Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Формы соединений кремния, алюминия, железа и марганца в орошаемых почвах солонцового комплекса Южного Заволжья

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Формы соединений кремния, алюминия, железа и марганца в орошаемых почвах солонцового комплекса Южного Заволжья"

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

На правах рукописи ЖАЛАБ БАДЕР ЕДДИН

УДК 631.445.53 : 631.67(470.31)

ФОРМЫ СОЕДИНЕНИЙ КРЕМНИЯ, АЛЮМИНИЯ, ЖЕЛЕЗА И МАРГАНЦА В ОРОШАЕМЫХ ПОЧВАХ СОЛОНЦОВОГО КОМПЛЕКСА ЮЖНОГО ЗАВОЛЖЬЯ

Специальность 06.01.03 — агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

МОСКВА 1992

Работа выполнена на кафедре почвоведения Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Научные руководители: доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик РАСХН Панов Н. П.; кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Гущин В. П.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук Большаков В. А.; кандидат сельскохозяйственных наук Мясников В. В.

Ведущее учреждение — кафедра физики и мелиорации Московского государственного университета. ^

Защита диссертации состоится » . 199£ г- в » час- на заседании специализированного совета К 120.35.01 в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Ваши отзывы и замечания в двух экземплярах, заверенные печатью, просим присылать по адресу: 127550, Москвг И-550, Тимирязевская ул., 49. Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦН5 ТСХА.

Автореферат разослан » .

. 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета — кандидат биологических наук, доцент

М. В. Вильяме

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. Орошение в засушливых районах мира, а том числе и в Сирии, резко повышает производительность почв. Однако орошение без тщательного учета почвенно-мелиоративной обстановки и без применения целого комплекса агромелиоративных мероприятий, как правило, приводит к деградации почв,. потере ими плодородия я исключению из сельскохозяйственного использования. В настоящее время -ороаениэ осуществляется различными способами и нормами. Следовательно, только по гидрологическому режиму имеет место большое разнообразие орошавшие почв - от небольшого дополнительного увлажнения до длительного затопления. Однако до сих пор остаются еще недостаточно изученными процессы» протекающие э орошаемых почвах, тем более в почвах с различной интенсивностью орошения. Знание же общей направленности почвенных процессов в тех или ивых мелиоративных условиях и скорости их протекания позволит предупредить иволга нежелательные последствия. . .

Кесшппсатнпз соединения являются блияэЯяаи вещественным резервом, который в первую очередь вовлекается в почвообразовательные процессы. Существует обширная литература о том, что трансформация, миграция и аккумуляция несиликатных соединений кремнезема, алюминия, железа и маргавда самым.активным образом влияют на формирование про- ■ филя почв, во многом определяют их свойства и являются свидетелями протекающих в них почвенных процессов, т.е. диагностируют их. Между тем аналогичные сведения применительно к орошаемым почвам весьма ограничены, разрознены я неоднозначны.

Актуальность исследований определяется слабой изученностью вопроса о роли несиликятных соединений в почвообразовательных процессах орошаемых почв и особенностях проявления этих процессов в почвах различной степени гидроморфизма»

Цель и задачу исследований. Целью работы явилооь изучение процессов трансформации, миграции и аккумуляции неоиликатных соединений кремнезема, алюминия, железа и марганца в орошаемых солонцовых- и каштановых почвах Заволжья; на основании полученных материалов выявить направленность почвенных процессов в орошаемых почвах различной степени их гидроморфизма.

Конкретными задачами явились следующие:

1. Используя существующие химические методы исследований определить несиликатные, окристаллизованныа, аморфные и.водорастворимые соединения кремнезема и полуторных оксвдов. •

2. Проанализировав статистические данные распределения несиликатных соединений по профилю изучаемых почв, выявить тенденцию их трансформации и миграции.

3. Выявить особенности содержания и распределения несиликатных кремнезема и полуторных оксидов в зависимости от проявляющихся процессов в орошаемых солонцовых и каштановых почвах.

, 4. Установить закономерности в-соотношении и распределении различных форм несиликатных соединений в изучаемых почвах разной степени увлажненности.

Ца,учнад новизна работы. Проведено комплексное изучение содержания, соотношения и распределения несиликатных форм кремнезема алюминия, железа и марганца с целью выявления направленности процессов в орошаемых почвах солонцового комплекса Южного Заволжья.

Дана сравнительная характеристика изучаемых почв по формам несиликатных соединений и выявлены закономерности между формами соединений и проявляющимися процессами гидролиза и оглеения в -условиях- орошения..

Установлены некоторые показатели изучаемых несиликатных соединений, диагностирующие гидроморфизм орошаемых почв. .

Практическая ценность работы. Определены подходы для разработки конкретных диагностических показателей проявляющихся щелочного гидролиза и оглеения при различных условиях орошения, что крайне необходимо в настоящее время для создания мониторинга орошаемых почв, выбора оптимальных режимов орошения и предотвращения их деградации.

