Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ КАШТАНОВЫХ СОЛОНЦОВЫХ КОМПЛЕКСОВ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ И МЕЛИОРАТИВНОЙ ОЦЕНКИ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ КАШТАНОВЫХ СОЛОНЦОВЫХ КОМПЛЕКСОВ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ И МЕЛИОРАТИВНОЙ ОЦЕНКИ"

ВСЕСОКШАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЬИА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АКАДЕМИЯ СШсКОХОаяИСТВЕЙНЫХ НАУК шл.В. 14,ЛЕНИНА

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЧВШНЫЙ ИНСТИТУТ ^ им .В. В. ДОКУЧАЕВА

На правах рукописи

ХИТРОВ Николай Борисович

УДК 631.445.51:631*41/.43

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ КАШТАНОШХ ССДШЦОШХ КОМПЛЕКСОВ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДДЯ ДИАГНОСТИКИ И МЕЛИОРАТИВНОЙ ОЦЕНКИ

Специальность 06,01,03 - почвоведение АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Москва - 1982

Работа выполнена в Отделе физик о-химщ и минералогии почв ордена "Пудового Красного Знамени Почвенного института им,В.В.Докучаева ВАС&Ш.

Научный руководитель - доктор сельскохоаяИствпншк наук,

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук H.H.EASWiEBVPÍ кандидат биологических наук, доцент Л.Л.ВОРОБЬЕВА

Ведущая организация - Московская сельскохошчйсттнная академия им.К,А.Тимирязева, факультет агрохимии и почвоведения, кафедра почвоведения.

Защита состоится " íj&i^i'/^ 1982 г. в |м, чао,

на заседании Специализированного совета Д.020.Й5,01 при Почвенном институте им.В.В.Докучаева ВАС-КШЛ,

Адрес: I090I7, ViOCKBa, Пыжевский пер*, 7,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Почвенного института им.В.В.Докучаева ШШШ.

профессор Н.И.ГОРКШОВ

Автореферат разослан

Ученый секретарь Специализированного совет доктор биологических наук, профессор

В.С.ОДИШ'ЛВ

I, Актуальности. Разработка теоретически* л практических основ поыддения плодородии солонцошх зекел;. является войной народнохозяйствен ioil злэдчоЯ. jUti Северлого Кавказа она имеет особое значение, тлк как зняч;т'.'Ш1ая часть орошаеь-лх в настоящее время я про ектцру е шх под оропенле площадей расположена в зоне наибольшего распространения солонцовьх почв, который лш в каштановой зоне Стяп£оцольского края занимают около 900 тыс.га.

Генетическое своеобразие m^i* казитаиовых солонцовых комплексов, их отрицательные агро^ириче'-кш и другие свойства определимся в значительной стоненн (fiiai- о-химияеекими особенностями: составом высокодисперсноti части ло'ш, обменными катионами, активностью ионов и другими. В евлзи с атим изучение физико-химических свойств и связанных с ними ночвообрлзонательных процессов имеют болиоое значение для разработки диагнос т ичесзщх критериев и параметров мелиоргтнрноИ оценки этчх почв.

Цель и аа.пач «. Цель работи - исследоь-чте флэико-хншческие свойства почв каштановых солонцовых комплексов северной части Ставрополь «сою края на богаре и в условиях орошения я усовершенствовать методы диагностики солонцовых горизонтов для нуед сельскохозяйственной практики.

Для ее решения ставились следующие задача;

X. Дртб oöiiiyso характеристику объектам исследования.

2. Изучить векотори^ физнко-хкдачеокие свойства " процесса:

а) состав и свойства внсокодисперспсЕ части почв;

б) активности ионов натрия, кальция и водорода в широком диапазоне влажности;

в) состаI. обменных катионов и факторы его определяющие;

г) кинетику катионнош обмена в почвенных пастах.

3. Обосновать споооб определения состава обменных катионов в засол-¡ннкх, карбонатных » ишсоносицх почвах, выбранный для исследования йонообменных реакций.

4. Ьа основе изучениг физико-химических свойств почв усовершенствовать методы диагностика солонцовых горизонтов.

Научная новизна

1, Дана разносторонняя физико-хщжчес!,ля характеристика почв каштановых солонцовых комплексов северной части Ставрополья, имеюцая важное диагностическое и ыелиогативное значение. Выявлены фиашсо-xi"шческлп особенности каштановых почв.

2. Предложены цва hokjx критерия - натриевый а Др'1-Kjare-pv.i - попволящае выделять солонцовые горизонты ьейтралисых ав-

Ii-г-'. r.f„ j

томор^ннх солонцов среди за соленьях нойошэд.») от морфологмчао-кой диапюетыо (решешг<з о ветачо а.чторскато се^до''ель спад от 29 марта 1982 г. по заялко А5 .

3. ^порвие доказало, что саи/>:;:£омг;1 горизонт ц гуюцесее своего формировать приобретает симие хнооку,) гелькую способность пи отношению к натрии к шгшйз пун прочих уиших условиях.

4. Покаянна лршцшго^льнач бозмсмзость оценки ишутермц ионного обмена на основе обцеИ хард кт^рястцка лота: оостш оошк-вдх катионов и активностей иоисв, изикрешшк в пастах с одной влажностью.

5. Разработан ттод, поуйоляад;а кп^рвне определять во:шо-растворигзге ооли, об>дагше катионы, карСонаты тсальцм, догдея и гяпс в одной масее.ка.

Практическая цепкость

I. Нови;! метод определен,1« волпорастзориглых солей, обменных катионов, карбонатов кальших, мал ли и .галса в одной ипвсске позволяет получать данные, отражающая реальное содержание во ной и солей в почвенном растворе, тверс^й фазе и поглощащем комплексе почв. Он устраняет некоторые недостатки, присущие водкой вытяжке, методам Лринушккной (1970) и Кудрина {ГЗзО}, и язляотоя более произволителышм, Это дзет зозюккосхь рекомендовать его для поч-вешю~ыол>ю'ратаъиоН хзрактерлетн,\ л территорий, г шюс за-

солению к осолокцевааию, и открув^ет перелектпш для .изучения ионообменных реакций в широком диапазоне вла^чостк от даст до суспензий.

