

Значения 0 0-2 3-40 1-8 60-169 6-10 0 5-14

Количество случаев 27 22 6 8

Тип кривой набухания 1 2А 2Б 3

Иаобм, % 0,4-47,6 4,0-48,2 30,8-54,3 26,2-74,4

Сумма токе, солей,% 0,01-1,13 0,02-0,76 0,19-0,46 0,15-0,49

В этой группе почв из 30 образцов в 27 случаях (90 %) вывод о невозможности протекания в этих горизонтах солонцового процесса был подтвержден как при использовании данных по кинетике набухания, так и при использовании расчетного показателя - балла «В».

Вторая группа образцов (22 обр.) с типом кривой набухания 2А и баллом «В» 1-8 представлена солонцовыми, подсолонцовыми иллювиальными горизонтами средне- и многонатриевыми. Исключением в этой группе стал горизонт Апах солонца постагрогенного с разрушенным солонцовым горизонтом Омской области, в котором методом кинетики набухания была обнаружена ступенька, при этом показатель «В» был равен 0. То есть совпадение выводов, полученных с использованием обоих подходов в этой группе почв 95%.

АЕ 1 АпахдК 1 Ад

10_

в,

20_ 2А Апах2к 1 А

30_ В3к,г 2А Апах^к 1

40_ В"3к В',к 2А

50_ В'"3к,г 1 В",к

60_

Апах, Апах2

В2к

Рис. 4. Почвы Волгоградской области, Николаевский район а- солонец целинный многонатриевый; б- солонец постирригационный;

в- каштановая почва целинная: г- каштановая почва постирригационная.

10 20 30. 40_| 50. 60. 70. 80. 90_ 100.

Е -

В, 'пах 2А АпаХ| _

В^пах 2А

В|"пах —«— Апах2 1

2А

в, 3 Апах3 1

В2г 1 АВ 1

Взк.г 1

В4г 2А

В"к 2А

Ад АпаХ)

АпаХ] Апах2

Л11 л \

2А

Ад АпаХ|

АпаХ|

Апахз

I 1 Апах,

1 АпаХ]

2А

Рис, 5. Почвы Воронежской области, Таловский район:

а- солонец многонатриевый постагрогенный; г- лугово-черноземная среднесолонце-б- чернозем обыкновенный постагрогенный; ватая залежная (разрез т-0434); в- лугово-черноземная среднесолонцеватая д- лугово-чериоземная сильносолонце-

залежная (разрез т-0432); ватая залежная.

• Цифрами указан тип кривой набухания

• Цветовая шкала степени/опасности развития солонцового процесса, балл «В»

10_ 20_ 30_

40_

50_

60_

70_

80_ 90_ Ш0_

в,' 2А Апах

в," 2Б В3

в2 2Б

В3к ЯИ В4к ВСк

Рис. 6. Почвы Омской области, Омский район: а- солонец целинный многонатриевый; б- солонец залежный с разрушенным солонцовым горизонтом;

Апах В1

В2

В3к

2А

2Б 2А

в- солонец средненатриевыи с сохранившимся солонцовым горизонтом.

0 см

Апах 2А Апах Апах 1

— ---------___.....

40 В2к 3 В2к 3 В2к 3

Апах

В2к

а б в г

Рис. 7. Почвы Омской области, Любинский район:

а- контроль - 32 т/га в 1970 г.; в- 32 т/га в 1970 г. + 16 т/га в 1985 г.;

б- 32 т/га в 1970 г. + 8 т/га в 1985 г.; г- 32 т/га в 1970 г. + 32 т/га в 1985 г..

В,'

10_ В,"

20_ в2

30_ Вз'к

40_ В3"к

50._ ВС

Апах! Апах2 АВ

В,

1 1 1

2А

Рис. 8. Почвы Новосибирской области, Убинский район:

а- солонец целинный средненатриевыи; б- лугово-черноземная постагрогенная почва.

