Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Формы соединения 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 соединения 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 Московско ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сель скохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

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

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

Ведущее учреждение—кафедра физики и мелиораци Московского государственного университета.

Защита диссертации состоится «¿/ » . . .

199£ г. в «¿2 » час. на заседании специализированного совет К 120.35.01 в Московской сельскохозяйственной академи им. К. А. Тимирязева.

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

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета — кандидат биологических наук, доцент

М. В. Вильяме

БИБЛИОТЕКА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРКСТШ РАБОТЫ

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

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

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

Цель и задачи исследований. Целью работы явилооь изучение процессов трансформации, миграции и аккумуляции несиликатных соединений кремнезема, алюминия, железа и марганца в орошаемых оо-лояцовых- 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, окристаллизованные, аморфные и. водорастворимые соединения кремнезема и полуторных оксидов. .

2. Проанализировав статиогкческие данные распределения неси-ликатаых 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 увлажненнооти.

Научная новизна работы. Проведено комплексное изучение содержания, соотношения и распределения несиликатных форм кремнезема; алюминия, железа и марганца у целью выявления направленности про-, цесоов 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 со-, единений, 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 пршго.-кеякй. В тексте помещены 22 таблицы, в приложении^ таблиц. Общий объем работы составляет ¡52. страниц. Список литературы включает^З' работ, в том числе JI на иностранных языках.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами исследований служили лугово-степныэ солояча;совыэ солонцы влагозарядкового орошения (ЮО) и каштановые почш, орошаемые агрегатами "Волжанка" и "ДДА-100".Кисловской оросительной системы Волгоградской области. Для сравнения изучались неорошаемые аналога, а гакнэ луговая солода в небольшом лимане, расположенном вблизи изучаемых солонцовых почв.

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

В орошаемых солонцах произошло выщелачивание полошны 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 б лет с 1965 года проводились регулярные влагозарядковые и вегетационные поливы оро-ситальной нормой до 5000 м3/га, в результате чего грунтовые воды поднялись с 6-7 до 2-3 метров. В последующем во избежание вторич-' ного засоления вегетационные поливы осуществляли периодически только в сильно засушливые годы. Дуговая солодь имела максимальное поверхностное переувлажнение за счет паводковых вод, накапливающихся в лимане. Орошение каштановых почв проводилось с 1975 года оросительной нормой около 3000 нР/та. 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-ма.рганцешх конкреций.

Достаточно убедительным подтверждением различной увлажненнос-Фй почв изучаемого ряда может служить глубина залегания карбонатов . в них. Солонец целинный имел карбонаты в горизонте.В^ с глубины 5-10 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 солоди карбонаты обнаружены на глубине 70 см. В кашта-. новой неорошаемой почве карбонаты залегали в горизонте 10% с глубины 40 см. Такая же глубина их аккумуляции характерна,и для вариан-

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

В 1989 году на участках с вшерассмотренными почвами били 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 каждого 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 кальциматре; водорастворимые соединения - по Аринушкшюй; поглощенные основания в засоленных почвах - по Пфефферу, в каштановых почвах поглощенный натрий опреде- -лялся в вытяжке углекислого аммония, кальций и магний - по Тюрину; валовые кремний, алюминий, железо и марганец - методом плавлония, а также на приборе УНА-30; кесиликатные железо - в дитионитовой вытяжке по Мера-Джексону и алюминий - в 1,0^Йа0Н вытяжке; свободный (потенциально подвижный) кремнезем - по Гедройцу; аморфные формы железа, алюййшия я марганца - по Тамму, аморфный кремнезем рассчитывался по Гедройцу; органомянеральныо соединения - в пирофоо-фатной вытяжке по Александровой.

