Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ИЗМЕНЕНИЕ ПОЧВЕННОГО ПОГЛОЩАЮЩЕГО КОМПЛЕКСА СОЛОНЧАКОВЫХ СОЛОНЦОВ СЕВЕРНОГО ПРИКАСПИЯ ПОД ВЛИЯНИЕМ МЕЛИОРАЦИИ (НА ПРИМЕРЕ ПОЧВ ДЖАНЫБЕКСКОГО СТАЦИОНАРА)

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "ИЗМЕНЕНИЕ ПОЧВЕННОГО ПОГЛОЩАЮЩЕГО КОМПЛЕКСА СОЛОНЧАКОВЫХ СОЛОНЦОВ СЕВЕРНОГО ПРИКАСПИЯ ПОД ВЛИЯНИЕМ МЕЛИОРАЦИИ (НА ПРИМЕРЕ ПОЧВ ДЖАНЫБЕКСКОГО СТАЦИОНАРА)"

Л-¿<№2

московский орджа лшина, ордзы октябрьской ршшщии, ордена трудового 'красного знамши 1чкударстевный университет ш. м.влсышоссша '

Факультет почбоввдвнмя

На правах рукопио^

рсиашзшв Ваадшяр Аркадьввп

№цененив почшиого шшющавдего кошшсса сояоникошх солонцов севешого прикасвия под вшшиви мениорации (на гомере почв ДЮиШБаССКОГО стационара) .

Спмпапяооть 03.00.27 - ютвомдом

, АВТОРЕФЕРАТ -V

диоо«ргации яа оожсжаяжв ученой отапвнм «вндкаата Омлотаокжх наук

■ * _ ■ Москва - 1991

Работа выполнена на кафедре химии почв факультета.почвоведения

Московского государственного университета имени М.ВДомоносова

/ ' " '

Научний руководитель - доктор биологических наук, ! профессор Т.А.Соколова

/ Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук

> ■ . ■ Б.П.Г^адусов

кандидат химических наук,. научный сотрудник А.А.Пониэвеский

Ведущее учреждение.- Московская сельсиохозяйствейная академия им, К.А.Тимирязева

Защита соотоитоя " ,"" /•Ма^т-к. г..". 15.чао.

30 ыин* а аудитории М-2 на заседании специализироваялсг^ со почвоведению X~053.0S.I6 в МГУ w. М.В.Лшоноссгя; Москва,-Ленгора, М1У, факультет почвоведения, учет'й совет.

С диссертацией можно о? томиться'в бийпиот«пэ факультета почвоведения МГУ. 1

• / /

j - • у— . , у,'"' I - '

Автореферат рааслг<л " 3 » . -'/з-^ "t - ^

. ■ > . • : . / \ . ,,

< .. . -

э Учений секретарь ' ^ * : -

окиаааиаировавпогл^совета V - Г,В.Ноту»ова ,

. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Сельскохозяйственное■освоение почв солонцового комплекса,Северного.Прикаспия невозможно без осуществления коренной мелиорации солончаковых солонцов, являющихся одним из основных? компонентов почвенного покрова. Сотрудниками Дха-ныбекского стационара Лаборатории лесоведения АЛ СССР разработана систаиа мелиоративных-мероприятий, основанная на сочетании плантажной ввпашки о посадкой древесных и кустарвиковыхы*улио в целят снегозадержания. Многочисленные опубликованные работы посвнцены, главный образом, изменению водного и солевого режима почв под влиянием этой системы мелиоративных мероприятий. Значительно меньше известно о процессах, изменения почвенного поглощающего комплекса (ПШС), в частности о скоростях и механизмах этих процессов. Ионообменные ^реакции о участием трех катионов - Са2+ я

оказывают решающее влияние на результаты мелиорации.. .

Цель работы. Оценить направленность,, механизмы и скорость изменения. ППК солончаковых солонцов под влиянием меличрации.

Основные, задачи исследования, I. Изучить содержание, состав, распределение' и крисхаллохимические особенности глинистых минералов (ГМ) в целинных солонцах и-их мелиорированных аналогах; 2. Изучить изменение состава обменных катионов и Ш) в солончаковых солонцах под влиянием мелиорации. 3. Оценить1 изменение актив-посте й иолов Н+, А'а+, Са2+ в солончаковых солонцах под влиянием , мелиорации. 4. Оценить возможность использования различных уравнений для рвочета соотношения Л/а+, Са2*, в. ШИ в аавиоимоо-ти от их активности в растворе. 5. Применить существу® щие математические модели для расчета химических равновесий в всоледуемых -Почвах, б. Оценить скорость изменения соотава обменных катионов

А-&9№

под влиянием мелиорации.

ъш. гд, с, а«зд. ш, |,',д( V.

№

Научная новизна'. Детально изучены-ионообменные реакции о участием трех катионов на нативных почвах п ыодельнои эксперименте. Выявдени общие тенденция:протекания.процесса мелиорации на исследуемой территории на гориэонтнок уровне организации почвы. Установлено, что относительная однородность обменных позиций ГМ по профили почв обуславливает слабое изменение .-по горизонтам коэффициентов/ селективности (распределения) Гапона и Никольского для пары /Va+~ -Ca^tV которые могут быть использованы для описания катиовообмепных реакций. Оценена скорость процесса расоолонцевания.

Показано, что каблэдаеаде на поздних этапах:мелиорации слито-образованое и уплотнение почвенных частиц связано о диспергированием глинистого материала..