Апробация работы. Результаты исследования докладывались на кафедре почвоведения (1990-1992 гг.) и научной конференции молодых ученых МСХА в 1991 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликована I статья.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов, списка литературы и приложений. В тексте помещены 22 таблицы, в приложении ЪЬ таблиц. Общий объем работы составляет страниц. Список литературы включает ,?3i работ, в том числе 31 на иностранных языках.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами исследований служили лугово-степяые солончаковые солонцы влагозарядкового орошения (ВЗО) и каштановые почвы, орошаемые агрегатами "Волжанка'' и "ДДА-100".Кисловской оросительной системы Волгоградской области. Для сравнения изучались неорошаемые аналоги, а также луговая солодь в небольшом лимане, расположенном вблизи изучаемых солонцовых почв.

Механический состав каштановых почв и солоди' сроднесуглинио-тый, солонцов - легкофхяинистый. Содержание гумуса в солонцах составляло 1,6-2,0$, в каштановых почвах - 2-3$, в солода - 4%. Водорастворимые соли в профиле каштановых' почв и солоди практически отсутствовали. В солонцах целинных и богарного освоения с глубины 40-50 см содержание солей сульфатного типа составляло 2,5%.

В орошаемых солонцах произошло выщелачивание половины солей до глубины 100-120 см.

При выборе объектов исследований принималась во внимание различная степень увлажненности почв. Так, у целинных и освоенных в богарных условиях почв увлажнение было минимальным в условиях сухо-степной зоны. На солонцах участка ВЗО первые 6 лет с 1ЭБ5 года проводились регулярные влагозарядковые и вегетационные поливы оросительной нормой до 5000 м3/га, в результате чего грунтовые вода поднялись с 6-7 до 2-3 метров. В последующем во избежание вторич-' ного засоления вегетационные- поливы осуществляли периодически толь- . ко в сильно засушливые годы. Луговая солодь имела максимальное поверхностное переувлажнение за счет паводковых вод, накапливающихся в лимане. Орошение каштановых почв проводилось с 1975 года оросительной нормой около 3000 м3/га. В зависимости от применяемого агрегата условия увлажнения несколько различались. Позиционное орошение "Волжанкой" без автоматизированной системы регулирования-водного. режима часто приводило к переполивам. Более высокая степень гидроморфизма каштановой почвы в этом варианте по сравнению с вариантом орошения "ДДА-100" выражалась в первую очередь морфологически более сильным оглеением почвенного профиля и наличием железо-марганцевых конкреций.

Достаточно убедительным подтверждением различной увлажнавноо-Ти почв изучаемого ряда может служить глубина залегания карбонатов , Ъ йкх. Солонец целинный имел карбонаты в горизонте.В]; с глубины ■■ §-10 см, а солонец богарного освоения - с поверхности. Орошение снизило, их содержание в пахотном и подпахотном горизонтах в два -раза. Однако полного выщелачивания из верхних горизонтов не произошло. В солода карбонаты обнаружены на .глубине 70 см. В кашта-.новой неорошаемой почве карбонаты залегали в горизонте В2 с глубины 40 см. Такая же глубина их аккумуляции характерна и для вариан-

та орошения "ДДА-ЮО". При орошении "Волжанкой" глубина залегания карбонатов снизилась до 100 см.'

В 1989 году на участках с вышерассмотренными почвами были заложены основные разрезы, в которых сделано-морфологическое описание, отобраны по генетическим горизонтам образцы для лабораторных исследований. С помощью бура определены глубины залегания грунтовых вод. Кроме того в радиусе 100-150 м от ка-кдого основного разреза из трех дополнительных точек отбирались образцы верхних горизонтов до глубины 50 см для статистической обработки основных изучаемых параметров.

В отобранных образцах были выполнены следующие анализы: механический состав - по Качинскому; рН водный ^ потенциометрически; гумус - по Тюрину; карбонаты - на кальциметре; водорастворимые соединения - по Аринушкиной; поглощенные основания в засоленных почвах - но Пфефферу, в каштановых почвах поглощенный натрий опрэде- \ лялся в вытяжке углекислого аммония, кальций и магний - по Тюрину;• валовые кремний, алюминий, железо и марганец - методом плавления,

а также на приборе УВА-30; несиликатные железо - в дитионитовой

н*

вытяжке по Мера-Джексону и алюминий - в 1,0 ИаОН вытяжке; свободный (потенциально подвижный) кремнезем - по Гедройцу; амор|ные формы железа, алюййния и марганца - по Тамму, аморфный кремнезем рассчитывался по Гедройцу; органоминеральные соединения - в пирофос-фатной вытяжке по Александровой.

Определение конкретных химических элементов из вышеперечисленных штяжек осуществлялось на атомно-адсорбционном спектрофотометре. Все аналитические определения осуществлялись в 3-х кратной повторности. По основным формам несиликатных соединений проводилась статистическая обработка методом дисперсионного анализа.^

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ I. Влияние орошения на подвижные формы кремнезема

Количество потенциально подвижного кремнезема, извлеченного Ь% КОН вытяжкой по Гедроацу, составило от 0,63 до 1,95$ - в солонцах и каштановых почвах и до 2,87$ - в солоди (табл.1 и 2). Его распределение по профилю неорошаемых солонцов носит поверхностно-аккумулятивный характер. В орошаемых солонцах характер распределения сохранился, но общее содержание существенно увеличилось. В нижних горизонтах увеличение составило 0,4-0,5$. В условиях повышения влажности орошаемых солонцов очевидно усиливается разрушение кремнийсодержащих минералов, вследствие чего и увеличивается содержание потенциально подвижного кремнезема."Кроме того, накопление его в нижних горизонтах может происходить за счет перераспределения наиболее подвижных форм. Содержание кремнезема щелочной вытяжки в верхних горизонтах солоди было 'в 1-/5-2 раза выше, чем в солонцовых почвах. Следовательно, сояодеобразование сопровождалось более интенсивным разруШе^ибМ минералов и накоплением общего подвижного кремнезема;не $ойько чв горизонтах А^ и но и в горизонтах В^ и В2-