2* Разработанные ноше диагностические критерии для выделения солонцового горизонта югут иешлх зова;ш при изучении и картировании почв солокцешх гсеютяексов в мелиоративных целях для бастрой и точной характеристики фил лсо--х^глич я скси) с^ловдева-гостя, засоления и ощелачлвшьтя однезземвнло,

3, Предлагаемой подход к оцгдае изоторми клинога обмена иа основе общей характеристики почв обеспечивает сокраадше сроков получения исходных для прогноза засоления данных и ггщггчечт егч достоверность,

Аптуби^лд расхоти. Результаты исслэдогаш^ т н.э УХ 14; е-

союзном съезде почвоведов в г.Тбглисл {1931 г.), яо-игли'он о:>-вецаюш "Фнзико-хнмлчослие лробл^.п в соль с, с-м хса^ат^'1 г. г Ленинграде {1981 г.), реп:оихт;:ом совегетгн "С-м;;:^::.- у. г,с 1,ко~

' " г * . V

радия почв в Поволжье" в г.Волгограде (1980 г.), конференциях шлодых ученых Почтенного института им.И. ¡^Докучаева <1980 и 1982 гг.). методических комиссиях Почвешюго института лм.В-В.Докучаева (1981 и 1902 гг.).

Публикация., По материалам диссертации опубликовано 4 работы. 5 работ едали в почать.

Объем уаботи. Мссертация изложена на Г29 страдш!ах машинописного текста, включает 41 таблицу и 35 рисунков. Состоит из введения, 4 глав, заключения, основных выводов и приложения. Приложение "Характеристика исследованных почв" включает 23 таблицы д 4 рисунка. Список литература содержит 228 названий, нэ них 16 на иностранных языках.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

В главе кратко рассматриваются факторы почвообразования л характеристика в с еле доенных ночв. Подробная характеристика почв (морфология, некоторые физические и химические свойства, состав воднорастворлшх солей, содержание карбонатов и гипса) даны в приложении.

Объектами исследования послу «ид и богарные и орошаеше почвы каштановых солонцовых к шлаксов, расположенные на землях кол~ хоза-племзавода им. В,И.Ленина Апана сенко веко го района Ставропольского края (пос, Киевка). Изученная территория является частью Ш очереди Право-Егорлик:кой оро сительво-ооволнительной систеш (ПЕООС) и охватывает междуречье рек Бедрик и Дувда площадью 3,5 тыс.га« Подробная характеристика геоморфологии, литологии я почвенного покрона приводится в статье Ф.И,Козловского с соавторами Л9Р0). Нами нгс этой территории набраны четыре участка; два на Хвалынском террасе Г&ишча (XI - богара, УН - орошение) и два на Приставропольской наклонной равнине (ХЛ - богара, Х1У - орошение),

Почъенный покров представлен каштановыми содонцоваш комплексами, состоящлж из каштановых почв разной степени содонцевагост» (от 40 до 60$ гоющаци), содонцаш преимущественно средними и глубокими (от 45 до 20-25^ площади) и лугсэо-каштаношма почвами ванадии (13-14;,1).

Характеристика почв представлена в таблице I.

Почвы четурех участков различаются в основном по содержанию и распределению солей, об,гсловл«ннмх равными геоморфологическими

Краткая характеристика дачв

Найпнца I

Почва Блу^йна, си С02 Водная ш-вгека Обменные ка-нана <0,01 % ¿0,001 а Шютвость Г/сь!3

суш.а со^еЗ, У*, 2 емкость 001кна м-э/100 г

И-2-33 0-20 3,76 в.о. 0,06 * 18,5 2 Д 10,83 55,9 20,7 1,41

-т/гсбо- 27-42 3.01 0,06 - 18,8 1,6 10,62 55,4 26,0 1,26

каатаноыя 45-60 1,35 0,18 0,08 - 16,4 1,9 12,23 53,8 32,0 1,42

ючва 100-120 н.о. 4,05 0,07 - 18,8 1,2 14,18 51,1 24,4 1,56

^аяадщщ 160-180 4,92 0.С5 - 19,2 2,3 12,11 51,6 22,6 1,59

Я-2-24 с-го 2,11 0 0,05 13,4 1,1 14,98 43,2 10,2 1,36

23-35 1,40 0 0,06 - 23,4 1,3 17,06 52,1 27,2 1,41

1,00 4,66 0,03 - 32,0 2,3 14,59 55,2 23,0 1,49

65-60 н.о. 8,86 0,12 1,0 49,8 6,8 15,26 51,0 25,3 1,63

Т5О-170 ^ 4,53 1,17 52,5 33,0 17,69 51,6 21,0 1,52

' >2-3 СМВ 1,66 0 0,09 ш. 35,4 15,1 12,63 42,0 18,1 '1,51

р ял - ^ 13-И 1,25 0,25 0,19 2,0 45,2 22,0 22,12 61,6 43,4 1,37

2545 0,60 4,66 0,49 2,3 50,9 26,0 13,06 55,4 31,5 1,62

54-63 а.о. 6,1В 1,53 0,4 56,7 25,6 17,65 48,2 25,2 1.53

■ 145-160 5,19 0,56 1,5 48,1 32,9 19,54 53,7 20 Д 1,56

и гидрологическими условиями. Почвы хвалинской террасы Шныча с более близкими 1фунтошми водами (6,0-6,5 м на богаре и 1,3-1,6 м на орошаешм участке) отличаются от почв Приставропольской наклонной равнины более высокой степень» засоления и более близким расположением засоленных горизонтов к поверхности. По водной вытяжке засоление сульфаию-хлорвд!ю е и хлорвдно-сульфатное натриевое или кальциеьо-натряеше. С доющья нового метода (раздел 3.2) установлено, что засоление всех почв данной территории преимущественно хлоридное. Осульфачыванне происходит за счет растворяющегося в водной вдтяжке гипса и обменных реакций катионов.