Определение конкретных химических элементов из вышеперечисленных вытяяек осуществлялось на агомяо-здсорбционном спектрофотометре. Все аналитические определения осуществлялись з 3-х краткой повторности. По основным форма;;, несиликатных соединений проводилась статистическая обработка методом дисперсионного анализа.^

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 1. Влияние орошения на подвижные формы кремнезема

Количество потенциально подвижного кремнезема» извлеченного 6% КОН вытяжкой по Гедройцу, составило от 0,63 до 2,95? - в солонцах и каштановых почвах и до 2,87% - в солода (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 бшю '6 Г-,'5-2 раза выше, чем в солонцовых почвах. Следовательно, сояодеобразование сопровождалось более интенсивным разруйЙ1й6М минералов и накоплением общего подвижного кремнезема не "^ojüsko V горизонтах Aj и Ag, но и в горизонтах Bj и Bg.

В каштановых почва'х .распределенио кремнезема щелочной вытяжки было несколько иным во сравнению с солонцами и солодью. По ме-. ре увеличения гадроморфизма каштановых почв (от неорошаемых до ' орошаемых "Волжанкой") распределение его изменилось с поверхностно-аккумулятивного уа элювиально-иллювиальное, что несомненно является следствием усиления трансформационно-миграционных процеосог

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

мально накапливался в верхнем пахотном горизонте, книзу его содержание уменьшалось. Подобный характер накопления аморфного Si02 многие исследователи объясняют биологической аккумуляцией .'^Тюрин И.В., 1937; Усов Н.И., 1943; Базилевйч Н.И., 1947; Болышев

8Н

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 увлажнения! (Антипов-Каратаев И.Н., 1953; Буйлов В.В., 1972 и др.). В солоди наблюдалось максимальное количество 5102 по сравнению со всеми изучаемыми почвами, что может быть объяснимо и биологической аккумуляцией, как отмечалось ранее, и щелочным гидролизом, который К.К.Тедройц (1926). считал основной причиной проявления процесса осолодения почв. Не менее важной причиной высвобождения и накопления аморфного кремнезема являются процессы оглеения, интенсивно проявляющиеся в солодях (Кауйвчев 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 "ДЕА-ЮО", вероятно, проявлялась на уровне взаимопревращений" окристаллизованных, аморфных и водорастворимых форм несиликатных

Несшшкатные соединения кремнезема и алюминия в солонцах и солоди

Горизонт и

глубина, см

| (по Гедройцу)

¡общий 1связан}св< •потен- ный с {нык 1циальнО|А19Оо (аморф 1подвиж- г ный) !ный

1водо-1общий !окри-|аморф'водо-,раст-;неси- {стал-• вори-1 ликат- ] ¡мый . ¡ный ;ва|

! I ! Г ! I

% от почвы

|мг/ Т ¡100 г;

ный ¡раст-¡вош-

|МЫЙ

!

от почвы

1мг/

[100 г

Солонец - • богара

Дп ( 0-35)Х 1,12 0,82 0,30 12,68 0,70 0,40 0,30 1,24

02 (45-55)Х 0,90 0,70 0,20 3,64 0,63 0,32 0,31 0,06

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

ВС2 (115-125) 0,68 0,58 0,10 .2,00 0,49 0,21 0,28 _ II _.

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

Солонец - - ВЗО,

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

Вг (зоио)х 1,02 0,58 0,44 6,76 0,50 0,20 0,30 0,04

В^ (50-60) 1,08" 0,69 0,39 2,92 0,59 0,31 0,28 сл.

ВС2 (80-90) 1,10 0,72 .0,38 1,90. 0,61 0,33 0;28 _

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

;Солода

А£ ( 5-15)х 2,67 0.94 1,93 13,36 0,75 0,54 0,21 .2,34

Аз (15-25)* 2,13 1.19 0,94 9,30 1,01 0,72 0,29. 2,22

В1 (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 9,23 сл.