В каштановых почвйх -.распределение кремнезема щелочной вытяж- . ки было несколько иным 'по сравнению с солонцами и солодью. По мере увеличения гидроморфизма каштановых почв (от неорошаемых до орошаемых "Волжанкой") распределение его изменилось с поверхностно-аккумулятивного ца элювиально-иллювиальное, что несомненно является следствием усиления трансформационно-миграционных процеосов.

По К.К.ГедроЙцу (1926), свободная (аморфная) кремнекислота представляет собой остаток после связывания алюминия и кремния в алюмосиликатные соединения типа каолина. Аморфный кремнезем .в неорошаемых солонцах, так же как и потенциально подвижный, максй-

мально накапливался в верхнем пахотном горизонте, книзу его содержание уменьшалось. Подобный характер накопления аморфного S'lOg многие исследователи объясняют биологической аккумуляцией .'^Тюрин И.В., 1937; Усов Н.И., 1943; Базилевйч Н.И., 1947; Болышев И.Н., 1964 и др.). При орошении произошло выращивание его содержания по всему профилю. Причем, если в верхних горизонтах количество свободного кремнезема превышало богарный аналог на нижнем статистически доказуемом уровне, то в нижележащих горизонтах превышало в 4-5 раз. Это свидетельствует о том, что природа аморфного кремнезема обязана не только биологическому фактору, но и щелочному гидролизу, проявляющемуся при содообразовании в солонцовых почвах в повышенных условиях увлажнений (Антипов-Каратаев И.Н., 1953; Буйлов В.В., 1972 и др.). В солоди наблюдалось максимальное количество SiOg по сравнению со всеми изучаемыми почвами, что может быть объяснимо и биологической аккумуляцией, как отмечалось ранее, и щелочным гидролизом, который К.К.Гедройц (1926), считал основной причиной проявления процесса осолодения почв. Не менее важной причиной высвобождения и накопления аморфного , кремнезема являются процессы оглеения, интенсивно проявляющиеся в солодях (Кауэичев И.С., 1971).

В каштановых почвах аморфный кремнезем распределялся по аналогии с солонцами. Но орошаемые каштановые почвы отличались меньшим его содержанием. Очевидно процессы, приводящие к накоплению аморфного кремнезема в каштановых почвах, протекали значительно слабее. По-видимому, накопление аморфного кремнезема в каштановых почвах имеет преимущественно биологическую природу. Трансформация минеральной массы при орошении каштановых почв агрегатом "ДйА-ЮО", вероятно, проявлялась на уровне взаимопревращений" окристаллизованных, аморфных и водорастворимых форм несиликатных

Несиликатные соединения кремнезема и алюминия в солонцах и солоди

Т

ЯОо

А1п0

Горизонт в

глубина, см

(по Гедройцу) 1-------

{общий¡связан¡свобод •потен- |ный с ный !циально;А12Оо (амор|> (подвиж- а | ный)

!ний ' I ♦

!ный_

| % от почвы I _

водо-[общий ■ окри^амор^водо-раст-^еси- стал-{ный вори-; ликат- ;

■ 1НЫЙ 138" I

растворимый

мг/ { 100 г!

!

от почвы

¡мг/ ¡100 г

АП С 0-35) 1,12 0,82 0,30 12,68 0,70 0,40 0,30 1,24

(45-55)Х 0,90 0,70 0,20 3,54 0,63 0,32 0,31 0,06

(62-72) 0,63 0,54 0,09 1,50 0,45 0,15 0,30 сл.

ЭС2 (115-125) 0,68 0,58 0,10 -2,00 0,49 0,21 0,28 —-

С (180-190) 0,73 0,67 0,06 1,90 ' 0,47 0,29 0,28 _ II __

Солонец - - ВЗО,

Ап ( 0-30)Х 1,32 . 0,82 0,50 6,01 0,70 0,30 0 ,40' 0,72

В2 (30-40)Х 1,02 0,58 0,44 6,76 0,50 0,20 0,30 0,04

ВОд- (50-60) 1,08' 0,69 0,39 2,92 0,59 0,31 0,28 сл.

Ш2 ( 80-90) 1.Ю 0,72 -'0,38 .1,90. 0,61 0,33 0,28

0 (180-190) 1,06 0,62 0,45 • 1,90 0,53 0,21 0,32 и

■Солодь

А£ ( 5-15)х 2,67 0,94 1,93 13,36 0,75 0,54 0,21 .2,34

А^ (15-25)* 2,13 1,19 0,94 9,30 1,01 0,72 0,29. 2,22

В£ (33-43)/ 1.77 . 1,77 нет 7,72 2,05 1,54 0,51 0,20

% (60-70) 1,49 1,49 4,90 1,45 1,05 0,40 0,33

ВСК (97-107) 0,69 0,69 1,53 0,86 0,63 0,23 сл.