• Цифрами указан тип кривой набухания

• Цветовая шкала степени/опасности развития солонцового процесса, балл «В»

и..

Третья группа (6 обр.) - это образцы почв с типом кривой набухания 2Б и баллом «В» от 6 до 10, содовые многонатриевые солонцовые и подсолонцовые горизонты солонца целинного многонатриевого и агроизмененных солонцов Омской области. Для этой группы почв было получено 100% совпадений результатов оценки двумя методами.

Четвертая группа образцов (8 обр.) представлена пахотными и подпахотными горизонтами мелиорированного солонца Голубковского стационара (Омская область), а также солонцовыми и подсолонцовыми горизонтами солонцов Воронежской и Новосибирской областей с 3-им типом кривой набухания, характерной для почв с развитым процессом слитогенеза, и баллом «В» от 5 до 14.

Наши исследования показали, что метод кинетики набухания позволяет выявлять наличие солонцового процесса в целинных и агроизмененных почвах по ступеньке на кривой набухания. По показателю «В» можно диагностировать и количественно оценить степень развития солонцового процесса в целинных и риск развития солонцового процесса в агроизмененных почвах: чем выше балл «В», тем выше опасность осолонцевания. Для более точной диагностики солонцового процесса представляется целесообразным совместное использование методов.

Согласно нашим исследованиям, независимо от химизма засоления почв, показатель «В» физико-химических условий развития солонцового процесса допустимо рассчитывать по данным водных вытяжек и содержанию обменного натрия, то есть не выделяя раствор из почвенных паст для определения удельной электропроводности. Использование данных водных вытяжек предыдущих многолетних наблюдений дает возможность оценки динамики физико-химического состояния почв и рисков развития солонцового процесса во времени.

Заключение

Наши исследования показали, что в солонцовых горизонтах целинных почв, в которых выражены морфологические признаки, наличие солонцового процесса диагностируют и метод кинетики набухания, и метод расчета балла «В». Оба показателя также фиксируют отсутствие солонцового процесса в верхних горизонтах и в подсолонцовых горизонтах с содержанием карбонатов и гипса. Наиболее полно результаты оценки двумя методами совпадают при сильной выраженности солонцового процесса или при отсутствии в почвах условий для его протекания.

В агроизмененных почвах результаты исследований совпадают в 68% (36 обр.) случаев образцов. Это позволяет рекомендовать как метод кинетики набухания по В.А. Грачеву и Э.А. Корнблюму (1982), так и метод расчета показателя физико-химических условий развития солонцового процесса «В» по Н.Б. Хитрову

(1995) для диагностики солонцового процесса в агроизмененных почвах при отсутствии морфологических признаков солонцеватости.

Показатель «В» более чувствителен к изменению физико-химических условий, чем показатель «задержка набухания» (Дт). Возможно, это связано с тем, что балл «В» рассчитывается непосредственно на основе химических свойств (содержание обменного натрия в ППК и ионно-солевой состав), которые весьма динамичны.

Можно предположить, что для изменения водно-физических свойств почвенной массы и ее переупаковки под влиянием изменения содержания обменного натрия требуется некоторое время. Зависимость задержки набухания от содержания обменного натрия имеет более сложный характер. Присутствие в почвах гипса и карбонатов может приводить к коагуляции коллоидов и изменению характера набухания образца в процессе проведении анализа.

Выводы

1. Впервые в почвах солонцовых комплексов, расположенных в Европейской и Западно-Сибирской частях России, проведена диагностика солонцового процесса в целинных и антропогенно-преобразованных почвах с использованием двух подходов/методов (особенность кинетики набухания и балл развития физико-химических условий протекания солонцового процесса).