Солотда имеют хорошо выраженный солонцовый горизонт, в котором содержат 20-22^ обменное натрия и 40-45$ обменного магния.

Сопоставление свойств исследованных почв о данными Купричен-коьа (1979), Актыкова с соавторами (1972), Беликовой (1972)» (1975), (1977), Саньяна и Шлоренко (197Э), Тшъпанова и Ыапукова (1981) и других авторов показало, что по общим свойствам изученные почвы являйся достаточно типичными представителями почв Апанасенковского района Ставропольского края*

Сравнение общих свойств богарных и орошаешх почв показало, что содерзание гу»уса, распределение карбонатов, плотность почв, удельная поверхность, максимальная гигроскопическая влага, распределение основных фракций механического состава существенных изменений не претерпели.

Наибольшим изменениям подверглось содержание солей. 20-летнее орошение пресными водами (0,58 г/л) способствовало рассолению почв. Снизилось количество хлора. Увеличилась щелочность в верхних горизонтах каштановых почв и нижних горизонтах солонцов, Отмелется повышенная подвижность карбонатов,

3 МЕТОДЫ ИССВДОВАЩН Ф1Ш1Ж0-И1МИЧЕСШ. СВОЙСТВ И ШЖО-СоНЕВОГО СОСТАВА СШШ ПОЧВ В ддаве'приводятся результаты методических разработок а обоснования методов определения состава обменных катионов и других компонентов ионно-солевого состава в засоленных, карбонатных в годсоносных почвах, а также возюяшостя использования ионселек-тивных электродов для определения активности ионов в изученных почвах.

3.1. Количественна« проверка шголя определшкя обжатых катионов по ПГ^еру в шд^икздии 1,'оло,лцош и Игнатовой

Пров рка проведена с использованием в ютсотре контроля балансового способа, В связи с отсутствием до этого достоБорного метода определения обдашнх катионов в заоолепних почвах вместо естественных образцов использовались искусствмшо созданные варианты с перетоншм составом растворов (хлориды калымя, ыапшя и натрия) пра соотношении твердой фазы почш к раствору т;ж=1:6.

Метод Щ>еффера в модификации Молодцова и )1гдатовой (1975) занижает обменные кальци', (в среднем на 0t6 мг-экв/100 г), натрий (на 0,4 мг-экв/ХОО г), калий (па 0г1-0,2 мг-экв/100 г) и емкость обмена (на I мг-экв/100 г). Занижение происходит за счет избыточного удаления части обменных катионов при отделении норового раствора от твердой фазы почвы 70/»-кшл этанолом. 1Сарбопатц и г«шс имеют ничтожную растворимость в 70,J-hom спирте и реактиве Щеффера и завышают ойменньгй кальций не более, чем на 0,3мг-экв/100д Метод позволяет определять обменные катионы при значениях pH, су-ществуших в анализируем'х образцах. Метод шеет хорошую воспроизводим: сть. Коэффициент вариации не превышает 5%, Среднее квад-ратическое отклонение колеблется ч пределах 0,15-0,22 мг-экв/100 г. Показатель точности - 1*2%.

Следовательно, метод Ще^фера в модификации Колодцоэа и Игнатовой (1975), несмотря на указанные неточности, позволяет с минимальной ошибкой определять состав обменных катионов в засоленных, карбонатных и гипсонооных почвах.

3.2* Метод определения основных компонентов конно-солевого состава почвы в оддой навеске

IIa основе метода Пфеффера в модификации Молодцова и Игнатовой разработан способ последовательного разделения воднораство-ришх солей, обменных катионов, карбонатов кальция, магния и гипса в одной навеске. Разделение проводится в три этапа: I) сначала юднорзстворяше соли переводятся в раствор путем увлажнения навески почвы дистиллированной водой до 20-4СЙ в зависимости от механического состава а удаляются 70;£-ным этанолом; отшвоч-ная жидкость собирается и анализируется на сод1 шшчв ci". KOj, Ca2*, и«гГ Ка*и к* (аоны С0|~ и НСОд определить нездэ-шш1о); 2) затем вытесняют обменное катяоны реакцию;.* Щ^Т-д^Р0 ' и далее 3) оставшиеся в навеске карбонаты кальция, гигкм и гипс растворяют в соляной кислоте.

Последняя операция растиорения карбонатов и гипса а самкой кислоте цроизводится после отделения воднорастворишх солой и штесиешга обменных катионов* Ва счот этого в солянокислую витяжку извлекал» тонко Са, М£ и 50+ разрушившихся карбонатов в гипса.

Метод устраняет некоторые недостатки сущестцующах способов, именно: X) исключаемся тршодортщш состива воднорастворишх солей, происходящая в водной вытяжке; 2) более точные результат получаются при определении гипса в почвах с малым его содержанием; 3) устраняется завншоние карбонатов, связанное с присутствием воднорастворимих и обменных кальция и магния, а также в связи о более точным определением гипса. Метод позволяет сократить время анализа и не требует большого количества образца,

З.З.Ватеицшшетричесняй нетод определения активности ионов в почвенном растворе

Рассмотрены сущность метода, его теоретическое обоснование, преимущества, недоотатки и ограничения. Показана достаточная селективно оть применяемых стеклянных водородного (ЭСЛ-43-0? и ХЛ-46-П) и натриевого (ЗСЛ-61-07 и ЭОК-бХ-И) и мембранного кальциевого (ЭМ-Са-Щ) электродов для измерения активности этих ионов в изученных почвах,

Экспериментально установлено, что измерение в шотах в помощью использованной аппаратуры (цономеры аВ-?4 и И-102) производится с -лчносты) 2-4%, коэффициент вариации не превышает В результате измерение активностей иоков в пастах с помощью ион-селективных электродов и определение состава обменных катионов да ЩнзфИру в модификации Молодцова и Шпатовой осуществлялись о одинаковой точностью.