С (150-160) 1,03 5.03 3,20 0,91 0,63 0,28 _п __

ШР0,05 . 0,16 0,09 0,16 5,07. 0,09 0,10 0,06 0,53

- среднее значение пространственной повторности для.НСРд

Несиликатные соединения кремнезема и алюминия в каштановых почвах

Горизонт и

глубина, см

Э'Оо

А1203

(по Гедройцу) |водо— общий 1окри- !аморф

~П-1-— Раст- неси- стал- ный

Ий СВЯ- (свобод вори- лизо- '

общий ¡СВЯ- (свобод!ВОРИ- ¡лйзб-

!потен-!зан- ¡ный !мый ¡ванный'

? ттгто ттт_ _ I иий <-» : ( аМОТу!) I |

! !

_____

!циаль-!ный с;(аморф! !но-под!а1оОо¡ный) ! !вижный! г I

Г

от ПОЧВЫ

|МГ/

100 г !

водо-раствори-мый

от почвы

Каштановая - богара

Ап ( 0-23)х 1,95 1,20 0,75 14,10 1,02 0,71 0,31 1,20

Вд; (23-33)Х 1,53 1,18 0,35 7,22 1^00 . 0,69 0,31 0,38

Ви (38-48) 9 1,23 1,03 0,20 3,80 0,88 0,58 0,30 сл.

В3К (69-79) 1,01 0,89 0,12 5,82 0,74 0,44 0,30 —

ВС (130-140) 1,08 0,81 0,27 4,70 0,68 0,45 0,23 сл.

С (180-190) 1,04 0,77 0,27 4,83 0,66 0,46 0,20 (1

Каштановая - "ДДА-ЮО"

Ап ( 0-27)х 1,46 1,07 0,39 7,76 0,91 0,61 0,30 0,36

В1 (27-37)* 0,96 0,96 нет 6,82 1,00 0,70 0,30 0,22

В2 (44-54) .^0,80 0,80 3,10 0,81 0,53 0,28 сл.

ВзК(66-76) 0,88 0,64 0,24 3,02 0,54 0,27 0,27

ВС (97-107) 0,64 0,50 0,14 3,30 0,41 0,18 0,23

С (180-190) 0,73 0,59 0,14 3,91 0,49 0,23 0,26 п

Каштановая - "Волжанка" -

Ап ( 0-25)х 1,49 1,40 о.оэ : 16,27 1,25 0,94 0,31 4,30

Вх (27-37)х 1,16 1,16 нет 9,54 1,30 0,99 0,31 1,71

Вр (45-55) 1,59 1,59 _Т!_ 7,30 1,42 1,04 0,38 0,65

В3 (74-84) 1,39 1Д4 0,25 7,31 1,00 0,67 0,29 0,55

ВСк (118-128) 0,92 0,81 0,11 4,33 0,69 0,43 0,26 сл.

С (190-200) 0,90 0,80 . 0,10 2,30 0,67 0,45 0,22 ' __ И _

Н0Р0,0о. 0,19 0Д6 0,15 3,31 0,11 0,08 0,04 0,87

х - средние значения пространственной повторности для НСРд^з

- 9 -

г

соединений. Однако при орошении "Волжанкой" в метровом слое (до глубины залегания карбонатов) содержалось значительно больше Б' Оз, связанного о А12О3. Такая же закономерность отмечена'и в солоди. Таким образом, если в солоди трансформационно-миграционные процессы проявлялись в виде разрушения минералов, интенсивной миграции полуторных окислов, других соединений в нижележащие горизонты и накопления в верхних горизонтах аморфного кремнезема, то в каштановых почвах, орошаемых "Волжанкой", по-видимому, происходит трансформация с последующим образованием или синтезом вторичных минералов типа каолина.

Содержание водорастворимого кремния в изучаемых почвах характеризуется невысокими показателями (1,5-16,3 мг/100 г). Максимальное его количество содержалось в верхних горйзонтах. Во всех почвах изучаемого ряда в нижних горизонтах содержалось значительное количество карбонатов, а в солонцах - и водорастворимых солей, которые осаждают и связывают соединения -кремнезема, обуславливая минимальные количества в почвенном растворе. По мере выщелачивания карбонатов опускалая и максимум водорастворимого кремния, что наблюдалось чв -солоди и каштановых почвах, орошаемых "Волжанкой".

2. Изменение фракционного состава алюминия в орошаемых почвах

Преобладающей в составе валового алюминия изучаемых почв представлена группа соединений, входящая в состав алшосиликат-ных минералов-, которая составляла 86,6-96,1%.

Содержание несшшкатного алюминия составляло 0,41-2,05^ или Зу9-13,45С от валового (табл.1, 2). Распределение его в солонцовых Почвах» а также в каштановых богарного освоения и орошаемых агрегатом "ДДА-ЮО" носило явно выраженный поверхностно-аккумулятивный характер. В солоди и в каштановых почвах, орошаемых "Волжан- 10 -

кой", наблюдалось'элювиально-иллювиальное распределение. В последних проявлялись процессы оглеения, а также увеличивалась миграционная способность свободного алюминия, что обусловило его перераспределение по профилю. В неорошаемых же и орошаемых небольшими нормами почвах происходила, как уже отмечалось, аккумуляция несиликатного алюминия в верхних горизонтах почвы без перемещения в.нижележащие горизонты. По-видимому, соотношение силикатного алюминия к несиликатному, по аналогии с железом, может характеризовать степень выветривания. По нашим результатам наименьшее соотношение (6,5—14,6) характерно для "солоди. Более низкое соотношение должно свидетельствовать о более интенсивном выветривании. В солонцах этот коэффициент составлял 19,4-30,8, в каштановых почвах, орошаемых агрегатом "ДПА-100" - 11,3-25,1, в каштановых почвах, орошаемых "Волжанкой", приближался к солоди (8,6-15,6).