2. Установлено, что результаты диагностики солонцового процесса методом кинетики набухания почв и специального показателя «В» совпадают при отсутствии в почвах условий для протекания солонцового процесса или при сильной его выраженности. В образцах почв с 1-ым типом кривой набухания и низким баллом «В» от 0 до 2 совпадение результатов обоих методов составляет 90 %. В образцах почв с типом кривой набухания 2А и баллом «В» от 1 до 8 совпадение выводов — 95%. В содовых многонатриевых образцах почв с типом кривой набухания 2Б и баллом «В» 6-10 совпадение результатов оценки двумя методами — 100 %.

3. Показано, что для оценки риска развития или реставрации процесса осолонцевания в антропогенно-преобразованных почвах, в которых морфологические признаки солонцового процесса еще не выражены, в качестве тестовой оценки, возможно использовать как определение кинетики набухания, так и расчет показателя «В». При этом появление ступеньки на кривой набухания диагностирует наличие протекания солонцового процесса, а балл «В»

- риск его развития. Однако наиболее эффективно совместное использование двух методов.

4. Показано, что при расчете показателя физико-химических условий развития солонцового процесса «В» допустимо использовать величины удельной электропроводности, полученные как напрямую в фильтрате из водонасыщенной почвенной пасты, так и расчетным способом на основе данных ионно-солевого состава водной вытяжки и влажности текучести образца.

5. Отмечена сильная степень выраженности солонцового процесса в целинных солонцах Хвалынской морской равнины, Омь-Иртышского междуречья, Барабинской низменности и в солонце многонатриевом постагрогенном центральной части водораздела рек Битюг и Хопер (Каменная степь). В агроизмененных почвах Омь-Иртышского междуречья, а также в содовых мелиорированных солонцах Ишим-Иртышского междуречья риск начала развития солонцового процесса высокий.

6. Обнаружен низкий уровень риска развития солонцового процесса в солонце постирригационном Хвалынской морской равнины, черноземе обыкновенном постагрогенном и лугово-черноземных солонцеватых залежных почвах центральной части водораздела рек Битюг и Хопер (Каменная степь), лугово-черноземной постагрогенной почве Барабинской низменности. Солонцовый процесс отсутствует в каштановой целинной почве и каштановой постирригационной почве Хвалынской морской равнины.

7. В образцах содовых мелиорированных солонцов Голубковского стационара Ишим-Иртышского междуречья и солонце средненатриевом целинном Барабинской низменности методом кинетики были обнаружены кривые набухания характерные для слитых почв.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Публикации в ведущих рецензируемых изданиях

1. Любимова И.Н., Горобец A.B., Аксенов A.B., Хан В.В. К оценке рисков вторичного осолонцевания и реставрации солонцового процесса в распаханных и мелиорированных почвах солонцовых комплексов // Почвоведение. 2012. № 5. с. 594-600.

2. Хан В.В., Любимова И.Н., Салпагарова И.А. Проблемы диагностики солонцового процесса разными методами в целинных и агроизмененных содовых солонцах лесостепной зоны Омской области // Вестник Московского Университета. Серия почвоведение. 2012. №3. с. 13-18.

Прочие публикации

1. Хан В.В. Оценка некоторых свойств агрогенно-измененных солонцов Волгоградской области через 24 года после глубоких мелиоративных обработок // Почвы и продовольственная безопасность России: Материалы XII Докучаевских молодежных чтений. 2009 г. С. 85.

2. Хан В.В. Сравнительная оценка диагностики солонцеватости разными методами на примере содовых солонцов и солонцеватых почв лесостепной зоны Омской области // Почвы в условиях природных и антропогенных стрессов: Материалы XIV Докучаевских молодежных чтений. 2011 г. С. 94.

3. Хан В.В. Оценка возможности диагностики солонцеватости разными методами на примере содовых солонцов и солонцеватых почв лесостепной зоны Омской области // Материалы международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов 2011». С. 35.

4. Хан В.В. Сравнительная оценка диагностики солонцового процесса двумя методами на примере солонцов и солонцеватых почв лесостепной зоны Воронежской и Омской областей // Почва как природная биогеомембрана: Материалы XV Докучаевских молодежных чтений. 2012 г. С. 66.