• 4. ФИапО-АШГСЙСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧБ КАШТАНОВЫХ ССЛ01Щ0ШХ КОШМНССОВ СТАВРОПОЛЬЯ В этой гхэве досматриваются физико-осшические овойотва (состав и свойства высокодисперсной части почв, активности ионов в растворе, о^мешше катионы) и процессы (кинетика ионообменных реакций), отрлдащие некоторые стороны взаимодействия твердой л жидкой фаз почвы.

4.1.Состав к свойства шсокодиспврсной части почв В тшрвой част* раздета приводится дитерагууянй обзор, ггосвя-р ¡'(;цП пиллиэу факторов неп^игяцаи и стебялиэащ.. кояншитлх) к^мччшоа кашденоеых почв и солонцов.

Критически рассмотрены: I) т;орвд К ,К .Гэдп)!^, развитая в дальнейшем И ,Н,Лптипошм-Карагасшм н друг'/:ш, о ро,-щ об№1пюго натрия; 2) теория Б.В.Андреева о роли мжгокд<>в;

3) сочетание первых двух концепций (К.П.ГТаноп, В.а.Лл/ч.у.'нчетсо и другяо). В настоящее вреш наиболее дискуссионном является шв-рос о существо ватт гидрофильных компонентов к в нолем о гпдро-фильносли твердой Цйыы почв». Одни авторы считаит, что в солонцовых почвах образуются гицрофилмще коллокдч (Панов, Гончарова, 1971; МихаЗличенко, 1980). Другие авторы наоборот все глинистое минералы, зю2 и считают гидрафобннми (10грузин, Окоркоэ,

1980). Экспериментальное определение степени фпльности по Ребин-деру (отношение уделыщх теплот смачивание по роде и гексану) в гор. Бсв, АВ я А солонца среднего,каштановой и лугесо-)саттаковой почв ( а - 6,11; 9,0 и 7,01 соответствии^) показало, что твердая фаза всех трех горизонтов проявляет гидрофильные свойства (в > I), но изученный солонцовый горизонт имеет более ииэкую степень филыюсти по отношению к воде по сравнению с гор. АВ и А каштановой и лугово-жаштавовой почв. Аналогичные данные для глинистых минералов имеются в литературе (Душнекий, 1940), что ве позволяет принять концепцию В.И.Кирюшгаа и В.В.Окоркова (1980) о гидрофобности всех компонентов млеральной части почв.

Во второй части раздела рассматривается состав и свойства илистых фракций. Ил раьделялся ко во дно пептиз кру е«1 й (ил А), агрегированный (ил Б) и прочносвязанный (ил Б^) по методике Н.И,Горбунова (1978). Солонцовые горизонты отличаются очень высоким выходом ила А (26-37$). Выявлена особенность каштановых почв изученной территории - довыпенная пептизкруемость ила в»дой (7-12Й) верхних горизонтов, что является следствием Ш1 экого содержянвя гучуса, присутствия обменного магния, гидрофяльност» тгергой фазы.

В орошаемых почвах увеличивается доля прочно стланного ила, а в солонцовом горизонте орошаемого солонца сштетоя ге?птвэи-руемость ила водой до уровня зональных почв (0-9,*), что связано с уменьшением обменного натрия.

Минералогический состав ила характеризуется л .-стйтгпго однотипной ассоциацией во всех почвах солонцовых е- ирн.".«^!, Г-щпас-тио минералы представлены гвдроечкдямч, тут^к^у-у-.ил.ггл кдат»-ршплонитово-гидросладиютама смешаиослоДииш. обригеш.'¡ь-'.чм'), Сто-,

радически появляется хлорит. Присутствуют в небольших количествах тонкодисперсння ньарц, иногда полеше шпаты. В карбонатных горизонтах кроью того гюлшиются калыит. Разные фракции ила не , имеют существенны:: различий но составу шнералоа, В веде тепден-дии отпечено более высокое содержание набухающих компонентов в агрегнроьашюЯ части ила (В) по сравнений с doднопептизнруemfi (ил А). Ото согласуется с более высокой дисперсностью и о более высокой удельной поверхностью шеа В по сравнению с илом А,

Преобладание гидрослшд и монтшрыллонитово-гидросушдистшс смешанослойннх неупорядоченных образований определяет сровнитель-но низкую емкость обмена изученных почв (14-20 мг-экв/100 г) и своеобразный характер кинетики нонообшшшх х^ащий (раздел 4*3).

4,2.Активность ионов раствора в почвах солонцовых комплексов В атом разделе рассматриваются вопросы изменения активности ионов при разбавлении почвенных паст и еуспеналй с целью выбора стандартного состояния для измерения активности, а также законо-и-ерности изменения активности Н*, Ыа+ и Ca2* в почвах солонцовых комплексов.

Ркс.1. Типовые кривые зависимости активности ионов натрия от соотношения т:ж (х - разведение) в ; логарифмической (<j) и неяогариф-1 шческой (j) формах; солонец

средний I - гор.Ап, 0-18 см, 2 - гор.Всн» 18-ГЗ см, 3 - rop.Bj,. 45-54, 4 - rop.Bc, 63-75 см;

1 " " Т4 солонец орошаемый 5 - гор. ВС,

106-122 см.

На основе экспериментальных данных подтверждено увеличение хй, рСа и рКа (лрд т:жс увеличением влажности (Трофимов, 1931; КрУПский И др., I9C2, 1968, 1974; Меяенив, i960; Uc George, 1937). Но при более низкой влажности (т;*<1:1) рНа с расширением соотношения твердой фазы почвы к раствору (т;ж) может как увели шватьел, так я у мент даться (рис. I). Причинами изменения активности ионов при разбавлении почвенных наст л суспензий является: 1) снижение концентрации иона в растворе вследствие рпз-явления раствора; г) дополнительное поступление иона в раствор з.ч citT растворенья солей (кальцаО, обменных реакций («ягрий); Г. удчлрнга иона hs раствор.» sa счет связывания <io р различного

рода комплексы, ассоциаты и т.п. (водород), В оолончових горизонтах вследствие гидролиза обменного натрия ирп р^с^ленил паст и суспензий резко увеличивается щсигочшсть (pti) растопра, которая способ сп.'ет сохранению доминантного положения кат щи ь растворе i затрудняет трансформацию обменных катионов.