Остановлена гетерогенность обменного комплекса,,. а также г определенное влияние минералогического ссстава на катионообменные ха- . . * . " i рактериотшш почв. ' ■ ■

Практическая ваачимоотг,.Г.,Предложена охема■протекания про-цеоса расоолонцевания на разных »тепах мелиорации/ которая позволяет1 прогнозировать изменения 1ШК:в ходе мелиоративного процесса. 2. Предложена эмпирическая зависимость для оценки степени солонце-ватооти по данным измерений - воя-ce лективными электродами. ■

Апробация. Материалы.диссертации докладывались на заседаниях кафедры химии почв.'факультета-почвоведенияНГУ, на заседаниях коллектива сотрудников Дханыбекскогс стационара Лаборатории леооведе-ния АН СССР (Д*аниСек,1$37,1939(, 1990), на И конференции молодых ученых факультета почвоведения ИГУ- (Москва, 1987), на школо--оеминаре факультета почвоведения'МГУ по проблемам и методам оовре-иоиного почвоведения (Пущкно-на Оке, 1986; Суздаль, 19ГО), на Всесоюзной коордивациозном совещании "Модели состояния и управления плодородием почв" (Иосква, 1988),.межвузовских вг^Ч110-студенч<?ских

"<> ' ■" - V ■

- 3 - .

конференциях (Харьков, 1585; Ленинград, 1986), И Всесоюзном совещании ло проблемам химической термодинамики.(Еустон, 1989), на симпозиуме в Байройтеком'университете, ФРГ (£айройт,.1Э$0)..

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 работы, статья находится в печати, тезисы сданы на депонирование, .

•Объём работы, Диссертация состоит кз введения, 7 глав, - выводов и приложения, содержит ^^ страниц машинописного текста, имеет с приложением рисунка , таблицы.Список лита рагуры содержит.?^ наименования, из них на иностранных языках.

» СОДЕШНИБ РАЮШ' - '

Глава I. УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ, ГОЧВЕНШй ПОКРОВ И СИСТЕМА МЕЛИОРАТИВНЫХ МЕРОПРИЯТИЯ, РАЗРАБОТАННАЯ НА - ДЖАНЫБЕХСНОМ СТАЦИОНАРЕ :

Климах территории континентальный, испаряеыость'значительно превышает количество осадков,.средний коэффициент увлажнения 0,31. Почвообраэугщие порода представлены слабо/засоленными карбонатными суглинками (Роде, Польский, 1561). Существование микроиельефа и являющееся следствием этого.перераспределение талых вод обуславливает существование современного почтённого комплекса . На преобладав щей части мякроповышений■развиты солончаковые солондьи занимающие : до 50% территории, в микропонижгниях - темноцветные (дугово-кашта-новые почва). Для солончаковых солонцов характерен непромывной тип водного режима о элементами внутряпочвенного выпота (Базыкюта,19?1).

На Джаныбекском стационаре АН СССР для почв солонцового комп-' лекоа разработана система мелиоративных мероприятий; позволяющая достичь рассолонцевания (удаления иона //а* из ППК) и одновременного рассоления (удалениалегкорастворишцс оолей) почвы. Это обоспе-* чивавтся глубокой ллаятагаой вспашкой, за счет которой в пахотаыа ' слой вовлекается гипс первого подсолонцового горизонте и последую-

юии дополнительным увлажнением за очет снегозадержания выселенными ^ лесополосами <(Роде, 1974)..

Глава П..ОВШШ: И: МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ,

В. вачестве оСъекта:исследования были.выбраны солончаковые солонцы ,..развитие.на целинных участках и их мелиорированные аналоги

в опытных массивах о различными срокшигмелиорацшг (табл. I). длн

о ^

полевого-изучения почв был применен траншейный метод,,дозволяющий -

оценить границы'распространения почвы в трехчленном комплексе.•

, : Таблица I

- Объекты исследований

Опытный массив

Ï Срок: | мелиорации

Опытный пассив

1 Срок

-{ мелиорации-

Новый опыт

межкулионое ' пространство *

открытое поле

целина

Госфонд .целина.

. I» лет' 18 лет

■ 24 года

Гол лесополоса.

.участок 1С

межкулисное пространство

целина

Гослесополоса

участок.17-С

иежкулиснов ; пространство'

КуЛИСа ;

целина;

33 года

34 года 34 года

По "Базовый шкалам свойств морфологических элементов почв" ■ . (1983) были описаны морфологические свойства всех исследованных . оолонцов. Для краткой химической характеристики определялся рН вод-вой вытяжки, гумус (по Тюрину). Для лабораторных исследований образцы отбирались по генетический горизонтau._ Выделение илистой я пыле-ватод фракции проводили по Горбунову (1971). Съемка Ну- и К - яа-сыцеявых илистых фракций и пылеватых фракций проведена яа приборе

• и ч

ДГОН-2. Идентификацию Га проводили на с эноваиии современных ието-

дов их диагностики (Горбунов, Градусов, 1Э&6). Механичеокий анализ проведен по Качинскому. Содержание.ГУ определяли по методике Корн-'

блпма (1?72) с некоторыми изменениями: количество иллптоэ оденива-

— 0

ли не только по интенсивности Ю А рефлекса, но и по валовому содержанию К£0 в составе ила, исходя из предположения, Что слюдистые, компоненты содержат ХО% К^О в свое» составе. .

Состав обменных катионов и легкорастворимые соли определяли,по Пфефферу, в модификации Молодцова и Игнатовой (1375). , Дня интерпретации денных химического и минералойаческого анализа проводился статистический анализ с применением корреляционного и регрессионного методов по программе О/апа . 1

Балансовые раочеты остаточного содержания солее' проводились по методу "эталона" (Максимюк, 1974), содержания илистой я пылевая ^ той фракций - по сравнению с почвообразующей породой.