С (150-160) 1,03 .1.03 3,20 0,91 0,63 0,28

НСР0,05 . 0,16 0,09 . 0,16 5,07 0,09 0,10 0,06 0,53

- среднее значение пространственной повторности для НСР0 дд ,

Несиликатные соединения кремнезема и алюминия в каштановых почвах

| 51О2 | Щ03

Горизонт и глубина, см ; (по Гедройцу) !водо- -.-¡—--расг- общий свя- |свобод!вори— .'потен-!зан- |ний !мый !циаль-!ный с|(аморф! !но-под!А1рОо¡ный) ! !вижный! л ! ¡общий ¡неси-¡ликат-¡ный ! ! 1 1 |0кри- 1 аморф, водо-,стал- .ный раст- -'»и | | |МЫи ! ! 1 ! ! [

! % от почвы '„ | ■ ¡100 г ! % 1 от почвы !мг/ 100 г

Каштановая - богара

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

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

% (38-48) 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 и

ВЗ (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 и

Каштановая [ - "ДДА-ЮО"

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

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

Вг (44-54) ,0,80 0,80 н 3,10 0,81 0,53 0,28 сл.

Б}К(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

Каштановая ; - "Волжанка" -

Ап ( 0-£5)х 1,49 1,40 0,09 16,27 1,25 0,91 0,31 4,30

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

Ъ^ (45-55) 1,59 1,59 »1 7,30 1,42 1,04 0,38 0,65

В3 (74-84) 1,39 1,14 0,25 7,31 1,00 0,67 0,23 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 0,37 0,45 0.22 " ^ ч_

НСР0,0о 0,19 0,16 0,15 3,31 0,11 0,08 0,04 0.87

х - средние значения пространственной повторности для НСР0)95

соединений. Однако при орошении "Волжанкой" в метровом слое (до глубины залегания карбонатов) содержалось значительно больше О2, 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 о последующим образованием или синтезом вторичных минералов типа каолина.

Содержание водорастворимого кремния в изучаемых почвах характеризуется невысокими показателями (1,5-16,3 мг/100 г). Максималь-вое его количество содержалось в верхних горизонтах. 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 опускался я максимум водорастворимого кремния, что наблюдалось в 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 ашмосиликатных минералов-, которая составляла 86,6г96,1#.

Содержание несиликатвого алюминия составляло 0,41-2,05^ или •3^-13,45(1 от валового (табл.1, 2). Распределение его в солонцовых ПоЧвах, а также в каштановых богарного освоения и орошаемых агрегатом "ДЩ-ЮО" носило явно выраженный поверхностно-аккумулятивный характер. £ 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 несиликатыому, 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 "ДДА-100." - 11,3-25,1, в каштановых почвах, орошаемых "Волжанкой", приближался к солоди (8,6-15,6).

В составе несиликатного алюминия солонцов окристаллизованные в 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 окристаллизованных 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 солоди, что подтверждается отсутствием в них свободного кремнезема (по Гедройцу). Появление же в этих горизонтах

не связанного с Э'Юз алюминия и накопление окристаллизованных его форм подтверждают очевидность разрушения алюмосиликатов в процессе 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 бескарбонатной оглеенной части профиля, что наблюдалось и в солода.

Таким образом, накопление и распределение окристаллизованных форм алюминия в каштановых почвах, так же как и в солоди подчинялись общей закономерности, а именно - содержание окристаллиэован-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.

Изменение фракционного состава железа в орошаемых почвах

Силикатное железо, как известно, связано в минералах и может . ЕСкЛвобождаться из них при выветривании, трансформируясь в несили-' катние формы. В солонцовых почвах и солоди силикатного железа со- , Держалось 3,11-5,23/?, в каштановых - 3,12-4,45$, что составляло 70-82$ от валового. Профили силикатного и валового железа в изучаемых почвах идентичны.,В освоенных почвах они распределялись -более равномерно. Солонцы целинные и солодь отличались элювиальными профилями. Максимальные колебания в содержании силикатного железа, как и валового, характерны для солоди.

Несилшсатное железо - свободное и не связано в силикатные минералы. В известной 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 но данному показателю. Свободное железо распределялось по профи— . ло 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 выветриванию, в сравнении с другими почвами характерны для горизонтов Aj- и Ag 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 "ДДА-ЮО"). 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.