В эасолешшх горизонтах при увеличении влажности ¿«створяются карбонат*! и гипс, прсисходит вытеснение обг.зпшх натрия и тгная кальцием раствора. В ре&ультате в суспензии по сра^неиш с настой наблюдается перераспределение ионов между раствором и ЯПК. В пасте большая часть натрия находится в обменном состоянии, а в суспензии он переходит почи целиком в раствор. Эти особенности солонцовых и засоленных горизонтов ошш испольном ни для их диагностики {раздел 5.4).

В качестве стандартных лабо^атор^нх услоиутх измерения активности ионов для характеристики почв солонцощх комплексов исследуемого района наш использовалась паста с постоянной влажностью 40# (вес).

Рассмотрены закономерности изменения активности ионов натрия в кальция по профилю лугою-каштанових, каштановых почв и солонцов.

4.3. Обметше реакция катионов в почвенных пастзх

В начале раздела расанатриваются некоторое общие полоуеипн теории ионообменных реакций, разработанные Гелройцем (19:^5), Гч-поном (1934), Никольским (1939), Черновым (1939), Горбуновым (1946), Орловым (1955), Кокотошш и Пасечником (1Э?0), Сзвпчэм (1981) и другими исследователями, и особенности этих реакций в почвенных пастах.

4.3,1. Кинетика реакций катионного обмена в почвенных пастах

К настоящее моменту подавляющее большинство исследотаий катионообмеиных реакций проиодолось при высокой влажности (т:х>1:б), которая в естественных условия« не встречается. Нами изучалась кинетика ионообменных реакций в почвенных пзстпх, что приближает вас к гознании процессов, протегкшщих в прирояшх условиях, и дает возшкность прогнозировать илменвндо вора и ЛПК при орошении.

Изучение кинетики обмена натрия я кальция в ш-; тот оозщрст-влялось с помощь» ионселектниннх электродов и к юл i ¡r^v;;'-^» s модификации Молодцова и Цгаатовой, Внсжнедиу1уэло1и;ач ooctwuíso-щая кинетики устранялась механическим перемзшазаяием.

Экспериментально показано, что с< отав обменных катионов во -всех вариантах стабилигируется в первые 5-Ю минут, С-остав раст-, вора при этом претерпевает некоторые изменения в течение 6-10 суток. Как правило, наблюдается увеличение активности 1:альция ш времени (рис. 2). Активность натрия в вариантах с концентрацией выше 0,01 а устанавливается в первые 3 минуты независимо от сопутствующего аниона (С1~, , т;е. до того момента, когда начинается измерение электродом (рис. 2). При внесении в воздушно-сухую почву 0,005 п растворов натриевых солей активность Ма приобретает постоянные значения лишь через Ю-ЭО минут (рис. 3). Специальные исследования с предварительным более низким увлажнением и внесением Са-На растворов позволили заключить , что эффект, показанный на рис. 3, проявляется ва счет медленного раотворения кальциевых содей (карбонатов, гуматов и других), которые вытесняют часть поглотившегося в первый игмоит натрия обратно в раствор.

Рмо,2 Гис.Э

Рис.2. Кинетические кривые активности ионов натрия и кальция. Влажность 40$: • - 0,01 И ЛаСХ, * - 0,01 и Иаг50+, Л - 0,01 Н На2С03.

Рис.3. Кинетические кривые. Вчажность 40$, 0,006 н КаСХ. А - первая серия: • - без предварительного увлажнения, о - предварительное увлажнение 25%, X - предварительное увлажнение 30;^; Ъ ~ вторая серия: • - Ич,Св *= ЮЛ, о - »«¡с» « = 1:1, X - Кв!С(1 « 1:Ю.

На основе этих данник сделан швод, что найлвдашшеся в течение 6-10 суток изменения состава раствора связаны не столько о ионообменными реакциями непосредственно, сколько с явлениями растворения н осаждения ела бора отворвмых солей. Возможную трансфер:*?*^1 состава обменных катионов в результате указанных изменений в растворе современными методами определить невозможно яэ-аа недостаточной точности,

4.3.2. Оценка иэотерш донного обмена на основе общей • характеристики почв

Для составления прогноза засоления в настоящее время экспериментальное определение изотера ионного обмена является трудоемким а производится с несколькими наиболее типичными для исследованной территории -образцами. Оба эти оостоятельства значительно затрудняют составление прогноза.

В работе показана принципиальная возможность оценки иэотерш пенного обмена с помощь» определ чия состава обменные катионов по Щефферу в модификации Мододцоза и Игнатовой и измерения активности ионов в пастах с ТОЙ же влажностью с помощью ионселек-тивных электродов (¿.не. 4). Сопоставление кривой, полученной вышеописанным способом для почв изученной территории (черные точки), и экспериментальных данных иэотерьи На-Се обмена (си, раздел 4.4.3) для Г0р.вш а АВ (кружочки) показывает их полное совпадение,

— -------------- . _.. ^----- рис.4. Построение изотермы

_ . обмена На+ и Са на

.. " • ...■■'' .. основе активностей На*

и Са^, измеренных в • . ' пасте т:»=1:0,4, и оос-

I тава обменных катионов

У* • - почв района.

л.

>

Подученная таким способом иэотерш является усредненной для почв, на основе общей характеристики которых она построена. В совокупности описанный подход обеспечивает сокращение сроков получения исходных для пропюаа данных а повышает его лостовер-коегь.

4.4, Состав обменных катионов ш в каштановых солонцовых

комплексов и факторы его определяющие В разделе рассматривается состав обменных катионов в зависимости от степени засоления почв, генетических особенностей горизонтов, а также влияние на него орошения.