Коэффициенты селективности по различным .уравнениям реакций обмена реосчптывавя по программе Сотрете!- 5, реализующей модель ионных пар (ПачепскиЙ, ПонизовокиЙ, 1577), В качестве входных .параметров модели использовали сопряженные данвые по составу, водной вытяжки и составу. ШК после проведения водной вытяжки. Ионообменные рав-новес ия рассчитывались о поиощыо программы ¿¡¡¿пз (Цфропенко, 1982).

Активность ионов Ла+ и Са2+ в исходных образцах определяли ион-селективными электродами (ИСЭ) ЭСЛ-бЗ-07 (Н+-$ункция), ЭСЛ-5Ы)7 (//а+-функция), ЭМ-Са-01 (Саг*-функция), В качестве электрода сравнения использовали хлорсеребряный электрод ЭВЛ-ХИЗ. Измерения про- в водилиоь при соотновении-т/ж«I:I и 1:0,2 на приборах ЭВ-7^ и рН-121, Полученные результаты использовались дляпроверки приложимости программы 1х(Вга ,

В модельном эксперименте, проведенном в трех- и шестикратной повторностих, //а-моноформа почвенных образцов приводилась во взаимз-

. , • - б -действие-с растворами» имеющими различные отношения. по-

стоянную ионную силу (0,1 моль/л) и постоянный рН, равный 8. Обменные катионы извлекали I ММ^М. Подробно методика-эксперимента описана в главе-б диссертации. При обработке полученных данных использовались программы и ЕигеМа. ,.

.Глава О, СОДЕРЖАНИЕ, БАЛАНС И СОСТАВ ГЛИНИСТОГО'МАТЕРИАЛА В ° . ЦЕЛИННЫХ И МЕЛИОРИРОВАННЫХ СОЛОНЧАКОВЫХ ООЛЮНЦАХ"

В составе илистой фракции преобладают три.компонента: иллит, ииеюдий диоктаздричеокий характер заполнения пустот, железисто-мап:ззиальный:хлорит и лабильные силикаты, представленные неупорядоченными вцсокозарядными смеваннослоШшми иллит-монтмориллонито- . выпи структурами. Кроме того,.присутствует.каолинит.-Для фракции, тонной:пыли (в которой среди ГЫ присутствует диоктаэдрический иплит, хлорит и каолинит) характерны, в'отличии от илистой фракция, хоро- ' шо выраженные.узкие симметричные отражениям что позволяет предположить меньшее изменение реветок минералов в ходе/почвообразования..

На основании одинаковогохарактера рефлексов иллитовогаи хлоритового компонента илистой и пылеватой фракций,* а также балансовых расчетов можно высказать предположение о наследовании;их илом в ходе физического дробления более крупных фракций» Неупорядоченный смешанноолойный;иллит-омектит,'являющийся характерным компонентом: илистой фракции-в солонцовых почвах, унаследован ею от'шэчвообра-зующейпороды.всоставе которойтего отложению способствовали дандшафтно-геохимическив условия.

Исследованным целинным солончаковым солонцам свойственно заметное накопление илистой фракции в солонцовом горизонте по сравнению с материнской породой. Возможными механизмами являются перераспределение ила за счет"выноса из надсолонцового горизонта и аккумуляции в солонцовом, а также физическое дробление пылеватой фракции

до размера илистых частиц* Распределение фракции топкой пыли является аккумулятивным,^ что похет быть связано с преимущественным вы-, носом и разрушением ила в процессе почвообразования и относительным накоплением более крупных фракций. . "

В мелиорированных почвах механическое перераспределение при о

проведения плантажной вспашки, а также интенсификация процессов физического дробления и разрушения илистых частиц приводит к аккумулятивному распределению ила. - -

В.ходе солонцового процесса почвообразования в боставе и содержании ГМ происходят следующие основные преобразования (табл.2): .

а) в надсолонцовых, а в некоторых случаях и л солонцовых горизонтах увеличивается содержание иллитов, Предполагается, что эти изменения связаны с одновременным протеканием процессов иллитизацяи и шглювирования неразрушенных ГЫ'(преимущественно лаблльных силикатов) в■нижележащие горизонты и процесса физического дробления иллитов более крупных фракций. В результате макопкун ^,%£нльных структур обнаруживается в почвообразуюцвй породе или в иллювиальном горизонте

Наличие процесса иллитизации являетоя характерным, по-видимому, именно для. илистой фракции почв.

б) Во всем профиле, особенно в верхних горизонтах, в составе илистой фракции снижается количество М^Ре.хлоритов за счет процео-. сов их разрушения. ..'■/,

в) Возможно, что в верхних горизонтах осуществляется разрушение сильно диоперсных лабильных структур через стадию супердисгерс-ности в процессе целого г» гидролиза. .

. При пересчете содержания отдельных групп минералов на почву в целом с учетом количества илистой фракции выявляется некоторое накопление гидрослюд в горизонтах почвенного профиля и потеря лабильных структур из недсолонцового горизонта (табл. 2).