В составе несиликатного алюминия солонцов окристаллизованные . и аморфные формы были представлены примерно, равными количествами. В солоди же резко преобладали окристаллизованные формы над аморфными (в 2-3 раза). Следовательно, увеличение содержания несиликатного алюминия в солоди обусловлено преимущественно за счет окристаллизовавных форм. Накопление аморфного и окристаллизован-ного алюминия в иллювиальных горизонтах, по-видимому, связано не со щелочным гидролизом, который проявлялся в элювиальных горизонтах, а. с процессами оглеения. Как отмечает Н.М.Можейко (1960), в нейтральных и щелочных почвах свободный алюминий может накапливаться только за счет оглеения. Наши исследования свидетельствуют о слабом проявлении щелочного гидролиза в иллювиально-глеевых горизонтах солода, что подтверждается отсутствием в них свободного кремнезема (по Гедройцу). Появление же в этих горизонтах

не связанного с алюминия и накопление окристаллизованных

его форм подтверждают очевидность разрушения алюмосиликатов в процесое оглеения.

Кашатновые почвы по количеству и распределению аморфных форм не различались. Их содержание было в 2-4 раза меньше, чем окристаллизованных. Распределялся аморфный алюминий равномерно, чего нельзя сказать об окристаллизованном алюминии, который накапливался в верхних горизонтах."Причем, в почвах, орошаемых "Волжанкой", его количество существенно превышало два других варианта каштановых почв. А глубина максимального содержания соответствовала бескар-Сонатной оглеенной части профиля, что наблюдалось и в солоди.

Таким образом, накопление и распределение окристаллизованных форм алюминия в каштановых почвах, так же как и в солоди подчинялись общей закономерности, а именно - содержание окристаллизован-ного алюминия увеличивалось с усилением оглеения. Следовательно, алюминий может диагностировать гидроморфизм изучаемых почв. Однако в отличие от железа не аморфными, .что будет показана далее, а окристаллизованными .формами.

"Э. Изменение фракционного состава железа в орошаемых почвах

'•Силикатное железо, как известно, связано в минералах и может вадвобождаться из них при выветривании, трансформируясь в несили-' латные формы. В солонцовых почвах и солоди силикатного железа со- . Держалось.3,11-5,23$, в каштановых - 3,12-4,45$, что составляло *Ю-82$ от валового. Профили силикатного и валового железа в изучаемых почвах идентичны..В освоенных почвах они распределялись ■ более равномерно. Солонцы целинные и солодь отличались елювиаль-ными профилями. Максимальные колебания в содержании силикатного железа, как и валового, характерны для солоди.

Несиликатное железо - свободное и не связано в силикатные минералы. В известкой мере оно характеризует их трансформацию. Его содержание в почве колебалось в пределах 0,84-1,31, т.е. па градации А.А.Кармановой (1979) и С.К.Зонна (1982) было низким (табл.3, 4)..Это объясняется слабым выветриванием в условиях недостаточного естественного увлажнения. Солонцы слабо различались по данному показателю. Свободное железо распределялось по профи-. ч лю данных почв более-менее равномерно с некоторым накоплением в верхних горизонтах. В солоди характер его распределения элювиальный, в каштановых почвах - поверхностно-аккумулятивный. Соотноше^-ние силикатного железа, которое принимается за показатель интенсивности выветривания (Зонн C.B., 1982) изменялось в соответствии с отмеченной закономерностью. Наименьшие значения этого показателя, что соответствует более интенсивному Быветриванию, в сравнении с другими почвами.характерны для горизонтов Aj и Аз солоди, а также для верхнего горизонта каштановых почв, орошаемых "Волжанкой" (3,70 - в солоди,и 4,24-4,30 - в солонцах; 2,80 - в каштановых почвах, орошаемых "Волжанкой" и 3,15-3,35 - в богарных и орошаемых "ДЦА-100"). Таким образом, увеличение гидроморфизма в напряженных термических условиях сухостепной зоны усиливало процессы выветривания, сопровождающиеся трансформацией минералов и высвобождением из них железа, переходящего в свободные формы.

• Содержаний окристаллизованных и аморфных форм в составе не- силикатного железа.позволяет судить о степени гидроморфности и автоморфности почв. Чем более гидроморфны почвы, тем больше в них образуется и накапливается аморфного железа в результате чередования восстановительных и окислительных процессов. В автоморфных почвах при господстве окислительных процессов, наоборот, накапливается и преобладает окристаллизованное железо (Зонн C.B., 1982).

Кесиликатные соединения железа и марганца в солонцах и солоди

Р02% | . МпО

Горизонт глубина, см общее (окри- аморф-несшшстал- нов катнов!лизо- ! ¡ванное: ^ ¡"¡»л- ¡Ж: 1мг/ ! !