4.4.1. Связь состава обменных катионов .с засолением Экспериментально показано увеличение количества обменного ■ натрия с ростам засоления, активности натрия (т:ж - 1:0,4) и отношения . На этой основе объясняется отмеченный

в литературе факт более высокого содержания обменного натрия в солонцовом горизонте солонцов, характеризуются более близким залеганием засаленных горизонтов к поверхности (Киршин, 1Э76; Киршин, Бабич 1078; Кинкин и др,, 1900).

4.4,Соотношение обменных натрия и магния Показано, что высокое содержание обменного магния (наряду в натрием) в солонцовых горизонтах, отмечаюцееся многими исследователями (Антипов-Каратаев, 1953), характерно не только для солонцовых, а для всех засоленных горизонтов почв изученной территории (рис. 5), На основе литературных данных (Пак, 1975; Горбунов и др,,1977; Зцшвец, Кауричева, 1979; Тюльпанов, Мануков

1981) такая же закономерчость

Рис,5. Состав обменных катионов почв района

4,4.3. Избирательное поглощение натрия солонцовый

горизонтом

гор ДВ каштановой почвы (р.XI-2-24). Равновесие достигалось многократным прошвакием навески образца заданным раствором (хлориды кальцин, юг'кя и натрия) до равенства составов входящего и шходящего растворов. "Подученные результаты (табл. 2) позволяют заключись, что Кна-Са и кмз-са в солонцовом горизонте шое, чем в гор.АВ каштановой почвы, т.е. при прочих равных условиях в солонцовом горизонте накапливается больше (в процентах от емкости обмена) обменных натрия и шгвия по сравнению с гор.АВ. Это свидетельствует о том, что солонцовый горизонт в ходе своего формирования приобретает более высокую избирательную способность ш отношении к натрию и магнии. Данные по иниералогкческоьу составу пока'не позволяют выявить причины атого явления.

Таблица 2

Сопоставление кажущихся констант обмена я содержание обманных катионов в гор,Вш и гор.АВ датодом оценки достоверности средней разнооти (гор.В™ минус гор.АВ)

Показатель в ' « та »^а», г 0(95

*Кв-Са 17 0,027 0,004 6,42 2,12

17 0,007 0,007 0,95 2,12

кМа.Са 16 0,092 0,025 Э,61 2,13

М«0(} £ 17 0,66 0,17 3,31 2,12

Ив 0У % 17 4,Б6 .1,48 3,09 2,12

с* 0 б'% -1.66 1,42 3,42 2,12

4,4,4*Стадийность трансформации состава обменных

* катионов при рассоления ,

Предложена гипотеза (совместно о Ф.И.Коздовским■и Т.В.Коро-^вк) стадийной трансформации состава обменных катионов при расселении засоленных горизонтов. Трансформация проходит три основные стад:г- на первой стадии часть натрия в ГПК замещается кадь-даем и мсинием; магний становится ДО) шврупцим компонентом среди обменных оснований. На второй стадии оставшийся натрий удаляется кальцием; магний остается на прежнем уровне. На третьей заключительной стадии магний постепенно замешается на кальций; домадантом (более 70-80*) становится кальций.

Следствий этой гипотезы - высокое содержание обменного даг-ыия в солонцовом горизонте изученных солонцов наследуется от более ранней стадии с высоким засолением.

Таким образом выявляются три причины сохранения и поддержания высокого содержания обменного магния в солонцовом горизонте}

1) унаследование обменного магния от засоленных горизонтов,

2) преимущественное поглощение магния по сравнении с кальцием в щелочных условиях (Егоров, 1977; Минкин и др., 1980) и 3) повышенная избирательная способность ППК солонцового горизонта по отношению к магнию. Все три причины действуют одновременно и способствуют длительному сохранению обменного магния в орощаещх' условиях,

4.4.5. Изменение состава обменных катионов при орошении Орошение в течекие 20 лет пресными водами (0,58 г/л) хлорид-но-гндрокарбонатно-сул ьфатного натриевого-кальциевого-магниевого состава способствовало накоплению в саиих верхних горизонтах орошаемых каштановых и лу го во-каштановых почв до 27~3J& оСмен,-^ ного магния. Глубже его содержание снижается до 13-15$,

Б результате частичного рассоления в солонцовом горизонте орошаемого солонца снизилось количество обменного натрия до против 20-22$ в богарных солонцах.

5. ДИАГНОСТИКА СОЛОНЦОВЫХ И ЗАСОЛЕННЫХ ГОРИЗОНТОВ .■

В главе рассматриваются возможность и ограничения исла"ьэо-вания различных показателей в качестве диагностических критериев солонцеватости.

Показано, что все ныне существующие показатели, основанные нв составе обменных катионов« активности ионов и распределений ила <3а исключением отношения воднопептизируедаго и агрегированного илов), целиком и полностью зависит от морфологической диагностики, т.е. атн показатели могут быть использованы для характеристики солонцегя то сти, если они определены в собственно солонцовом горизонте.

Состав обменных катионов (процент обменного натрия или сумма обменного натрия и магния) зависит от степени и химизма вчооле-ння. Поэтому засоленные горизонты по сравнению с солонцовыми оО^ л9пч»т более высокими величинами »тих показателей. В речуль^ате необходим yiet характера засоления.

Активнос*я ионов натрия и кальция и их соотношение, измеренные при одной (любой) влажности, вообще не характеризуют солонце-ватосгь. йш 'шпажают только засоление почв.

Для диагностики солонцового горизонта необходимо использовать спецшЫ^еские свойства, В связи с этим была сделана попытка выделить солошдеше горизонты среди засоленных на основе закономерностей изменения активности ионов при разбавлении почвенных паст и суспензий (раздел 4.2).

Еоу разработан натриевый критерий, представляющий собой сочетание двух величин: рНа1, измеренного в пасте т;ж=1;0,4, и ЛрКа-рИа2-р1Га^ разности величин pNa в суспензии (т:ж = eli2) ir плоте; на эталонной диаграмме (рис, 6) определяют соответствие этих величин типу горизонта: солонцовому, засоленноицу или незаселенной/. Опробывание натриевого критерия на нейтральных солонцах Ставрополья и Нижнего Заволжья (образцы любезно предоставили Б.А.Зишвец и В. А .Девятых) показало достаточно четкое обособление области сгущения лчек, характеризуй!, .е солоодо-вые горизонты. В область перекрытая попадают некоторые слабоза-

солешше горизонты, ____________ „

ч<4 . Рис.6, Диаграмма типов гори-

зонтов по натриевое критерию: о - А горизонты, х - солонцовые горизонты, • - засоленные горизонты.