Таблица 2

Состав.»листов фракции-целинных я мелиорированных солончаковых

солонцов:

Горизонт

-(г—

Глубина, см

Процент отсу-ошпо ин-тенсивкостям рефлексов

каолинит ♦хлорит

излит

Р

< п

лабильные силикаты

Процент от суммы* (ил-лит - по К-£1лабильные силикаты по разности)

каоАинияЦ ' '¡лаоиган. +хлорит силикаты

■ А1А2 В2саг в^Са2Сз 2 33СаСз2 взСаСз2 всСаС82

Апзх,

взСагС»г ЩаС$г 03СаС«г-всСаС82

А1А2

Що а2" вз£аСа2 взСаСз2 всСаС&2

Госфонд, целинный солончаковый солоцец

0-9 29 52 - 19 29/8 34/10 37/10

9-29 28 27 26/10 35/12 37/13

29-72 31 51 18 зх/хг - 33/11 36/13

72-112 30 \ 51 19 . 30/9'' 33/10 37/11

112-15 *зо 51 I? 30/10 28/9 42/13

156-185'. 30 48 • 22 30/10 26/8 44/15

Госфонд; мелиорированный солонец

о-зд \ 29 51 20 25/10 36/13 35/13

■ ' „ 4-2 ' 23 35/12 36/12 29/10

65-100г 33 .," 43 ' .24 33/10 35/11 32/Ю

100-1« 31 И ' 25 31/10 35/11 34/И

т-гоо 31 ' 43 ' 26 ЗГ/Ю 29/9: 40/14

. Новый опыт;- целинный'солончаковый солонец

0-14 25 . 63 12; 25/6 '36/9 , . 39/10

14-52 15 62 23 15/7 31/14 54/25

32-81 31 51 18 31/12 . 31/12 33/15

81-165 29 • 52 19 • 29/9 31/9 40 Д 2

165-206 29 57 14 29/9 . ЗГ/9 40/12

х- через "косую" — ¡6 от суммы трех компонентов / % от почвы с учетом содержания.ила..

В ходе мелиорации все основные механизмы трансформация ГЦ сохраняются, но одновременно усиливаются процессы физического дробления пнлеватой фракции и разрушение лабильных силикатов и хлоритов, 3 результате в мелиорированных профилях усиливается тенденция к умевьиа-' ниш суммы каолинита и хлорита в соотвве ила верхних горизонтов и к возрастанию количества иллвтов в верхней части профиля (табл. 2) и

наблюдается отрицательный баланс.илистой фракции в иелиорированных профилях.- • " ' , ■

Глаза .-1У: 00ЛЕВ0Е СОСТОЯНИЕ ЦЕЛИННЫХ И Ш1ЮРН.Р0ВАННЫХ ' СОЛОНЧАКОВЫХ СОЛОНЦОВ

Скорость нелиорации в различных опытных массивах завиоит от

«

количества дополнительной влаги, получаемой ежегодно в ходе снегонакопления в зимний период. Данные изменения состава отдельных- ■ ионов (табл.'3) сравнивались с литературными данными по промывке монолитов солончаковых голонцов (Максимюк, 1?б1). Установлено, что наименьшей скоростью мелиорации:характеризуется участок "Новый-• опыт" из*за слабого снегонакопительного эффекта древесных кулис.

Таблица 3

Сопоставление запасов отдельных ионов, оставшихся'после мелиорации в почвенной толще (¡6 к исходному запасу)

Запас,отдельных ионов

• Длительность мелиорации; мощность олон

0-100,¡0-100,„ ! 0-200 и ! 0-200,35 лет! о-гоо,

14 лет 124 года* ¡24 года* } 1У С.межву- 35 дет,1У С

I . I Г лисное про- I кулиоа

( I I странство I

С1~ 9 0 . 0,8(0,9;0) - 0 * О

30?- 51 15(11 ;59). 44(9; 15) 35 28

На* 41 ' 4(3; 76) 23(4; 17) 12 , 5

Са2+ ^ 42(29;70) 62{24;38) 7Э- ' 87 '

- 23(18;63) 31(7; 24) . .31 18

Усредненные данные четырех разрезов: х )•

Данные по выносу отдел ьных■катионов.в слое 0-200 см после 24 лет мелиорации по8В5Ушют считать,.что скорость мелиорации с течением времени г не изменяется. После 35 лет мелиорации ее интенсивность снижается в.версией слое 0-200 см на участке Гоолесополосы. Интенсивность выноса уменьшается^в ряду СХ^Л'аЪ- Цр.2+>Зо|~.

Растворение-гипса обуславливает поддержание.практически по-

. - 10 ■ ■ стоянкой концентрации Са2+ в почвенной растворе,.что при снижекии концентрации в ходе отшвки яегкорестворишх солей приводит к-сиещенип воаообиенного равновесия и обуславливает рессолонцевание почвы. ,

Полученные нами экспериментально значения pH в суспензиях при

разной влажности (7,28-6,79) согласуются о. величинами рИ, найденны-о

ми в насыщенных пастах (Мотузова,,1987),

Показатель рУа (при-aOJC и 100% влажности) может быть использован для характеристики солевого состава целинных солонцов, а его изменение во времени - для оценки окорооти мелиорации. Подученные данные по остато.чному содержанию,отдельных ионов и измерений активности fia* согласуются с литературными данными по изменению мовщости элювиально-солевого горизонта мелиорированных почв (Максимок,1974). Суммарное дополнительное увлажнение, полученное участком "Новый опыт", обусловило почти полную отмывку от легкорастворимы^ солей и рассояовцевание почвенного профиля на глубину'0,5 м; участком "Гос-фонди'- на I- и; "Гослееополооы? (1У С) - на 1,5-2 м..

Для проверки • приложимости прогрвммы tjBrs. для расчетов ак- ; тивностей конов при различных влажностях полученные результаты из—* нерений ИСЭ сравнивали о данными расчета на.ЭВМ. Сравнивались величины pH, экспериментальнополученные и расочитавныедля различных вариантов рСО^. Для верхних горизонтов исследованных почв состояние ойотемы соответствует рСО^«0,007 при условии, когда выпадение карбонатов ве произошло, в нижних - при выпадении карбонатов и рС02, равном атмосферному..