% от почвы |1Ш1'| мг/100 г

Солонец - богара

Ап ( 0-35? 1,20 0,93 0,27 0,29 2,46 41 х 0,07

В2 (45-55? 1,00 0,72 0,28 0,39 1,43 51 0,07

ВСХ (62-72) 1,02 0,76 0,26 0,34 0,49 50 0,07

ВС2 (115-125) 0,96 .0,69 0,27 0,39 0,68 40 0,05

С (180-190) 0,90 0,61 0,29 0,48 0,60 40 0,07

Солонец - ВЗО

Ап ( 0-30 )Х 1,09 0,81 0,28 0,35 0,97 69 0,07

% (30-40)" 1.П 0,86 0,25 0,29 0,74 50 0,07

ВС1 (50-60) 1,00 0,81 0,19 0,23 0,51 50 0,11

ВС2 (80-90) 1,00 0,80 0,20 0,25 0,48 40 0,05

С (180-190) 1,07 0,81 0,26 0,32 0,52 40 0,11

Солодь

Ах ( 5-15 )х 0,84 0,14 0,70 5,00 1,47 29 0,09

^ (15-25)Х 0,85 0,25 0,60 2,40 1,83 50 0,05

^ (33-43)Х 1,21 0,71 0,50 0,70 0,63 74 0,05

% (60-70) 1,29 0,89 0,40 0,45 0,68 60 0,05

ВСк (97-107) 1Д4 0,98 0,16 0,16 0,33 30 0,03

С (150-170)' 1,20 1,01 0,19 0,19 0,24 40 0,02

НСР0,05 0,06 0,06 0,05 - 0,67 II 0,01

х - средние значения пространственной повторности для НСРц^д

Несиликатные соединения железа и марганца в каштановых почвах

Т

Горизонт и

глубина, см

¡общее |неси-¡ликат-«ное

окри-ал-

•¡лизо-!ванное !_

Ре^О.

аморфное

МпО

% от почвы

аморф-{водора-;аморф- водораст-

ноэ }с твори—|ный |воримый

окрист!м°в | I

шгЛООг !

| * I 4

I }> мг/100 г

Каш»ановая - богара

а п( о-гз>* 1,19 0,95 0,24 0,25 1,05 40 0,07

В1 (23-33)? 1,21 1,02 0,19 0,12 0,66 33 ' 0,05

В2 (38-48) 1,18 0,99 0,19 0,19 0,28 20 0,02

%к (69-79) 1,10 0,92 0,18 0,20 0,27 20 0,03

ВС (107-117) 1,09 0,86 0,23 0,27 0,44 20 0,03

С (180-190) 1,10 0,86 0,24 0,28 0,34 20 0,03

Каштановая- "ДДА-ЮО И

Ап ( 0-27)* 0,98 0,68 0.31 0,46 0,47 61 0,05

В| (27-37^* 1,03 0,75 0,28 0,37 0,72 49 0,03

В^ (44-54) 1.01 0,76 0,25 0,33 0,19 30 0.03

(66-76) 1.00 0,75 0,25 . 0,33 0,21 20 0,02

ВС (97-107) 1,13 0,90 0,23 0,26 0,12 20 0,03

С (180-190) 1.08 0,83 0,25 0,30 0,12 ' 20 0,02

Каштановая - ■ "Волжанка"

Ап ( 0-25 )Х 1,15 0,73 0,42 0,58 2,79 61 0,05

В^^ (27-37)* 1.21 0,84 0,37 0,44 1,81 50 0,05

(45-55) 1.31 0,97 0,34 0,35 0,76 40 0,03

В3 (74-84) 1,19 0.73 0,46. 0,63 1,12 60 0,03

ВСк (118-128) .0,95 0,60 0,35 0;58 0^29 30 0,03

С (190-200) 0,93 0,70 0,23 0,33 0,22 20 0,03

НСР0,05 .0,13 0,15 .0,05 0,92 II 0,01

х

- средние значения пространственной повторности для НСРд дд - - 15 -

В изучаемых почвах, за исключением солоди, окристаллизованные формы значительно превышали аморфные, что свидетельствует о преобладании в них окислительных процессов. Зачетных различий по содержанию указанных форм в солонцах не обнаружено. Наблюдались лишь некоторые признаки поверхностного накопления окристаллизованного железа в неорошаемых солонцах. Нерегулярные поливы солонцов в течение довольно длительного периода затормозили трансформацию окристаллизованного железа, $ аморфные и не способствовали его накоплению.

Полученные данные о содержании и распределении рассматриваемых форм железа в солоди ярко демонстрируют высокую степень гидро-морфизма этой почвы. В составе несиликатного железа в верхних осолоделых горизонтах (А2 и А£> отмечалось значительное преобладание аморфных форм над окристаллизованными. В горизонтах Вх и В2 их соотношение изменилось, но количество аморфного железа осталось вое еще довольно высоким. Временное поверхностное переувлажнение.характерное для солоди, обуславливает активизацию глеевых процессов. При этом устойчивые окристаллизованные несиликатные соединения, восстанавливаясь, становятся более растворимыми и подвижными. В условиях более глубоких глеевых процессов происходит расшатывание и разрушение алюмоферрисшшкатов (Кауричев И.С., 1Э74; Кауричев И.О., Орлов Д.С., 1982).