Главное достоинство натриевого критерии - его независимость от морфологической диагностики, что позволяет его использовать в качестве контролирующего параметра.

Для дополнительного отделения образцов, попадацдих в область перекрытия, целесообразно использовать Л рН-критерий, представляющий собой изменение величины pli при разбавлении шоты в 10 раз Л plbpHj.g-pHj.Q 5. В солонцовых горизонтах ù til > 0,6 +.0*0. * '

Сочетание обоих критериев" позволяет выделать 5 групп горизонтов по характеру засоления и солокцеваюсти: I) солонцооде горизонты ссгарных немелиорировакных автоморсрш: солонцов,

2) частично мелиорированные» или подвергавшиеся мелиорации солонцовые горизонты, 3) засоленные горизонта с повышенной опасностью к ощелачиванию, 4) нейтральные засоленные горизонта, 5) слабо-засоленные некарбонатные горизонты- Одновременно внутри каждой группы, используя величину рЫа^, могут быть выделены несколько подгрупп по степени засоления.

6.3АШЧЕНИЕ

Проведенные исследования почв каштановых солонцовых комплексов северной части ставропольского края показали достаточную . типичность солонцов этих комплексов для районов Северного Кавказа и Нижнего Поволжья и выявили физико-химические особенности каштановых почв данной территории. Последние характеризуются сравнительно высоким содержанием обменного магния (10-20,5 и более); высокой пептизируемосты» почвенной массы водой, которая яххшется следствием низкого содержания гумуса, присутствия обменного магния, пщрофильности твердой фазы; относительно низкой емкоотыо обмена (14-20 мг-вкв/100 г) вследствие низкого содержания гуьтуса и преобладания среди глинистых минералов гидрослад и мэнтморил-лонитово-гидрослюдистнх смешаносяойных неуиорядочслиых образований.

В работе на конкретном аналитическом материале о помощью новых методов (метод Пфеффера в модификации Молодцова и Игвато- ■ вой и ионометрии) показана тесная взаимосвязь и вавишоСуслов-' ленность шогих физико-химических свойств солонцовых почв ^характером засоления. Анализируя эти взаимзсвязи, следует Отметить, что; ,

1. Активность ионов натрия и кальция в растворе во мэогом'' определяется химизмом и степенью засоления горизонта.'Она может рассматриваться как одна из характеристик засоленяя.

2. Состав обменных катионов находится Б непосредственной зависимости от активности отдельных ионов в раотворе и их соотношения между собой, Поэтокр увеличение степени засоления сопровождается возрастанием доли обменного натрия, что находится в хорошем соответствии с общей теорией обменных реакций, разработанной Гвдройцем, 1 Байоном, Никольским, Горбуновым а другими.

3. При рассолении засоленных горизонтов происходит стадийная трансформация состава обменных катионов, связанная о разной интенсивностью вытеснения магния и натрия.

Физшсодмические свойства зависят также от свойств и природы твердой $<азы почьы. В работе показано, что ППК солонцовых горизонтов исследованных почв в процессе солонцеобразования приобретает более высокую избирательную способность по отношении к натрию и магнию при прочих равных условиях,

Изучение физико-химических свойств почв каштановых солонцовых комплексов Ставрополья дало основание заключить, что использование состава обменных катионов и активностей ионов в качестве критериев солонцеватоети возможно лишь при условии юс определения в собственно солонцовом горизонте, выделенном по морфологии. Б свою очередь исследование закономерностей изменения активностей ' ионов при разбавлении почленных паст и суспензий позвашло разработать и предложить два ношх критерия (натриевый и Д рй-кри-терий), с помощью которых да гут быть быстро и точно диагностированы солонцовые горизонты нейтральных немелиорированных солонцов в ряду засаленных горизонтов независимо от морфологической днаг-иэстики, что имеет значение при юследовянии почв распаханных территорий, а также выделены 5 групп засоленных горизонтов по характеру засоления и солонцеватоста и одновременно внутри каждой группы несколько пс.^групп по степени засоления,

Физико-химические свойства имеют большое значение для мелиорации почв, а именно для оценки степени мелиоративного воздействия и при составлении почвенно-мелиоративиых прогнозов.

Полученные результаты показывают, что при составлении прогнозов изменения засоления.и состава обменных катионов I) кинетическим фактором ионообменных реакций можно пренебречь вследствие того, что состав обменных катионов в статических условиях стабилизируется в первые 5-10 минут, и-2) изотерма ионного обмена доя почв одного региона, которая характеризует перераспределение катионов между раствором и ППК, ткет быть оценена на основе определения состава обменных катионов и активностей ионов в почвенных пастах с одной влажностью.

Разносторонняя мелиоративная характеристика орошаемых почв, приведенная в работе и шишчашая состав обменных катионов, рН почвенного растворе, способность почвы подщелачивать суспензию, активности иойов в растворе и,их соотношение меаду собой, пентя-зируемость ила водой, а также ряд других физических и химических подавателей, раскрывает разнообразные свойства солон*tm и каштановых почв изученной территории. Такой коммексный подход в оцен-

ке свойств является теоретической *ос для рл эра сю тки комплекса приемов, который обеспечит глубокую и всесторонний мелно^ищив1 солонцов.

ОСНОВНЫЕ ЕиВДШ И ПРАКТИЧШСИЕ РЕКОШШ'ИШ

1. Установлены фи я и ко -хн ми яв скпе особенности каштановых почв, расположенных на территории колхоза-племоавода ш.В.й .Ленина

(пос .Киедка) А па на с енковекого района Ставропольского края: I) сравнительно высокое содержание обменного катнет (Ю-20# и более); 2) высокая пентиэируемость почбеннол массы водой (8-3/0; 3) относительно низ^ад емкость обшиа (14-20 мг-экв/ЮО г).