• Содержание окристаллизованных и аморфных форм в составе не-силикагного железа.позволяет судить о степени гидроморфности и автоморфности почв. Чем более гидроморфны почвы, тем больше в них образуется а 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).

Несиликатные соединения железа и марганца в солонцах и солоди

Т

I

Горизонт глубина, см общее {окри-несшшстал-катное1лизо-!ванное аморфное аморф- |водо: [водор-окрист ! Г' !МГ/ ! !

% от почвы |1Шг | мг/100 г

Солонец - богара

Ап С 0-35^ 1,20 0,93 0,27 0,29 2,46 41, 0,07

Вг (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

ВСг (П5-125) 0,96 .0,69 0,27 0,39 0,68 40 0.05

С (180-190) 0,90 0,61 0,29 со •>* с£ 0,60 40 0,07

Солонец - ВЗО

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

32 (30-40)* 1.Ы 0,86 0,25 0,29 0,74 50 0,07

ВСх (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

Вх (33-43)х 1,21 0,71 0,50 0,70 0,63 74 0,05

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

ВСк (97-107) 1.14 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 0,05 0,06 0,05 - 0,67 II 0,01

х

- средние значения пространственной повторности дяя КСРд^дд

Несиликатные соединения железа и марганца в каштановых почвах

Т

Горизонт и

глубина, см

(общее |окри-неси- 'стал-¡ликат-'лизо-1ное I ванное

МпО

аморф-!аморф-(водора-;аморф- !водораст-

НОв !нпа .пшогам..!----а. '----

% от почвы

^09 ; створи-|цый I мг/100г|_

I_______I.______'г

¡воримый

!

мг/100 г

Капиановая - богара

А п{ 0-23)* 1.19 0,95 0,24 0,25 1,05 40 0,07

В}- (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

В3К (69-79) 1Д0 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-100 И

Ал ( 0-27 )х 0,98 0,68 0,31 0,46 0,47 61 0,05

В1 (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

%к (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)* 1,15 0,?3 0,42 0,58 2,79 61 0,05

В1 (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

Вд (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

^0,05 .0.13 0,15 0,05 0,92 II 0,01

- средние значения пространственной повторности для НСРд 05 ' -V - - 15 -

В изучаемых почвах, за исключением солоди, окристаллизованные формы значительно превышали аморфные, что свидетельствует о преобладании в них окислительных процессов. Заметных 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, в аморфные и не способствовали его накоплению.

Полученные данные о содержании и распределении рассматриваемых форм железа в солода ярко демонстрируют высокую степень гидро-морфизма этой почвы. В составе несиликатного железа в верхних осолоделых горизонтах (А^ и Аз) отмечалось значительное преобладание аморфных форм над окриоталлизованными. В горизонтах Вх и их соотношение изменилось, но количество аморфного железа осталось все еще довольно высоким. Временное поверхностное переувлажнение.характерное для солода, 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 алшоферрисшшкатов (Кауричев И.С., 1974; 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 ш довольно высокое - окристаллизовашшх было равномерным по всему профилю. В орошаемых почвах содержание аморфного железа заметно возрастало, а окристаллизованного снижалась. Что, касается соотношения рассматриваемых форм железа (аморфлое •: о кристаллизован нов), то более высокими, а следовательно, характеризующими и большую

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

В составе аморфного железа часто довольно интересною информацию дают связанные и не связанные с органическим веществом формы. Содержание аморфного органического железа в изучаемых почвах довольно сильно колебалось (1,46-44,05$ от несшшкатного). Неорганические формы составляли 10,97-40,00$. Однако указанные формы и. „ их соотношение в изучаемых почвах оказались менее показательными,, чем общее аморфное железоf и особенно отношение аморфного к окри-сталлизованному.

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.Э, 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 овойственна 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 о 40 до 70 мг/100 г. В солоди аморфный марганец распределялся по элювиально-иллювиальному типу. Максимум 'содержалось в наиболее оглеешшх иллювиальных горизонтах, т.е.