В каштановых почвах увеличение увлажненности при орошении заметно повлияло на содержание аморфного и окристаллизованного железа. В неорошаемых почвах низкое содержание аморфных форм и довольно высокое - окристаллизовапных было равномерным по всему профилю. В орошаемых почвах содержание аморфного железа заметно возрастало, а окристаллизованного снижалось. Что касается соотношения рассматриваемых форм железа (аморф.юе •: окристаллизованное), то более высокими, а следовательно, характеризующими и большую

степень гидроморфизма, обладали: солодь, затем каштановые почвы, орошаемые "Волжанкой", затем орошаемые "ДДА-100".

В составе аморфного железа часто довольно интересную информацию дают связанные и не связанные с органическим веществом формы. Содержание аморфного органического железа в изучаемых почвах довольно сильно колебалось (I,46-44,05$ от несиликатного). Неорганические формы составляли 10,97-40,005?. Однако указанные формы и. s их соотношение в изучаемых почвах оказались менее показательными,, чем общее аморфное железо^ и особенно отношение' аморфного к окри-сталлизованному. г

4. Влияние орошения на свободные формы марганца

Содержание аморфного марганца составляло в среднем 70-120 мг/100■г или около 50$ от валового в солонцах и несколько меньшую часть - в каштановых почвах (табл.3, 4). По профилю почв аморфные формы распределялись примерно так же, как и валовой марганец. Аналогичная закономерность прямой зависимости количества подвижного марганца от.валового его содержания отмечена в работах Н.Г.Зырина, В.А.Большакова (1964) и др. В неорошаемых солонцах максимум амррф-ного марганца отмечено в верхних наиболее гумусированных горизлнтах. Подобная биогенная аккумуляция свойственна многим элементам -органогенам.

Свободный марганец в орошаемых почвах, по' данным многих исследователей, может и увеличиваться, и уменьшаться (Тонконоженко Е.В., Ткачева H.A., 1970; Дуда В.И., Обухова А.И., 1976; Каркути Р.Т., 1983 и др.),. Наши исследования показали, что даже при периодическом орошении солонцовых почв содержание аморфного марганца увеличивалось в пахотном горизонте с 40 до 70 мг/100 г. В солоди аморфный марганец распределялся по элювиально-иллювиальному типу. Максимум содержалось, в наиболее оглеенных иллювиальных горизонтах, т.е.

в данном случае на фоне усиливающихся глеевых процессов просматривается четко выраженное его перераспределение.

В каштановых почвах сохранился поверхностно-аккумулятивный характер распределения аморфного марганца. При орошении его содержание. ч, верхних горизонтах увеличилось в 1,5 и более раз. Несомненно, это увеличение связано с увеличением биомассы на орошаемых почвах. Однако наши результаты свидетельствуют о том, что в каштановой почве, орошаемой "Волжанкой", произошло значительное увели- . чение аморфных форм и в более глубоких горизонтах (В2 и Зд). Несомненно, это результат восстановительных процессов при более интенсивном оглеении указанных горизонтов по сравнению с другими вариантами.

Увеличение аморфного марганца в орошаемых солонцах при нерегулярных поливах, а также в каштановой почве, орошаемой агрегатом "Д11А-100", свидетельствует о проявляющихся и в этих почвах восстановительных процессах. Интенсивность же их невелика, так как накопления аморфного железа в указанных почвах практически не происходило. По-видимому, при нерегулярном влагозарядковом орошении и контролируемом орошении дождеванием анаэробиозис глубоко не заходил, ОВП не опускался ниже 150-200 мв. Такой уровень окислительно-восстановительных условий достаточен для восстановления и высвобождения марганца, но далеко не достаточен для восстановления железа. Как известно, восстановление железа происходит при снижении окислительно-восстановительного потенциала до 60-70 мв.

В то же время в более гидроморфных почвах изучаемого ряда (солодь и каштановые почвы, орошаемые "Волжанкой"), количество аморфного марганца не превышало его содержания в менее увлажненных почвах (орошаемый солонец и каштановая почва, орошаемая "ЛДА-100"). Следовательно, орошение, сопровождающееся развитием восстановитель-

них процессов, только до определенного момента способствует повышению свободного марганца, а при длительном переувлажнении его содержание может даже уменьшиться, что свидетельствует об очень вы-оокой подвижности марганца в анаэробных условиях. Поэтому даже при небольшой дренированности почвогрунтов марганец может мигрировать по почвенному профилю и выноситься за его пределы.

Однако количество водорастворимого марганца в изучаемых поч-г вах представлено невысокими величинами. В солонцах ёго содержалось 0,05-0,11, в каштановых почвах - 0,02-0,07 мг/100 г. Наряду с окислительно-восстановительными условиями концентрация марганца в почвенном растворе в значительной степени определяется кислотно-щелочными условиями. В солонцовых почвах рН составлял 7,8-9,1, в каштановых - 6,5-9,0. Таким образом реакция среды лежит в том интервале, в котором марганец выпадает в осадок в форме карбонатов, гидрооксисолей, фосфатов и других соединений. Это является причиной низких величин содержания марганца в водной вытяжке из сухих образцов. Тем на менее обращает внимание тот факт, что в верхних более гумусированных горизонтах водорастворимый' марганец характеризуется более высокими показателями. Работами А.И.Карпухина, " В.И.Савича (1980), А.И.Карпухина, И.С.Кауричева (1984) и другах исследователей показано, что концентрация марганца, в растворе регулируется на только растворимостью, но и другими факторами, например, растворимыми органическими веществами.