2. Ка«ущнеся константы %а.Са и к„а_Са в солонцовом горизонте выае, чем в гор.АН каштлноьой почвы, что обусловлщоет при прочих равных условиях более высокое содержание обменных натрия и магния в солонцовом горизонта, Измененче констант показывает, что солонцовый горизонт в ходе своего формирования приобретает более высокую избирательную способность по отношению к натрию и магнию.

3. Изучены закономерности изменения активности ионов и состава обманных катионов при разбавлении почвенных паст к суспензий. Показано, что в пастах (т:ж< 1:0,5) натрия бс.^ьше находится в обменном состоянии по сравнению с раствором, и, наоборот, в суспензиях наблюдается перераспределение ионов натрия между раот-воров и ШК в пользу раствора. Характер перераспределения зависит от особенностей генетических горизонтов, наличия карбонатов

и гипса. .

4. Изучена кинетика катионообмеиных реакций в почвенных пастах при условии устранения внешнедиффузно нн ой составляющей. Установлено, что состав обменных катионов стабилизируется в первые

5-10 минут, а состав раствора, находящегося в соприкосновении о твердой фазой, может претерпевать некоторые изменения в течение

6-10 суток, что связано не столько с ионообменными реакциями непосредственно, сколько с явлениями растворения и осаждения ■ елаборастлоримых солей. На этом основании при составления прогнозов засоления в почвах, расположенных на территории Ш очереди ПЕООС, кинетический фактор ионообменных реакций мэмет не учитываться.

5. Показана принципиальная возможность и рекомендуется оценивать изотерму ионного обмена для почв одного региона на основе определения состава обменных катионов в этих почвах по

в шдл£икяцди Мол«щош t iiriютовой и измерения активности ионов в почвенных пастах с одной влажностьы при помощи ионселективних электродов.' Полученная таким способом изо терт ионного обмена может оытъ использована Для прогнозирования характера изменения составов раствора и обменных катионов при о].юшенш(, прошьках засоленных почв, химической мелиорации солонцов.

6. Предложены и опробованы два новых критерия диагностики солонцовых горизонтов (натриевый и дрН-критерий), основанные на закономерностях изменения активности иа* и рН при разбавлешш почвенных паст и суспензий;

- натриевый критерий представляет собой определенное сочетание двух величин: риа,, иэмерешюго в пасте t;jKj=î:014, и дрНа-рКа^-рКа^ разности величин рНа в суспензия

и пасте; на эталонной диаграмма определяют соответствие этих величин типу горизонта: солонцовому, засоленноод или незасолен-ному; критерий опробован на нейтральных солонцах Ставрополья и Нижнего Заволжья;

- лрН-кратериЙ представляет собой разницу вечкчин pli в пасте и суспензии, различающихся в 10 раз; в солонцовых горизонтах

д рН > 0,6*0,8;

- сочетание обоих критериев характеризует физико-химическую солонцзватость и позволяет вычленить солонцовые горизонты нейтральных не мелиорированных автоморфных солонцов среди засоленных горизонтов независимо от морфологической диагностики;

- сочетание натриевого и ¿рН-критерия открышет возможность выделить 5 групп засоленных горизонтов «о хй]>актеру засоления и солонцеватости и одновременно внутри каждой группы несколько подгрупп по степени засоления.

7. Орошение в течение 20 лет пресными водами судь^^тно-магниевого со ста m без применения других способов 1леля01-я циа по-разному повл!1>1ло на свойства почв каштановых солонцовых комплексов: -

- изменение большинства общих свойств (содержание гуцуса, плотности, распределения ила и других) установить не удалось;

* - в пахотных горизонтах орошаемых каштановых и лугово-каш-таношх почв накопи~ось до 27-32* обменного магния; повысилась щелочность; . -

- орошаемые солонцы частично рассолшгись; состав солей по -водной вытяжке изменился с сульфатно-хлоридного на хло^идн^-сул^фаткиЯ; поросилась щелочность в нижних горизонтах;

- в солонцовых горизонтах орошаешх солонцов снизилось количество обменного натрии с 22 до уменьшилась активность ионов < натрия в растворе; снизалась пептизируемость ила водой по уровня зональных почв; сохранилась способность сильно подщелачивать суспензии.

8. Предложен способ определения основных компонентов ионно-оолевого состава почвы (воднорастворишх солей, обменных катионов, карбонатов кальция, магния и гипса) в одной навескэ. Способ основан на методе Пфеффера в модификации Молодцова и Игнатовой. Обосновано применение указанного метода для определения состава обменных катионов в засоленных, карбонатных и гипсоносных почвах. Метод хорошо воспроизводим ( v ^ б^), занижает емкость обмена не более, чем на I мг-экц/100 г, и завышает содержание обменного кальция в карбонатных и гипсоносных образцах, не более, чем на 0,3 мг-экв/100 г.

Материалы диссертации опубликованы в следующих статьях;

1. Хитров Н.Е. Зависимость активности натрия от соотношений почва:вода. - Бюллетень Почвенного ин-та им.В,В.Докучаева, 1981, ВЫП. 27, O. 14-17.

2. Хитров И,Б. Натрий в солонцовых и засоленных почвах: форт, методы определения, диагностика. - В кн.: 71 делегатский съезд Всесоюзного общества почвоведов: Тезисы докладов. Тбилиси, 1981, кн.2, о. 74-75.

3* Хитров Н.Б. Проверка метода определения обменных катионов по Щеффердг в модификации Молодцова я Игнатовой, - Шчвов'едещге, 1982, № 6, с. I06-III.

4, Хитров Н.Б. Способ диагностирования солонцового горизонта, - Решение о выдаче авторского свидетельства от 29 toaрта 1982 г. по заявке « 3299413/30-15. ' -

■ Л-7РЗЯ1 LT Я 1 I . Зяяяа «18 'Шрвл ICO IИП. ВАСХ1ГНЛ