Hporpeuua /iir'd позволяет с большой точностью прогнозировать-величины piÄ а жидкой фазе исследованных почв при различном составе Ш и ионной силе раствора (рис,,1), Для рСэ сходимость экспериментальных и расчетных данных гораздо, .гуже, что может бить, в частности

уоЛи.

) \ Э*ХП*Г>НЫ- - ii -

• 400%4л*ж*мивгн Л % 4

/ 2

Рмо. I, Зависимость между расчетными и взйеренныии ' значениями рЛ*а при 100 и £256 влажности.

/0 V •

Оем*ч

в

•

о „ о

#

в

> :>

<0 го 30 40 50 '/оГъ.ЛЬ*

Рис, 2. Завне»кость коэффициента селективности Гагюяа от процентного содерз;ания обменного натрия. о ■

обусловлено несовпадением термодинам): теской и аффективной константы раотворения кальцита.

Расчетные концентрации по программе

¿У&Э хорошо согласуются о литературными даккымя но почвенным, растворам для тех же почв (Иаксииюк,-1961). Это позволяет считать, что процессы обмена между фазами:почвы, учтенные при составлении проГ'рамыы, являются определяющими: при изменении солевого состава почвенных растворов целинных и мелиорированных почв.

■ Глава У. (ЮСТАВ ОБМЕННЫХ КАТИОНОВ И ВОПРОСЫ СЕЛЕКТИВНОСТИ.

овиш В РЕАКЦИЯХ.С УЧАСТИЕМ Ла\Са2+И^.2+

Детальное изучение ионообменных равновесий в солончаковых солонцах к обработка данных по программе Сстрозо! показали« что обмен Са2+-Ла+, (Са2++Ц^2+)- может.быть описан: р помощью уравнений Гапона и!Никольского при изменении содержания обменного N9*

* * " ■ —ч '

от 10 до 50% от ЛКО я ионной силы большей 5»10 моль/л, 'Т.е. в пре

делах реально наблюдаемых величин содержания- //а*, Са^+ и исследуемых почвах (рис.-2). Коэффициенты селективности ионообменных реакций мало-изменяются по профилю в под влиянием мелиорации. Этот факт; по-видимому,.является следствием того, что основная часть обменных позиций ШК представлена довольно однородными минеральными поверхностями при отсутствии ярко выраженной дифференциации состава глинистого материала по. генетическим горизонтам..

Повышенный по сравнению с зональными почвами.коэффициент' селек тявнооти обмена Са2+- //а*" является, вероятно, следствием прохождения почвами исследуемой территории в процессе'своего формирования нескольких последовательных стадий засоления'^ рассоления,'что указывает на опасность вторичного есолопцевания мелиорированных солонца в в ходе орошения высокомиперализоваиниии водами.

Увеличение селективности п и" п^-тпрч^, к Уа+ при ь:алои '

' содержании обменного Уа* в П1К может быть обусловлено свойствами' поверхности обмена. Использование информационно-логического метода (Карпачевский, 1977) позволяет предположить, что увеличение связано, по-видимому;.с сохранением некоторыми"почвенными горизонтами супердисперсного состояния при прохождении.в ходе мелиорации' стадий засоления-рассоления.

. Значения коэффициентов селективности обмена суммы двухвалентных катионов на Л^а* для всех исследованных горизонтов меньше кСа-ДЬ» что отражает Со'льшум селективность почвы к Илт* по сравнению с Оа" (рис, 2);

Обмен Са2+-11^.2+ может, быть описан уравнениями-Венолоу и Криш-наиурти-Дзвиса-Орерстрита прягиэиеаениисодержавия обменного Аа* от 20 до 50^6 ЕКО.'и ионной силы от 5 до 40 «моль/л. Полученные■ КСа_ц^ показывают, что удерживается почвой-в 1,5-3 раза сильнее, чем Са2* (рис. 3). Такое поведение поглощенного и^2*'не может быть объяснено только не основе термодинамики ионного обмена и известных закономерностей обмена Са2*-«/+ иа поверхности глинистых минералов.. •

- Вероятно,.в ходе раврувення глиниотых минералов в процессе формирования почвенного профиля возможен - переход т кристаллической формы в обменную. Следствием этого процесса является слабое изменение содержания поглощенного в ходе мелиорации.солонцов. . Селективность верхних горизонтов целинных и мелиорированных солонцов к Са2+ обусловлена, главным оЗразой, учзотиеи органического вещества в процессе обмена (рис* 3)..

На примере рассмотрения, обмева Са2*-Л'а* показано, что обмен в бинарной системе яе может рэссматриватьёя без учета влияния других катионов, присутствующих в растворе и в ППК солонцов.

Рассчитана зависимость между величиной Йл^/У^с«' и содержпнч-ем.обменного А/а* (рис. 4).-На основании этой зависимости может

Лели _ и _

5 к

2 /

^ .о

Ло

СелехтнЛ*" сти?

о®

/0 20 ЗО 40 Рис. 3. Зависимость коэффициентов селективности обмена

о* процентного содержания обменного натрия.

Рис. Зависимость мольной доли обменного натрия от показателя Дмаполученном по данным измерений ИСЭ При 22^ ВЛа';ЕН0^ти.

■ : - 15 -

ориентировочно оцениваться содержание обменного Мй* по результат таи измерения 11СЭ, . ' . .■

В профилях целинных солонцов.в ППК значительно преобладают и //а+. Доля поглощенного увеличивается при движении вниз по профили, либо имеет максицуц в первом подсолонцовои горизонте (табл. Такое распределение обменных катионов связано о профиль-ным'распределением легкорастворимых-солей. Высокое содержание объясняется также историей формирования данных почв: участиемЦ^+ грунтовых вод в луговую стадию развития почв и современники процессами щелочного гидролиза; Пространственное варьирование содержания //а+ в целинных солонцах снижается о глубиной.