5. Хан В.В. Оценка возможности развития солонцового процесса в агроизмененных почвах Каменной степи // Материалы международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов 2012», С. 68.

6. Хан В.В. Сравнение 2-х способов оценки развития осолонцевания в мелиорированных содовых солонцах лесостепной зоны Омской области // Материалы VI съезда Общества почвоведов им. В.В. Докучаева. 2012 г. С. 459.

Подписано в печать:

27.08.2013

Заказ № 8687 Тираж -150 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Хан, Валентин Викторович, Москва

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. М.В. ЛОМОНОСОВА»

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ПОЧВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ИМ. В.В. ДОКУЧЕВА» РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ

04201361451 На правах рукописи

ХАН Валентин Викторович

ДИАГНОСТИКА СОЛОНЦОВОГО ПРОЦЕССА В ЦЕЛИННЫХ И АГРОИЗМЕНЕННЫХ ПОЧВАХ СОЛОНЦОВЫХ КОМПЛЕКСОВ РАЗНЫХ

РЕГИОНОВ

03.02.13 - почвоведение

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор с.-х. наук И.Н. Любимова

Москва-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................4

ГЛАВА 1. СОЛОНЦЫ, СОЛОНЦЕВАТЫЕ ПОЧВЫ, СОЛОНЦЕВАТОСТЬ, СОЛОНЦОВЫЙ ПРОЦЕСС......................................9

1.1. Солонцы.........................................................................................................9

1.2. Солонцеватые почвы. Степень солонцеватости......................................14

1.3. Солонцовый процесс. Диагностика процесса осолонцевания почв.....21

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ..............................25

2.1. Объекты исследований...............................................................................25

2.1.1. Почвы Волгоградской области...........................................................25

2.1.2. Почвы Воронежской области..............................................................31

2.1.3. Почвы Омской области........................................................................36

2.1.4. Почвы Новосибирской области..........................................................47

2.2. Методы исследований................................................................................53

2.2.1. Кинетика набухания почв....................................................................54

2.2.2. Диагностика существования солонцового процесса на основе специального показателя (балла) оценки физико-химических условий развития солонцового процесса «В»............................................................5 8

ГЛАВА 3. ОЦЕНКА РАЗВИТИЯ СОЛОНЦОВОГО ПРОЦЕССА В ПОЧВАХ РАЗНЫХ РЕГИОНОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОСОБЕННОСТЕЙ КИНЕТИКИ НАБУХАНИЯ...........................................62

3.1. Методика определения солонцеватости по кинетике набухания..........62

3.2. Почвы Николаевского района Волгоградской области..........................67

3.3. Почвы Таловского района Воронежской области....................................69

3.4. Почвы Омского и Любинского районов Омской области.......................71

3.5. Почвы Убинского района Новосибирской области................................76

3.6. Заключение..................................................................................................78

ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ РАЗВИТИЯ СОЛОНЦОВОГО ПРОЦЕССА В ПОЧВАХ РАЗНЫХ РЕГИОНОВ НА ОСНОВЕ СПЕЦИАЛЬНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

РАЗВИТИЯ СОЛОНЦОВОГО ПРОЦЕССА «В»..........................................80

4.1. Метод диагностики существования и степени выраженности солонцового процесса по Н.Б. Хитрову..........................................................80

4.2. Определение значений удельной электропроводности..........................81

4.2.1. Почвы Николаевского района Волгоградской области...................82

4.2.2. Почвы Таловского района Воронежской области...........................84

4.2.3. Почвы Омского и Любинского районов Омской области...............85

4.2.4. Почвы Убинского района Новосибирской области.........................89

4.3. Определение специального показателя «В»............................................89