1 ' ' ' - 17 -

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 & верхних горизонтах увеличилось в 1,5 и более раз. Несом--ненно, это увеличение связано с увеличением биомассы на орошаемых почвах. Однако наши результаты свидетельствуют о том, что в каштановой почве, орошаемой "Волжанкой", произошло значительное увеличение аморфных форм и в более глубоких горизонтах (В2 и В3). Не- . сомненно, это результат восстановительных процессов при более интенсивном оглеешш указанных горизонтов по сравнению с другими вариантами.

Увеличение аморфного марганца в орошаемых солонцах при нерегулярных поливах, а также в каштановой почве, орошаемой агрегатом "ЖА-ЮО", свидетельствует о проявляющихся и в этих почвах восстановительных процессах. Интенсивность же их невелика, так как накопления аморфного железа в указанных почвах практически на происходило. По-видимому, при нерегулярном влагозарядковом орошении и контролируемом орошении дождеванием анаэробиоэпс глубоко не заходил, ОШ 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 "ДДА-ЮО"). Следовательно, орошение, сопровождающееся развитием восстановитель-

ных процессов, только до определенного момента способствует повышению свободного марганца, а при длительном переувлажнении ого содержание может даже уменьшиться, что свидетельствует об очень высокой 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 почвах представлено невысокими величинами. В солонцах ого 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 среда лежит в том интервале, в котором марганец выпадает в осадок в форме карбонатов, гидрооксисолей, фосфатов и другах соединений. Это является причиной низких величин содержания марганца в водной вытяжке из сухих образцов. Тем не менее обращает внимание тот факт, что в верхних • более гумусированных горизонтах водорастворимый' марганец характеризуется более выоокими 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 и карбонатностью (8,4-11,05?) 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 карбонатноетью 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 (с 6,5 до 8,9 рН) глубже 1м. При орошении агрегатом "ЛДА-ЮО" карбонатный профиль не изменился; водорастворимые соли поднялись до 40 см о 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 нат- . рия и нейтральной реакции среды.

3. Аморфный кремнезем (по Гедройцу) 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 огяеенных горизонтах средней части профиля солоди и каштановых почв, орошаемых "Волжанкой"., накапливался кремнезем, связанный с алюминием.

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

(Вх и В2) горизонтах, ОгрЬсталлизованный алюминий накапливался в верхней части автоморф! шх почв. В более гидроморфных почвах {солодь и каштановые, орошаемые "Волжанкой") аккумуляция окри-сталлизоваяного 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 ненннх 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 регулярных поливов.

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

6, Содержание аморфного марганца в верхних горизонтах орошаемых почв било выше, чем в неорошаемых, что связано, как о биологической его аккумуляцией, так и с. процессами оглеения. На начальной стадии восстановительных процессов (каштановые, орошае-' мые "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 оглеенности оставалось одинаковым.

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

Гедройцу) кремнезема. Гидроморфизм на ранней стадии диагностируется по накоплению аморфного марганца. В диагностике процессов ог-леения весьма показательным может быть содержание аморфного железа и соотношение аморфных и о!фисталлизоваяных его форм. Более глубокие стадии элювиально-глеевых процессов в осолоделых почвах, наряду с аморфным железом и кремнеземом, можно диагностировать по накоплению в средней 1 аоти профиля свободного глинозема.

ШГЩО-1ШШИЧ0С!КИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ '

1. Для предотвращения процессов выщелачивания к оглеения в орошаемых почвах солонцового комплекса, приводящих к их деградации, следует проводить предварительную химическуо медкорацию .и осуществлять контроль, за режимом влажности с целью предупреждения переполивов и переувлажнения почв. .....

2. Для разработки диагностических показателей степени гьдро-морфизма орошаемых почв следует использовать совокупность несиликатных форм марганца, железа, алюминия и кремния.

Список работ, опубликованных по теме диссертации: • I. Гущин В.П., Жалаб Бадер Едан. Групповой и фракционный состав железа в орошаемых солонцах ж каштановых почвах Южного Заволжья // Изв. ТСХА. - 1992. - В 6. -.