£КО колеблется в пределах от 17,4 до'22,9 мг.экв/100 г почвы, слабо меняется под влиянием мелиорации и обусловлена главным образом лабильными силикатами в состаиеила и■обменными лоаициямиво фракциях тонкой пыли. При мелиорации пропадает дифференциация профиля по ЕК0,;вцэванная'увеличением содержания обменных катионов в солонцовом горизонте * •

В процессе-мелиорации-в ППК замещается в основном И/е+. до 2-4;! от £К0 за счет его замещения Саг+' (габл-4). Заметное снижение оо- ■ держания //а+ в ППК может быть достоверно выявлено ве ранее, чем через 14-15 лет после начала мелиоративных мероприятий. Это овязано .с большой долей обменных позиций, занятых сильным пространот-

вениым варьированием содержания обменного И/а+. В последующий период скорость последовательного распространения вниз но профили границы слоя, подвергшегося рассолонцеванию, составляет в среднем 7-Ю си з год,, при этоМ'В ППК замещается моль/га в год.

Скорость расоолонцевания выше под кулисой, по сравнс ию омежкулиевым пространством. После снижения содержания Ла* в ППК до от ЕКО, что.наблюдается после Э0-Э5 лет излиорации, селективность к

Таблица 4

Состав обменных катионов/в целинных и мелиорированных солончаковых солонцах,. мг-экв/ЮО' г почвы

горизонт } Глубина; см -. {- Са^ ¡М^* { | К*

Т

ЕКО

А1А2

вЧс а2

ВЗСа2»2

ВЗСаС52

ЩаЪ*

ВССаС52

¿пах.

взСа2Сз2 ВЗСаС52 ЩаС$г всСаС52'

А2

ъгъ

В^са2»2

В36а(»2 ВССаС52

Апах.ра Алах.0а2

щ*

взСаС32 взСа«2 всСаСЙ2

Апах.

вз.

Са

'Се

ВЗСаС$2 ьзСаСз2 всСаС52

Госфонд, целинный оолончековый солонец:

0-9 . 10,9 5,6 0,5 0,8 17,8

9-29 9,2 8,0 2,2 0,4 19,8

29-72 2,4 8,6 5,7 0,4 '17, Г

72-112 7,9 6*0 0,4 16,4

112-156 1,8 6,5 4,9 0,4 13,7

156-185 2,2 7,8 6,5. 0,3 16,8

Госфонд;, мелиорированный солонец •

0-40 II,5 7,0 0,9 0,4 19,8

40-65 • 10,1 6,1. 0,7 0,3 17,3

65-100 7,6 7,4 *,6 0,3 17,1

100-140 • 5,5 6,1 3,5 0,3 15,4

140-200 . 3,3 6,7 6,3- 0,3 16,6

»полоса,, целинный солончаковый солонец ..

0 -6 . . 3,9 . 4,0 1,6 .1,0 10,5

6-28 5,9 - 7,7 8,5 0,6 22,7

. 28-68 7,6 ' 7,0 0,4 . 17,3

68-И 7 ?,5 5,2 6,8 0,5 15,0

Ю7-177 3,2 8,6 9,4 0,7 21,9

Гослесополоса, мелиорированный гсолонец, мехкулисное пространство

1У С,,

0-31 8143 43-84 84-134 134-180 180-Г0 Гослесополоса, . 0-43 43-77. 77-130 130 -175 . 175-200;

12,6 10,9

э,г

8.4

6.5 3,9

3,9 5,0 5,Э 5,8 4,7 5,5

ГУ С, кулиса

12,7 9,2 8,4 5,7 4,6,

4,3

6,9

5,5 2,8 5,5

0,7 1,0 1,2 1,9

3,2 6,2

0,2

0,3.

0,1

0,3

3,0

0,7 о;4 о;4 0,5 0,3 0,4

0,3 0,2 0,1. О,г. 0,2

17,9 17,3 16, б 16,6 14,7 16,0

17.5

16.6 14,1 13,0 13,3

v нему:резко возрастает, что приводят к существенному уменьшению скорости процесса рассолонцевания. Очевидно,.после длительной мелиорации можно ожидать только протекания обмена Са2+-М^2* в верхних горизонтах мелиорированных почв. Изменение содержания ; обменного Ив* от 20 до 50J1 не оказывает влияния на протекание процесса обмена Са2+-М^£+.

Рассмотренные процессы обмена приводят к увеличению содержания обменногг Са2+ в Ш1К в ходе длительной агролесомелиорации, что обуславливает возможность включения солонцов в сельскохозяйственное использование и улучшает структурные свойства.мелиорируемых почв.

Глава-У1,.ИЗУЧЕНИЕ.ЮНООБМШЮК РЕАКЦИЙ С УЧАСТИЕМ И Са2+ В УСЛОВИЯХ МОДЕЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

Исследование-обмена: //а+-Са2+ в модельном.эксперименте на образцах целинного солончакового солонца показывает,.что надсоловцо-вый, солонцовый и первый :подсоловцовый горизонты проявляют большее сродство по отношению к Са2+,.чем к /4+ при содержании обменного /Va+ в ППК. более; 20JS (рио, 5), чуо подтверждается' изотермами обмена и-коэффициентами селективности, рассчитанными по Венолоу и Талону. Коэффициенты селективности в ходе' процесса обмена не остаются постоянными, .что указывает.на гетерогенность обменных позиций, принимаю^ участие- в обмене //а+-Са2+. Вероятно, изменение коэффициента селективности зависит от существования квазикристаллических отруктур и энтропийных эффектов. Показано, что коэффициент селективности Талона может описывать зависимость £$R оt SAR s диапазоне SAK'от 10 до 50 (рис. 6). Изученные горизонты несколько более селективны к//а+,чеы аридные почвы США. При содержании поглоцен-нсго Са2+ от 15 до 85% от ЕКО варьирование Кр невелико - от 0,012 до 0,022 (моль/а5)-1^2. Несмотря на относительную веиаменяость Кг в ходе процесса обменаг существуют значительные ограничения не его

Ет ппк

' Изотерма н&преимущественного обмена

Горизонта!-

• надсолонцовый о солонцовый

* первый подсолок-цовый. ■ •

OtZ Ot4 Q6

Fho» 5, Изотермы обмена Afe+-Ca2t для горизонтов целинных

солончаковых солонцов по данным модельного эксперимента.