4.3.1. Почвы Николаевского района Волгоградской области...................89

4.3.2. Почвы Таловского района Воронежской области...........................91

4.3.3. Почвы Омского и Любинского районов Омской области................92

4.3.3. Почвы Убинского района Новосибирской области........................94

4.4. Заключение..................................................................................................95

ГЛАВА 5. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ СОЛОНЦОВОГО ПРОЦЕССА ПО КИНЕТИКЕ НАБУХАНИЯ И ПО ПОКАЗАТЕЛЮ «В».......................................................................................100

5.1. Почвы Николаевского района Волгоградской области.......................102

5.2. Почвы Таловского района Воронежской области.................................106

5.3. Почвы Омского и Любинского районов Омской области....................111

5.4. Почвы Убинского района Новосибирской области..............................117

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...............................................................................................123

ВЫВОДЫ.........................................................................................................131

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..............................................................................133

ПРИЛОЖЕНИЕ А...........................................................................................146

ПРИЛОЖЕНИЕ Б............................................................................................169

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность

Засоленные почвы, в том числе и почвы солонцовых комплексов, широко распространены во многих странах. По данным, приведенным В.А. Ковдой [53], их площадь в мире составляет около 950 млн. га. На территории бывшего Советского Союза на долю солонцовых комплексов приходилось более 100 млн. га. В пределах Российской Федерации ими занято 30 млн. га [81].

По признанию многих почвоведов солонцовые почвы относятся к наиболее сложным природным образованиям, поэтому многие вопросы их генезиса остаются и сейчас недостаточно изученными. Почвы солонцовых комплексов при правильном их освоении представляют крупный резерв для дальнейшего увеличения производства различных видов сельскохозяйственной продукции. Эффективное использование этих почв в сельском хозяйстве возможно в основном после комплекса мелиоративных мероприятий.

Наиболее активное вовлечение солонцов в сельское хозяйство в СССР началось в 70-80 годы прошлого века. Тогда же встали вопросы оценки эффективности и последействия мелиорации, диагностики протекания современного солонцового процесса в мелиорированных солонцах, в том числе диагностики на ранних стадиях вторичного осолонцевания почв. Сложность изучения вторичного осолонцевания или реставрации солонцового процесса в агроизмененных почвах заключается в том, что мелиоративные обработки в большинстве случаев разрушают естественные почвенные профили, в том числе и солонцовый горизонт, то есть диагностику солонцового процесса проводят при отсутствии морфологических признаков. Однако после мелиоративных мероприятий благоприятные физико-химические условия для развития солонцового процесса могут сохраниться или вскоре возобновиться, что приводит к

вторичному осолонцеванию и возможному формированию столбчатого горизонта [66].

В настоящее время солонцовый процесс рассматривается как комплекс взаимосвязанных элементарных почвенных процессов, обусловленных особым сочетанием состава обменных катионов в почвах и концентрации солей в почвенном растворе. Ведущим процессом в солонцах является натриевый лессиваж, который протекает на фоне процессов рассоления-засоления и сопровождается иллювиированием растворимых гумусовых веществ, образованием соды, диспергацией и разрушением илистых частиц [66, 108, 121].

В мелиорированных почвах о наличии солонцового процесса чаще всего судили по содержанию обменного натрия или функционально связанных с ним показателем SAR [14]. В тоже время, было показано, что состав обменных катионов и активности/концентрации ионов в растворе, измеренные при любом значении влажности, объективно характеризуют, прежде всего, процесс засоления, а не осолонцевания [111].

Поэтому начались поиски других показателей, которые могут охарактеризовать наличие условий для протекания солонцового процесса. Для этого было предложено оценивать степень иллювиированности [79]; электрокинетические свойства почв [74]; особенности кинетики набухания [33]; активности ионов натрия, кальция и водорода в почвенных пастах [61, 78, 90, 113]; изменения активности Na и рН при разбавлении почвенных паст и суспензий [111]; сочетание двух признаков (морфологической выраженности солонцового профиля/горизонта и показатель физико-химических условий развития солонцового процесса «В» [108, 109] и др. Наиболее перспективные из вышеперечисленных методов - это показатель «В», оценивающий наличие физико-химических условий развития солонцового процесса [108, 109] и определение специфики кинетики набухания образцов, позволяющее косвенно судить о способности илистой фракции к пептизируемости [33].