ВЫВОДЫ'

I. Изучаемые солонцовые почвы характеризуются высокой засоленностью (до 2,5$) и карбонатноетью (8,4-11,0%) подсолонцовых горизонтов. При. орошении произошло частичное перераспределение солей из первого во второй метровый слой; карбонатный.профиль практически не изменился; в подсолонцовом горизонте,'' содержащем

гипс, произошло уменьшение обменного натрия (с 69 до 37,4$) и увеличение кальция (с 11,5 до 34,7$).

2. Каштановые почвы отличались высокой карбонатноетыо с глубины 40 см (3,4-13,4$); небольшой засоленностью сульфатно-содового типа, резким повышением обменного натрия (с 0,8-1,6$ до 15-19$) и реакции среды (о 6,5 до 8,9 рН) глубже I м. При орошении агрегатом "ДЦА-ЮО" карбонатный профиль не изменился; водорастворимые соли поднялись до 40 см с соответствующим резким увеличением в этих горизонтах обменного натрия и подщелачиванием среды. В результате орошения "Волжанкой" карбонаты выщелочены ниже I м, водорастворимые соли - ниже 2-х метров при отсутствии обменного натрия и нейтральной реакции среды.

3. Аморфный кремнезем (по Гедройщ) в большей мере накапливался в верхних горизонтах изучаемых почв. Источником его были, растительность, первичные и глинные минералы, трансформирующиеся в процессе почвообразования. Максимальное накопление аморфного кремнезема в элювиальных горизонтах солоди, значительное количество по всему профилю орошаемых солонцов, а также отсутствие или минимальное содержание в нижних горизонтах каштановых почв свидетельствуют о том, что существенная роль в его образовании и накоплении, принадлежит щелочному гидролизу минералов.

В более оглеенных горизонтах средней части профиля солоди и каштановых почв, орошаемых "Волжанкой", накапливался кремнезем, связанный с алюминием.

4. В составе несиликатного алюминия солонцовых почв окристал-лизованные и аморфные формы имели равные соотношения. В солоди и каштановых почвах окристаллизованный алюминий составлял около 70$. Аморфный алюминий распределялся равномерно, за исключением солоди, в которой выделялся максимум содержания в иллювиальных

(Вх и В2> горизонтах. Окристаллизованный алюминий накапливался в верхней части авгомо_рфных почв. В более гидроморфных почвах (солодь и каштановые, орошаемые "Волжанкой") аккумуляция окри- • сталлизованного алюминия происходила в средней, более оглеенной части профиля;

5. В почвах изучаемого ряда содержание окристаллизованных форм железа снижалось, а аморфных - увеличивалось от менее увлаж- 4 ценных к более увлажненным, что свидетельствует об усилении в

них глеевых процессов. Наиболее активным железо было в солоди и каштановых почвах, орошаемых "Волжанкой". Активность железа в каштановых почвах, орошаемых агрегатом "ДДА-100", была заметно-ниже, т.е. оглеение в них проявлялось минимально. Активность железа в орошаемых солонцах также снизилась в связи с прекращением р©17лярных поливов.

Аналогичная закономерность проявлялась и в содержании неорганических форм железа, однако выраженность ее была слабее.

6. Содержание аморфного марганца в верхних горизонтах орошаемых почв было выше, чем в неорошаемых, что связано, как о биологической его аккумуляцией, так и с процессами оглеения. На начальной стадии восстановительных процессов (каштановые, орошае-' мыз "ДДА-100") количество аморфного марганца увеличивалось, в дальнейшем при более сильном увлажнении (каштановые, орошаемые "Волжанкой") стабилизировалось вследствие высокой подвижности. Таким образом, его содержание в почвах различной степени увлажнен-" ности и оглееиности оставалось одинаковым.

7. Процессы, протекающие в почвах солонцового комплекса, при орошении можно диагностировать по несиликатным соединениям кремнезема., марганца и полуторных оксидов. Процессы щелочного гидролиза диагностируются по. накоплению аморфного (свободного по

V-21'-

Гедройцу) кремнезема. Гидроморфизм на ранней стадии диагностируется по накоплению аморфного марганца. В диагностике процессов ог-леения весьма показательным южет быть содержание аморфного железа и соотношение аморфных и окристаллизоваяных его фор,5. Более глубокие стадии элювиально-глеевых процессов в осолоделых почвах, наряду с аморфным железом и кремнеземом, можно диагностировать по накоплению в средней части профиля свободного глинозема.

ШГЧШ-ПРАКТИЧВСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ '

1. Для предотвращения процессов выщелачивания к оглеения в орошаемых почвах солонцового комплекса, приводящие к нх деградации, следует проводить предварительную химическую мелиорацию .и осуществлять контроль, за режимом влажности с целью предупреждения переполивов и переувлажнения почв. ...

2. Для разработки диагаостических показателей степени гвдро-морфизма орошаемых почв следует использовать совокупность несиликатных форм марганца, железа, алюминия л кремния.

Список работ, опубликованных по теме диссертации: - I. ЗДин В.II., Еалаб Бадер Еддин. Групповой п фракционный состав железа в орошаешх солонцах в каштановых почвах Шного Заволжья // Изв. ТС14. 1992, - й 6. -