■* Горизонты:

— надсолонцовый

---- солонцовый

—«—первый подсо-■ , , - лонцовый

ZO МО СО во 4О0 Рно. 6. Зависимость отношения обменного натрия от 5АЯ по • ленным модельного эксперимента.

■* применимость.: Варьирование коэффициента Венслоу в тех же пределах изменения содержания поглощенного Са2+ ,составляет 1,033-0,218 (моль/л)-1.- '

В изученных горизонтах наблюдается определенная связь реакции обмена Л^-Са2* со свойствами минеральной:поверхности. Так, наиболее высокие значения коэффициентов селективности4Гейнеа-Томаса и Гапона при малом содержании обменного Л/а+ в солонцовом горизонте по сравнению с двумя другими горизонтами могут отражать существование високознергетических мест на поверхности сиектитового компонента илистой фракции.

Использование термодинамического - подхода позволило предположить,, что в процессе обмена принимают,участие по крайней мере два. типа обменных мест:;первая группа представляет собой места с локализацией заряда на поверхности высокозарядного' смешаннослойного -иллит-смектита,. проявляющая высокую селективность к .поглощению А/а* Вероятно, селективность и число таких позиций в разных горизонтах? . связано о общим процессом иллитизации оиенаннослойных минералов и влияет на различную форму полученных кривых при лизком содержании; обменного А/а* (рис. 7)* Больнинство'же основных мест обмена представляет собой позиции на пленарных поверхностях и в мезпакетных' пространствах ГЫ, проявляющих селективность к поглощению Са2*.

В стандартных условиях Са-ионоформа является для всех горизонтов наиболее устойчивой формой существования почвы. Сродство к Са т уменьшается вниз по профилю, что связывается с . сниженном содержания органического вещества (табл. 5).

Изменение величин коэффициентов активности адсорбированного может отражать гетерогенность обменника.;Изменение в хода реакция обмена типично для реакции Ла+-Са2+, зе исключением первого подсолонцового горизонта (рис, 8). Изменение дб в диапа-

- 30 -

J 53 Mr-r Горизонты: - надсолонцовый ---- солонцовый ---- лервый подсо- лонцовый

f \

0,е 1,0

-3 •

Рио. 7. Зависимость логарифма коэффициента селективности

Гейкса-Томаса от эквивалентной доли обменного натрия,,.

Рио. 8. Зависимость коэффициентов активности натрия и кальция в твердой фазе от эквивалентной доли обменного натрия.

Таблица 5

Некоторые термодинамические.характеристика горизонтов целинных солончаковых.солонцов

! к%л{/ак= ! М ! Аа

Горизонт

Глубина, си

надсолонцовый 0-14- . -1,133 £64- 0,85 0,71

солонцовый 14-32 -0,585 . 343 0,68 0,65

первый подсо- > '

лонцовый 32-61 -0,646 379 1,10 0,99

зоне 343-664 кал/экв (табл. 5) ¿оказывает, что изученные почвы проявляют меньшее'сродство к Са2* но сравнению с черноземами*.В естественных условиях наиболее прочно связывает солонцовый горизонт,.

- надсолонцовый. .

Ш) мсследовенных горизонтов несколько уменьшается по мере -увеличения содержания яогдодазного //а*. Статистическая обработка-изменения суммы обменных катионов в области' существования стабильных квазикриеталлов характеризует непостоянство этой-величины, что может быть обусловлено разным количеством специфических к К+ обменных мест, а такке участие«:органического-вещества в процессе обмена.

Глава УП.СРАВНЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ЮНООВМЕКНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЙССЛЕДУЕШХ: ГОЧЗ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ЫЭТОДКХАХ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕИТА

Основные генетические горизонты нативныхооловчаковых солонцов обнаруживают болыаую селективность к Л'а+ по сравнению о соответствующими .горизонтами тех же почв в модельном вкоперименте. Использование модельного эксперимента позволяет сравнить селективность ППК солозцов о имеющимися литературными денными для других почв. Коэффициенты селективнооти нативных почв могут.быть использованы для характеристики целинных и мелиорированных: солонцов как природных объектов. Очевидно, в исследованных почвах реализуется несколько пооле-

довательвых равновесий, проявление которых зависит от структурного состояния ГМ. Окончательное решение этого вопроса требует проведения дальнейших исследований. :

■■ ВЫВОДЫ: ■

1.-Развитие:солонцового процесса почвообразования сопровождается физическим дроблением глинистых.минералов, заключенных в составе более крупных фракций^ иллитизацией и лессиважем лабильных структур, разрушением хлоратов к сильной даспергацией и частичный разрушением смешакнослокных иллкт-смектитовых минералов в результата щелочного гидролиза.

В ходе воэдейотвия агролесомелиоративных мероприятий усиливаются физическое дробление .глинистых минералов и разрушение лабильных силикатов и хлоритов. .

2. ЕКО исследованных почвопределяется преимущественно.наличием обменных позиций во фракциях ила и тонкой пыли и составляет 17- [ -23 иг-экв/ЮО г почвы. Состав и распределение обменных катионов соответствует распределению легкорастворимых солей в профиле целинных солонцов: в ШК преобладают ионы /Уа + и -

3. Рассолонцевавие почвы обуславливается практически постоянной концентрацией Са2+. в почвенном растворе, поддерживаемой растворением гипс?. и карбонатов' при снижении.кой'центраций ЛЬ+ в ходе отмывки легкораотворииых солей.

Скорость рассоловцевания.в различных опытных массивах зависит от количества дополнительной влаги, получаемой- в-ходе снегонакопления. *.'..■ ...

■ В процессе мелиорации в ПШ. кальцием замешается в основном ион содержание Ид?* уменьшается в меньшей степени. Высказано предположение о переходе М^?* из кристаллических решеток ГМ на об- -пенные позиции в хода мелочного гидролиза.

. - 23 -

Заметное снижение, содержания Л/а+ г ППК может Сыть достоверно выявлено не ранее,, чем через 14-15 лет после начала мелиоративных мероприятий, хотя легкорастворимые соли могут быть отмыты и раньше. В последующий период.скорость распространения вниз по профилю границы слон, подвергшегося рассолонцеванию, составляет в среднем 7-И см.в год.

4. Обмен Са2*-Жа+ и; (Саг++11^г+)-в'нативных почвах удовлетворительно описывается уравнениями Талона и Никольского при содержании обменного- А/а^ от 10 до 50% от ЕКО. Выявлена повышенная селективность исследованных почв к по сравнению о зональными почвами,"что можно отчасти объяснить оупердисперсностью глинистого материала и соответственно- увеличением доли наиболее селективных к А/а+ внешних обменных позиций. Обмен Са2+-У^-2+ удовлетворительно описывается уравнением Венслоу и Кришнамурти-Дэвиса*Оверстрита при содержании - обменного: ЛЬ+от 20'до 50$ вт ИГО. Почвы более селективны к и^-2+;гчем к Са2+; Б свяэи со слабой.дифференциацией состаьч ГЦ и низким содержанием гумуса коэффициенты селективности мало иэ-иеняютсятпо профилю,. .

• 5.. Анализ изотерм обмена коэффициентов селективное

ти ТалонаВенслоу, полученных в модельнои-экспермюнте, выявил -селективность,почв*к Са2+ при содержании обменного /Уа! в ППК более 10%.- Сродство к Са2.* снижается при продвижении вниз по профилю в связи о'уменьшением количества гумуса. Уравнение Гапока удовлетворительно описывает зависимость отношения обменного от ЗАИ в диапазоне от 10, до-50 (моль1'2 м-3/2).

б. По данный для нативных почв и результатам модельного опита выявлена высокая седектжввдеть почв к Л4+ при содержании обменного А/а+<10%. Предполагается, ^то обмен при отом осуществляется на не^ более селективных к Л'а*обменных позициях на поверхности высокое-

рядного иллит-смектита, что подтверждается установленной методом информационно-логического анализа связью между коэффициентом селективности- и супердисперсностью лабильных структур. Остальные обменные позиции менее селективны к Л'а+ и располагаются, вероятно,.в мохпекетных промежутках смектитов и на поверхности частиц, иллитов, каолинитов и хлоритов.Высокая селективное» почв k f/a+ при его низком содердании в ШК дает основание прогнозировать замедление процесса рассолонцеваяия при снижении доли обменного //а+'до 10% от НОТ.

7. Хорошее согласование литературных данных по почвенный растворам и расчетных концентраций отдельных ионов ло программе .,.

а также раоочитанных по программе и измеренных величин р М поэволя- . ет считать, что эта программа удовлетворительно описывает процессы солеобмека между.жидкой.и твердой фазами почвы.

8. Прямые измерения активности ионов ион-селективными электро- . дами (ИСЭ) показали, что величина рА/а -может быть использована для характеристики солевого состава целинных солонцов, а ее изменение

во времени - для оценки скорости мелиорации. Предложена эмпиричес- ' , кая зависимость оценки степени солпкцезатости по величинам p/Va и рСа, которые могут быть получены экспериментально ИСЭ.

Список работ, опубликованных по теме диссертации;

1.'Влияние, длительной мелиорации на изменение химико-минерзло-гичеоких свойств солончаковых солонцов Северного Прикаспия // Вестник JH7. Сер. 3. Вып.4. С. 122.

2. Гранулометрический состав и: состав глинистых минералов в целинных и мелиорированных солончаковых солонцах Северного Прикаспия // Внелогические неуки. 1989, ft 12. С. 87-92 (в соавторстве).

3. Изменение почвенного поглоиаюдего комплекса солончаковых^солонцов при мелиорации // Повышение продуктивности полупустынных зе-

- as -

мель Северного Прикаспия. M;: Наука, 1989. С. 48-57.

Влияние мелиорации на изменение состава обменных катионов в солончаковых солонцах Северного Прикаспия // Груды IX конференции молодых ученых факультета почвоведения МПГ. IS87 (в печати)*

5. Ионный обмен в целинных и мелиорированных солонцах Север- ' ного Прикаспия // Сб. докл. Всесоюзного совещания по проблемам химической термодинамики в почвоведении (в ооазторстве, в печати).

Подписано в печать ¿.Mf.90'

Тираж/СС экз. Объем S п.л, Зак..*60<*

Ротапринт Московского ордена трудового Красного знамени' института инженеров сель. . (охозяйственного производства им.В.П.Горячкинэ 127550, лосква, И-бЬО. Тимирязевская ул.,5В.

\