Цель исследования

Диагностика солонцового процесса в целинных и агроизмененных почвах солонцовых комплексов черноземной и каштановой зон Европейской территории России и Западной Сибири с использованием разных подходов (показатель «В», особенности кинетики набухания, морфологические особенности почв, содержание обменного натрия). Задачи исследования

1. Получить и сравнить кривые набухания целинных и антропогенно-преобразованных почв солонцовых комплексов разных регионов для оценки возможности применения динамики набухания для диагностики солонцового процесса в антропогенно-преобразованных почвах при отсутствии морфологических признаков солонцеватости.

2. Определить величины удельной электропроводности для расчета балла «В» непосредственно в фильтратах из водонасыщенных паст (экспериментально) и расчетным способом по данным анализа водных вытяжек.

Научная новизна

Впервые в почвах солонцовых комплексов Волгоградской, Воронежской, Омской и Новосибирской областей проведена сравнительная диагностика выраженности солонцового процесса с использованием метода кинетики набухания почв В.А. Грачева и Э.А. Корнблюма [33] и метода оценки степени развития солонцового процесса Н.Б. Хитрова [109]. В качестве объектов исследования послужили целинные и агроизмененные почвы солонцовых комплексов с разным химизмом засоления. Исследование, основанное на большом фактическом материале, позволило провести сравнительную оценку двух методов диагностики солонцового процесса в почвах разных регионов.

Защищаемые положения

3. По набору типа кривых кинетики набухания образцы почв из Западной Сибири отличаются от почв Европейской части России. В ЗападноСибирских образцах присутствуют кривые набухания характерные для слитых почв, и чаще, чем в Европейских почвах - кривые характерные для почв с высокой щелочностью в вытяжках из водонасыщенных паст.

Практическая значимость работы

Н.Б. Хитрова [109] при диагностике солонцового процесса и могут быть использованы для оценки эффективности мелиорации солонцовых почв. Апробация работы

По результатам исследования опубликовано 8 работ, в том числе 2 статьи в журналах, включенных в список ВАК.

ГЛАВА 1. СОЛОНЦЫ, СОЛОНЦЕВАТЫЕ ПОЧВЫ, СОЛОНЦЕВАТОСТЬ, СОЛОНЦОВЫЙ ПРОЦЕСС

1.1. Солонцы

Солонцы в ряду засоленных почв как самостоятельная подгруппа стала выделяться давно - почти на заре развития генетического почвоведения. П.А. Земятченский [44], один из первых учеников В.В. Докучаева, при исследовании почв имения «Пады» в Балашовском уезде Саратовской губернии, давая вполне четкое описание признаков, свойственных солонцам черноземной зоны.

Однако долгое время в отечественном почвоведении солонцами называли все засоленные почвы, непригодные к ведению сельского хозяйства. Возможно, это связано с тем, что термин «солонец» произошел от русского слова «соль» и обычно под этим словом подразумевали и солонцы, и солончаки, что является неправильным.

Г.Н. Высоцкий [21] предлагал разделять засоленные почвы на «солонцы поверхностные, в которых скопление солей происходит (вследствие прямого испарения соленосных вод) у поверхности почвы, и солонцы иллювиальные, или подпочвенные, в которых главное скопление приносимых грунтовою водою солей находится на той или иной глубине (вследствие концентрации растворов при каптаже влаги растительностью), располагаясь в виде иллювиальных горизонтов». П.С. Коссович [58] при классификации солонцов относил к ним все засоленные почвы и разделял их на «щелочные» и «нейтральные» солонцы со всевозможными переходами между ними.

Д.Г. Виленский [17] рассматривает два вида солонцов: структурные солонцы, или просто «солонцы», и бесструктурные солонцы, «солончаки».

Наиболее четко стали разделять солонцы и солончаки со времени появления работы H.A. Димо и Б.А. Келлера «В области полупустыни» [42],

в которой авторы не только дают ясное разграничение солончаков и солонцов, но выделяют переходные между ними почвы в виде «корково-бесструктурного солонца». Им же принадлежит классификация солонцов по морфологии солонцового горизонта (корково-столбчатые,

глубокостолбчатые и пр.), что сохранило свое значение и до настоящего времени.

Верхние слои типичных солонцов имеют весьма характерные признаки

[4]:

1. Небольшой мощности (3-10-15 см) слоеватый, серый, иногда гумусированный, часто бесструктурный верхний слой.

2. Под ним залегает очень плотный, темный, столбчатый, иногда глыбистый слой, достигающий мощности 20-30 см и более; во влажном состоянии этот слой быстро набухает и не пропускает воду.

3. Ниже плотность почвы уменьшается, появляются либо сначала карбонаты, либо соли и гипс.

Солонцы содержат соли на некоторой глубине (с 20-30-50 см и глубже).

Неблагоприятными агрономическими свойствами обладает второй слой (солонцовый). Помимо отрицательных физических свойств, он имеет высокую щелочность, неблагоприятную для культурных растений.

Содержание и состав гумуса в солонцах колеблется в широких пределах [102]. Так в черноземной зоне его содержание может достигать 59%, состав гуматный, а в полупустынной - 0,5-1,5%, состав фульватный. Реакция среды в надсолонцовом горизонте слабокислая или нейтральная, глубже - щелочная. Для большинства солонцов характерно присутствие обменного натрия, однако существуют солонцы, не содержащие его. Для профиля солонцов характерна отчетливая элювиально-иллювиальная дифференциация по илу, полуторным оксидам, емкости обмена.

Солонцы распространены в лесостепной, степной и полупустынной зонах. По водному режиму солонцы принято разделять на автоморфные,

полугидроморфные и гидроморфные. По биоклиматическим условиям -черноземные, каштановые и полупустынные.

В толковом словаре по почвоведению [64] солонец характеризуется как натриевая лессивированная почва с профилем типа ABC, формирующаяся путем лессиважа глин, насыщенных натрием.

Однако в некоторых системах классификации диагностическими критериями выделения солонцов являются не морфологические признаки, а повышенное содержание обменного натрия и высокие значения рН при невысоком засолении. Для этих почв характерна монолитная блочная структура (в сухом состоянии) с высокой твердостью почвенных отдельностей. Общее название таких почв - «щелочные почвы» [123, 132]. Данная особенность рассматривается и в работах I. Szabolcs [135], одного из крупнейших исследователей засоленных почв второй половины XX века. Он указывал, что, несмотря на широкое использование термина «солонец» во многих западных и международных классификациях, существуют его аналоги, например, щелочные или натриевые почвы. Близкое значение терминов «солонец» и «щелочные почвы» в ряде случаев приводит к тому, что, называя почву солонцом, на самом деле имеют в виду щелочную почву. I. Szabolcs [134] предлагает разделять засоленные почвы на 2 группы:

1. Группа щелочных почв без структурного горизонта В, формирующаяся под влиянием сравнительно высокой концентрации соединений натрия, способных вызвать щелочной гидролиз.

2. Группа щелочных почв со структурным горизонтом В, формирующаяся под влиянием сравнительно низкой концентрации соединений натрия, не способ�

Информация о работе

Хан, Валентин Викторович
кандидата биологических наук
Москва, 2013
ВАК 03.02.13

Диссертация

Диагностика солонцового процесса в целинных и агроизмененных почвах солонцовых комплексов разных регионов - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы