Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ОБЫКНОВЕННЫХ КАРБОНАТНЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ ПОД ВЛИЯНИЕМ ОРОШЕНИЯ ВОДАМИ РАЗЛИТОГО КАЧЕСТВА

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ОБЫКНОВЕННЫХ КАРБОНАТНЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ ПОД ВЛИЯНИЕМ ОРОШЕНИЯ ВОДАМИ РАЗЛИТОГО КАЧЕСТВА"

A-SW6

РООСИВЯЛЯ АКАДЕМИЯ СЕАСКОХОвЯГТКШХ НАУК

ОРДЕНА ТРУД JOTO КРАСНОГО ЗНАШНМ 1ЮЧВИМ1 ЮСТМТГГ ШЕЕ ДОКУЧАЕВА

Bat правах рукописи УДК 631.4 : 631.6

«ЧУЕВА ОЛЬГА АЛЕКСНЕЖА

ЮМЕШЖЕ СВОЙСТВ 0ШКН0В8НШХ КАРВОВАТШХ ЧЕЙЮОЕИЭВ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ ПЭД ВЛНМЕН ОРСЖЖЯ ВОДАМИ РАЗЯГаОГО КА«СТВА

Специальность: Об. 01.03 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на сонскаянз учено* стезеня кандидата сельскохозяйственны! вале

МОСКВА" 1992

Работа выполнена в отделе генезиса и мелиорации засоленных почв Почвеного института им. В. Е. Докучаева

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных

наук

К А. Эимовец

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных

наук

Т.а Турсина

на заседании Спец

при Почвенном институте им. В. К Докучаева.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Почвенного института Отзывы на реферат просим направлять в 2-х экземплярах на имя ученого секретаря совета: 109017, Москва, Пымевскх* пер. 7, 1Ьчвенньй институт

доктор географических наук Ф. И. Козловский

Ведущая организация: Северо-кавказский институт

проектирования объектов водного хозяйства г. Пятигорск

Защита состоится

Учений секретарь Специализированного совета доктор с*льскпхо8яйстненишс наук

КС. Симакова

А к т у а л ь н о о т ь: т е м ы,- Наиболее плодородные почвы России - черноземы - занимают на территории Ставропольского края около 3.2 ылн. га. Среди них вирою распространены черноземы обыкновенные карбонатные. Дм получения стабильных урожаев на этих почвах применяется орошение, влияние которого на свойства почв является неоднозначным в зависимости от качества поливной воды, техники и технологии орошения, вещественного состава почв. Существующие оценки противоречивы и дискуссионны. Шесте с тем изучение особенностей изменений карбонатных черноземов при орошения водами разного состава является важной теоретической и практической задачей общего и мелиоративного почвоведения.

Цель исследований - изучить влияние орошения водами разного качества с использованием различной дождевальной техники на изменение свойств карбонатных черноземов Ставропольского края и определить наиболее информативные показатели их деградации.

Для её решения были поставлены задачи:

1. Выявить свойства обыкновенных карбонатных черноземов, являпциеся наименее устойчивши при орошении водами разного состава, и на юс основе определить наиболее информативные критерии и показатели для оценки начальных стадий деградации почв.

2. Разработать систему показателей для сопряженного анализа макрострукгурного состояния почв на основе использования стандартных аналитических методов (сухое и мокрое просеивание по Саввинову).

3. Изучить влияние ионно-содевого состава почв на микроструктуру обыкновенных карбонатных черноземов в условиях модельного опыта.

Научная новизна результатов исследований.

1. Для обькновенных карбонатных черноземов Ставрополья, обладахщкх относительной устойчивость» к неблагоприятном воздействиям орошения слабоминерализованяши водами, наиболее информативным показателями начальных стадий их деградации является: содержание водорастворимого натрия в вытяжке из водонасьвденной пасты, содержание обменного натрия, плотность и макроагрегатный горизонтов.

2. Предложи С1 оскмъ Ш№ерпремив<гдю*нь К макроагрегагного Моск. сад. > . лкадоми

№. К. Л* 1 У-и^рИЗЭВ

состояния почв на основе современной интерпретации результатов анализа почвы методой сухого и мокрого просеивания по Саввяно-ву с использованием данных по всем диапазонам размеров частиц.

3. Предложен новый показатель водопрочности макроструктуры почвы (R), рассчитанный на основе средневзвешенного диаметра (D) и энтропии распределения содержания агрегатов (Н) для сухого и мокрого просеиваний по Саввкнову (формула 7). Оценку водопрочности структуры предлагается проводить совместно по двум показателям: R и сумме агрегатов диаметром >0,25 мм при мокром просеивании (табл.4, рис.1).

4. Впервые для обыкновенных карбонатных черноземов Ставропольского края проведена дробная пептизация ила и исследовано распределение гумуса, удельной поверхности и максимальной гигроскопичности в различных фракциях ила. Установлено, что по содержанию гумуса фракции отличается друг от друга незначительно ( 5-7% в пахотном слое при постепенном снижении с глубиной) . Значения максимальной гигроскопичности фракций ила изменяются в пределах 20- 30Z, удельной поверхности - 250 - 400 м/г.

5. На основе модельного эксперимента установлено, что степень разрушения микроагрегатов в пахотном горизонте обыкновенного карбонатного чернозема увеличивается при снижении обцвй концентрации солей в оросительных водах и одновременном повышнки доли На а них. Диспергирующая роль Мг отмечена в тех случаях, когда его доля среди двухвалентных катионов становится больше 0,6.

Практическая значимость.

Разработанные автором научно-методические рекомендации и предложения по диагностике начальных стадий деградации почв могут быть использованы для оперативного контроля и мониторинга орошаешх черноземов.

Обоснована необходимость ограничения использования слабо-мшераливованных вод для орошения карбонатных черноземов Ставрополья.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на конференции по рациональному использованию орояаеийс черноземов, Новочеркасск, 1688; на заседании Техни-

ческого совета Севкавгипроводаоза, Пятигорск, 1889; на совместном заседании отделов Шчвенного института, 1992; на конференции стран Содружества "Физика почв и проблемы экологии", Пужино, 1982; на международной конференции "Физическая химия и массообменные процессы в почвах", Цущино» 1902.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и предложений производству и списка литературы ие 236. наименований,

из них Ж. на иностранном языке. Изложена на____ страницах

маяинописного текста, содержит____ графиков.....таблиц.

С ОД Е Р X А ННЕ РАБОТЫ

I. Изменение свойств черноземов при орошении (литературный обаор).

В главе на основе литературных материалов рассмотрено изменение свойств черноземов при орошении. Показано, что многие негативные процессы ( ивменение запасов легкораствориыых солей и карбонатов, накопление обменных натрия и магния, уплотнение, снимите пористости агрегатов, воздухосодержания, водопроницаемости, увеличение глыбвстости, снижение водопрочцрсти и др.) происходят с различной скоростью, а, нередко, и направленностью, в зависимости от срока орошения, качества оросительных вод, интенсивности поливов, агротехники и других внеаних условий, а также свойств самой почвы. Такие свойства, как механический, минералогический состав, являются более устойчивыми, но и они могут меняться при жестком воздействии.

Несмотря на больной объем имеющегося материала, остаются дискуссионными вопросы изменения карбонатных черноземов северо - аапада Ставропольского края под влиянием ороввння водами рваного качества с использованием различной дождевальной техники.

II. Объекты и методы исследований.

Днссертшлюжная работа выполнена на основе полевых и лабораторных исследований, проведенных автором в 1989 - 1991 го-

дах.

На основе фондовых материалов институтов "Севкавгипровод-хоз" н "Кубаньгипрозеи" в качестве объектов было выбрано 6 участков (I, II, III на территории колхоза "Россия" и 1Y, Y, YI на территории совхоза "Растеватский" Новоалександровского района Ставропольского края), почвенный покров которых типичен для орошаемых территорий в пределах черноземной зоны Ставрополья и представлен черноземами обдановенными карбонатными мощными, слабогумусированными, незасоленньыи, несолонцеватыми, легкоглинистыми на лессовидных суглинках. Сопоставление основных свойств исследованных почв и фондовых материалов позволяет рассматривать выбранные участки как представительные. Все участки располагались сравнительно близко друг к другу, характеризовались сходными геоморфологическими, геологическими и гидрогеологическими условиями и одинаковым почвениш покровом. Почвы на орошаемых участках обрабатываются по близким технологиям, орояаигся в течение одинакового срока, но различной по качеству водой с применением разной дождевальной техники (табл. 1,2).

Богарные участки N I и Y расположены в непосредственной близости от сооветствущих орошаемых массивов. Как орошаемые, так и неорошаемые участки находятся в автоморфных условиях.

При выполнении работ были использованы следующие методы исследований.

1. Полевые работы: Морфологическое описание почв и отбор образцов из опорных разрезов глубиной до 2,0 м и из 42 скважин на глубину горизонта А; отбор образцов буром Качинского для определения объемной массы; определение естественной влажности; отбор проб оросительных вод.

2. В лабораторных условиях определялись гигроскопическая влажность весовьм методой; удельный вес пикнометрнческим методом; гранулометрический анализ методом пипетки в варианте Качинского; макроагрегатный анализ методами сухого и мокрого просеивания по Саввинову; микроагрегатный анализ по Качинско-ку; набухание почв по методу Васильева; выделение илистых фрэдций методом дробной пептизации по методике Почвенного института; удельная поверхность фракций дробной петиаации ила по

Таблица 1 Условия эксплуатации участков

N орош. срок дре- агро- культуры режим орошения

уч. массив OPODL ках технич. -------------

усло- 1989г. 1990Г. орос. кол-во

вия норма поливов

I - - богара оз.пшеница* -

люцерна

II 2Ы "Фре- судан. куку-

14- гат" трава руза

---- 966 га 16 нет 2100 3

III лет ДДА-100 соя куку- мЗ/га

руза

У - - - богара оз. пшеница+ -

люцерна

IY ДМ"«ре-

14 гат" кукуруза

---- 405 га лет нет 1800 3

YI ДДА-100 кукуруза мЗУга

Таблица 2 Состав оросительных вод

участки источник орошения минерализация, г/д SAR PH Na+ Мв++ Са++- Са++

11,111 пруд в бал- 3,67-4,19 4,3-7,4 7,9 1,1-1,4 1,1-1,2

ке Терновка

IY.YI р. Егорлык 0,45-0,65 1,9-2,1 8.0 1,1-1,2 0,5-0,8

- б -

методу Нутелика; максимальная гигроскопичность фракций дробной пегггизации ила адсорбционным методом по Николаеву: общее содержание органического углерода во фракциях дробной пептизации usa; состав водорастворимых содей в водной вытяжке ори соотношении почва:вода - 1:5 и в вытяжке из водонасыкенной пасты при влажности, соответствующей нижней границе текучести; определение удельной электропроводности при помощи кондуктометра (Ж-102/1; определение концентрации ионов в растворах стандартными методами; определение активности ионов в пасте и в вытяжке из пасты; определение состава обмены* катионов по Таккеру с предварительной отшвкой по Молодцову, Игнатовой; определение С02 карбонатов по Козловскому; определение общего содержания органического углерода по Тюрину; определение К20 и Р206 по Ыачигину.

3. Моделирование влияния ионно-солевого состава почвы на ее микроагрегированность.

III. Изменение свойств обыкновенных карбонатных черноземов при орошении.

Изменение физико-химических и химических свойств по ч в. Ш данным водной вытяжки 1:5 почвы всех участков являются незасоленными. Значения сухого остатка не превышают 0,099% в пахотном слое и 0,1061 в почвенном профиле в целом. Содержание токсичных солей соответственно 0,0431 и 0,068 X. Пэчвы содержат незначительное' количество На и С1. Влияние орошения минерализованными водами на различия в содержании солей между богарными и о ро пае мши участками не прослеживается.

Цри определении солевого состава почв при более узком, чем в водной вытяжке, соотношении почва:вода (при влажности, соответствувдей нижней границе текучести) результаты получились более дифференцированнши. Показатели, характеризуйте общу» степень засоленности, не имеют достоверных различий как между горизонтами внутри каждого разреза, так и между разрезами. Удельная электропроводность вытяжек и суша солей имеют невысокие значения и указывают на то, что почвы не засолены. Од-

нако состав солей в некоторых разрезах претерпел изменения. Так. в вытяжках иг паст образцов почв, орошаемых ДЦА-100 минерализованный) водами, появляются в небольших количествах ноны СОЗ , наличие которых не установлено водньыи вытяжками, и, соответственно, увеличивается рН до значения 8,52-8,58. Это говорит о неблагоприятном воздействии на черноземы минерализованных вод, подаваемых ДДА-100. В почвах, орошаемых "Фрегатом", увеличения щелочности не наблюдается.

В солевом составе почвенного профиля участков II и III, орошаемых минерализованной водой, происходит увеличение содержания Na по всему профилю по сравнению с богарой. В среднем на участках, орошаемых минерализованными водами, содержание Na составляет 3,5-4,5 мг-экв/л. В почвах, орошаемых пресными водами (участки IY и YI), содержание ионов На не увеличивается и не отличается от богарных участков.

Содержание водорастворимого Са во всех образцах приблизительно одинаково, по-видимому, за счет постоянного пополнения его содержания при растворении карбонатов кальция.

Содержание хлора в вытяжках из паст отличается нестабильность» ввиду высокой подвижности аниона. В данном Случае можно говорить лишь о тенденции к некоторому увеличению содержания хлора в вахотнои и подпахотном горивонтах почв, орошаемых ми-нералмвбваняын! водам. Такая же тенденция отмечается и в отношении сульфат-ионов.

Достаточно информативным оказался метод определения активности ионов На ионоселективными электродами непосредственно в почвенной пасте при влажности, соответствующей нижней границе текучести. Этот показатель дает наглядную картину начальных стадий засоления чернозема. Значения aNa, измеренные в пастах, для. черноземов, орошаемых минерализованными водами достигают 2,4-3,0 мг-экв/л, что соответствует слабосолонцеватш почвам по классификациям Агабабян (1978) и Чаусовой (1978). В почвах, ороваешх пресной водой, значения aNa невысокие (0,200,48 мг-экв/л).

Оценка состава обменных катионов проводилась при предварительном увлажнении, соответствующем степени увлажнения при извлечении раствора иа паст. При близкой для всех участков сум-

ме обменных катионов (20-27 иг-экв/100 г. почвы в.корнеобитае-мом слое) на участках, орошаемых минерализованными водами/ отмечено увеличение содержания поглощенного На с 0,3-0,4 мг-экв/ 100 г.п. на богаре до 0,8-1,1 мг-зке/100 г. п., что составляет 4,6-5,0% от емкости поглощения; т.е. почва находятся на стадии перехода к слабосолонцеватым (ВСЯ,1985). Распределение этих величин по профилю близко по характеру к распределению величин содержания водорастворимого Ма и ЭАК, что позволяет говорить об отсутствии необходимости определения нескольких параметров ионно - солевого состава при оперативном контроле за физико -химическими и химическими свойствами карбонатных черноземов. Содержание обменного Са во всех исследуемых разрезах б^язко по значениям и составляет 20,5-25,2 мг-экв /100 г в пахотном слое и равномерно падает вниз по профилю до 9,5-16,5 мг-экв/100 г на глубине 150-200 см. Закономерных отличий орошаемых почв от богарных по соделани» обменного Са выявить не удалось.

Изменение физических' свойств почв. В исследуемых почвах произошло уплотнение профиля на орошаемых участках по сравнению с богарными. Особенно это явление заметно в горизонтах плужной подошвы, в которых плотность на орошении составляет 1,25- 1,34 г/куб.см. Наибольших величин этот показатель достигает в почвах, орошаемых минерализованный водами, а также орошаемых пресными водами ДЦА-100. Наиболее значительные изменения произошли в черноземе, орошаемом ДЦА-100 минерализованной водой.

Орошение водами разного качества с использованием разной дождевальной техники не привели к изменению соотношений фракций дробной пептиаации ила в изучаемых карбонатных черноземах. Для качественной характеристики фракций ила в них было определено содержание гумуса, максимальная гигроскопичность и удельная поверхность. Содержание гумуса во всех фракциях постепенно уменьшается с глубиной. Значения максимальной гигроскопичости и удельной поверхности в большинстве случаев несколько выше для воднопептизированных фракций, чем для агрегированных. Однако, ни в том, ни в другом случае не выявлено закономерных отличий в качестве илистых фракций между орошаемыми« и богарными почвами.

Результаты макроструктурного анализа говорят о том, что почвы всех участков структурны в сухом состоянии. Например, содержание агрегатов >0,25 мм колеблется от 88,3 до 99,6t; содержание агрегатов >1 мм - от 61,4 до 98,2.Х. Удержание высокодисперсных фракций незначительно.

Горизонт плужной подошвы Апах2, начияпщкйся с глубины 14 - 22 см и имеющий мощность 16 - 25 см, является сдоем, по которому можно судить о многолетнем влиянии качества оросительных вод и поливной техники на структуру чернозема. Из анализа результатов следует, что наибольшие различия между горизонтами Апах2 отмечены для агрегатов <0,25 мм; 0,25 - 1,0 ММ; <0,5 №<; <1,0 мы; т.е. для мелких фракций почвы.

В горизонте плужной подошвы выявлены отличия в структурном состоянии почв, орошаемых водами разного качества. В черноземах, орошаемых минерализованными водами, этот горизонт отличается большей глыбистостыо и меньшим содержанием агрономически ценных фракций.

Во всех почвах - как орошаемых, так и неорошаемых - горизонт плужной подошвы имеет балыдо сумму агрегатов >0,25 мм, >1,0 мм, >0,5 мм, >3,0 мм . В почвах участков, орошаемых минерализованными водами, плутая педовва более плотная и менее подвержма разрушению при мокром просеивании. Подобная стойкость к действию воды не является агрономически ценным свойством из - за переупаковки микроструктуры, снижения числа пор и уплотнения (.ЗбРрУЩУК /9ß0.......). Также трудно назвать положительным резкое увеличение "водопрочности" - содержания агрегатов > 0,25 мм в плужной подошве участков II и III. На почвах, орошаемых качественными водами, по всем показателям не отмечено различий как в сравнении с богарными участками, так и при сравнении действия разных дождевальных машин. Иная картина наблюдается при орошении минерализованными водами. Показатели макроагреатного состава при мокром просеивании для почвы участка III, орошаемого ДДД, резко отличаются не только от богарного участка, но и от участка II, орошаемого "Фрегатом", в сторону большей глыбистости, уменьшения числа мелких агрегатов. В этом случае наиболее информативны такие показатели, как суммы агрегатов >0,25 мм, >1 мм, 1,0 - 3,0 мм.

- 10 -

Дан того, чтобы дифференцированно оценить влияние на структур/ чернозема качества оросительной воды и типа дождевальной техники, по отношению к данным анализа мокрого просеивания па Саввинову применены методы математической статистики. Выполнен двухфакторный дисперсионный анализ результатов, в ходе которого было определено, что на структурное состояние пахотного слоя в первую очередь влияет тип дождеваьной техники (доли влияния 0,25 - 0,63 )и сочетание этого фактора с фактором качества оросительной воды (доли влияния 0, 20 - 0,64), а фактор поливной воды играет несколько меньшую роль (доли влияния 0,05 - 0,47).

Способ оценки макро- и микро- структурного состава почв на основе сопряженных анализов.

Показатели, используемые в настоящее время для интерпретации результатов структурного состояния почв, представляют собой содераиние агрегатов определенных размеров и отличаются друг от друга граничными значениями диаметров агрегатов. При этом содержание и распределение агрегатов других размеров не учитывается. Существующее положение связано с тем, что объекты, изучаемые различными авторами, отличаются по своему исходному состоянию, и, в зависимости от конкретных местных условий, изменяются по-разному, что в кавдом конкретном случае более рельефно описывается содержанием частиц разного размера. Кроме того, для интерпретации результатов практически отсутствуют методы сопряженного анализа данных распределения агрегатов по размеру, характеризующих структурное состояние почвы в разных условиях (например при сухом и мокром просеиваниях).

Нами предлагается способ интерпретации данных макроагре-гатного (сухое и мокрое просеивание) состояния почв.

Рассчитываются следующие показатели.

Для отдельных видов анализов (сухое, мокрое просеивание по Савинову) - два показателя, характеризующих в целом распределение частиц по размерам:

О - средневзвешенный диаметр частиц;

di ai

D _------------- ( 1 }

al

где al - содержание 1-й фракции агрегатов, имеющих диаметр от dl min до di max, X;

dl шах - di min

di---------------- - средний диаметр агрегатов i-й фракции, и*

2

Н - энтропия распределения содержания агрегатов Н - - (ai/100) loeiai/100) - -(1/lOOlnE) ai In(ai/1Q0) (2)

Серия показателей, характеризующих отклонение в распределении частиц по размеру в двух сопря ленных видах анализа (для сухого и мокрого просеявший по Саввинову):

при И-Ы-с1 >0, где Ы и с1 -содержание, частиц 1-й фракции двух сопряженных анализов, соответственно,

(И г\

1Н ----------------------(3)

XI

0+ - средневзвешенный диаметр агрегатов, рааруяаищхся при увлажнении;

н+ - - (ги 20 1о« (и/ го (4)

Н+ - энтропия распределения содержания агрегатов со сред-невавешанный диаметром 0+;

при И <0

<и г\

- ........— (5)

21 .

- средневзвешенный диаметр частиц, на которые распадаются Солее крупные агрегаты (имещие средневзвешенный диаметр I» при увлажнении;

Н- - - (. Ъ\ / 21 ) 1о£ ( 21 / 21 ) (б)

Н- - энтропия распределения содержания агрегатов (или частиц) со средневзвешенным диаметром Ен;

I? - (Ос - Ом) + (Не - Нм) (7)

К - показатель неустойчивости структуры к увлажнению. Индексы "с" и "м" соответствуют сухому и мокрому просеиванию.

Оценка водопрочности макроструктуры почвы.

В качестве показателя водопрочности макроструктуры почвы предлагаем использовать Я, рассчитанный на основе показателей О и Н для сухого и мокрого просеиваний по Саввннову (формула

Максимальная водопрочность соответствует Я - О, с возрастанием К водопрочность структуры уменьшается. Значения, которые может принимать показатель К, условно объединены в несколько групп (градаций) (таблица 3).

Поскольку каждый показатель (в том числе и предлагаемый К) достаточно односторонне характеризует водопрочность почвенной структуру, целесообразно совместное использование нескольких показателей. В частности мы предлагаем совместно использовать' сумму частиц более 0,25 ш при мокром просеивании по Саввинову и показатель Я. В этом случае возможно получение следуй?« классов, характеризующих качество почвенной структуры до агрегированностии водопрочности (рисЛ, табл.4).

Таблица 3

Оценка водопрочности структуры почвы на основе показателя R

значения R оценка водопрочности

<0,6 высокая

0,5-2,5 хорошая

2,5-4; 5 средняя

4,5-6,5 низкая

>6,5 неудовлетворительная

Оценка изменения структурного состояния черноземов при орошении с использованием предложенных показателей

Предложенные показатели применены при оценке изменения черноаемов обыкновенных карбонатных Ставропольского края под воздействием орошения пресными и минерализованными водами различной дождевальной техникой (ДЦА и "Фрегат"). Данные обработаны с помощью многофакторного дисперсионного анализа.

Горизонт Anaxl. 5 сухом состоянии наиболее глыбистым является пахотный горизонт в разрезе III, орошаемом ДЦА минерализованной водой. Наименее агрегированными после увлажнения (средневзвешенный диаметр при мокром просеивании 0,24 - 0,30 мм) оказались образцы из пахотного горизонта разреза II, орошаемого "Фрегатом" минерализованной водой. Водопрочность пахотных горизонтов средняя и низкая (R от 2,6 до 5,3), имеет тенденцию к.снижению при поливе минерализованными водами. Качество структуры, оцениваемое совместно по двум показателям (рис.1, табл.4) низкое (подклассы 116 и IIb) и среднее (подклассы Illa и 1116). Худшим в данном случае оказалось качество структуры на почвах, орошаемых ДДД-100 минерализованными водами. Средневзвешенный диаметр агрегатов, разрушающихся при увлажнении (D+) в пахотных горизонтах^колеблется в широких пределах от 3,8 до 10,0 ш. Диаметр агрегатов, на которые разрушаются сухие отдельности CD-), изменяется пт 0,15 до 0.? мм.

9исЛ

г

Vi 40

i $

Ч ь

о

I ' i*

V if a'

(Y¿* 1 ¡y* 5 1 _

Л »Л Jt

К/iaecâ/, xûpû кЦерг/зу/ощие xg veers о

tlW&eHHoà СТРУКТУРУ /}€> ú/per¿/p0£¿?#A'£>C7t/ 4f ëodonpol/м о CT

Таблица 4

Классы, характеризующие качество почвенной структуры по агрегированности и водопрочности

N качество N под- характеристика структуры клас- структуры класса са

12 3 4

1а очень низкая агрегированность почвы в сухом и увлажненном состоянии

очень низкая агрегированность почвы в 16 увлажненном состоянии при различной водопрочности

очень низкая водопрочность почвы при 1в различной агрегированности как в сухом, так и увлажненном состоянии

сцементированные структуры, отлича-1г едиеся избыточно высокой водо- ' прочностью

низкая агрегированность почвы в ув-Па лажненном состоянии при различной водопрочности

удовлетворительная и хорошая агреги-II низкое ПС рованность почвы в увлажненном состоянии при низкой водопрочности

отличная агрегированность почвы в ув-Пв лажненном состоянии при низкой водопрочности

неудов-I летвори-тельное

Продолжение таблицы 4

12 3 4

удовлетворительная агрегированность II1а почвы в увлажненном состоянии при хорошея и средней водопрочности

хорошая агрегированность почвы в ув-ПI среднее II16 лажненном состоянии при средней водопрочности

отличная агрегированность почвы в ув-II1в лажкенном состоянии при средней водопрочности

1Уа хоровая агрегированность почвы при хорошей водопрочности

1У хорошее 1Уб отличная агрегированность почвы при

хорошей водопрочности

1Ув избыточно высокая агрегированность почвы при хорошей водопрочности

У отличное У отличная агрегированность почвы при

высокой водопрочности

Закономерностей в изменениях этих величин в зависимости от минерализации оросительной воды не выявлено.

Дисперсионный анализ результатов показал, что на большинство показателей влияет качество поливных вод (доля влияния 0,055 - 0,128); техника орошения (доли влияния 0,080 - 0,610) и их взаимодействие (6,121 - 0,856). Т.е. на изменении структуры пахотного слоя исследуемых почв в первую очередь сказыва-

ется техника полива, а качество поливных вод лишь усугубляет ее воздействие. Взаимное действие этих факторов на паготшЛ слой заключается в более сильном воздействии"фрегата" при поливе хорошими, а ДЦА - минерализованные водами.

Горизонты плужной подошвы, находящиеся на глубине от 14 -22 до 33 - 46 см, являются во всех разрезах наиболее глыбистыми в сухом состоянии (средневзвешенный диаметр 8,84 - 11,17 мм), причем наибольшие значения De (10,76 - 11,17 мм) приходятся на разрезы П и III, орошаемые минерализованными водами. Естественно. что в этих разрезах отмечены и наибольшие (12,5-14,0, значения показателя D+. При воздействии на почву вода средневзвешенный диаметр образующихся агрегатов (D-) колеблется от 0,27 до 1,6 ш. Максимальные значения О- (0,3-1,6 мм) отмечены при орошении минерализованными водами. Разница между размерами распадающихся и образующихся частиц в этих случаях наиболее значительна, что можно рассматривать кем свидетельство слабой водопрочности.

Крайне низкая водопрочное?ь агрегатов (R - 8,1 - 9,5) в плужной подошве снижается еше более при орошении минерализованными водами (доля влияния 0,622) и при прочих равных условиях - при поливе ДЦА-100. В целом на горизонт плужной подошвы значимо влияют как оба рассматриваемых фактора по отдельности (доли влияния качества воды 0,088 - 0,324, довдевадьной техники - 0,331 - 0,592 ), так и их сочетание (доля' влияния 0,133 0,272 )*, однако доли влияния фактора оросительной техники выше по большинству критериев. Т.е. качество оросительной воды в данном случае играет подчиненную роль по отношению к воздействию на структуру дождевальных машин, различающихся, в частности, по интенсивности полива.

Ш традиционным критериям оценки водопрочности (сумма агрегатов >0,25 мм при мокром просеивании и др.), структура почвы в плужной подошве должна оцениваться как "отличная" и "избыточно водопрочная" (73,1-78,5 X). Но такие агрегаты на орошаемых участках имеют высокую плотность, низкую порозность и не имеют агрономической ценности. Предлагаемый подход позволяет сделать более адекватную оценку структурному состоянию горизонта плужной подошвы - "неудовлетворительная водопроч-

ность" (R - 8,1 - 9,5). При использовании двух показателей совместно структура также оценивается как неудовлетворительная (подкласс 1в).

Подпахотный горизонт AI. Средневзвешенный диаметр сухих агрегатов Ос, а также значения D+ в горизонте AI, расположенного на глубине от 33 - 46 до 60 - 80 см), ниже, чем в горизонте плужной подошвы. Однако, и на этой глубине почвы, орошаемые минерализованной водой "Фрегатом", а, в особенности, 2ДД-100, отличаются от богарных и ороваешх пресными водами в сторону большей глыбистости. Структура этого горизонта практически не ипытывает на себе влияния качества оросимльной воды как отдельного фактора. На эту глубину "распространяется" действие фактора дождевальной техники (доля влияния 0,379 - 0,720) и сочетание его с качеством поливных вод (доля влияния 0,263 -0,383). При этом орошение ДЦД приводит к наибольшей глыбистости »того горизонта (De- 7,16 ш) и к наименьшей его водопроч-ности (R около 6).

IY. Uoдельный опыт по научению влияния ионна-солевого состава почвы на ее микроструктуру.

Цель опыта - изучить влияние соотношения общей концентрации солей , SAR и доли катионов магния в почвенном растворе на изменение характера распределения микроагрегатов по размеру.

Дая проведения модельного опыта был взят образец из пахотного горизонта чернозема обжновенного карбонатного тяжелосуглинистого богарного на территории свх. "Расвеватский" Новоалександровского района Ставропольского края (разрез Y).

В процессе сушки образец был пропущен через сито с диаметром ячеек 10 мм и тщательно многократно перемешан: Навески почвы 500 г промывались на керамических воронках при свободном оттоке фильтрующихся растворов. Характеристики растворов, использованных для насыщения, рассчитывались с помощью сишет-ричного ортогонального плана эксперимента (план N 60, раздел

4.3 "Таблиц планов экспериментов____,1082) для полиномиальной

шдели третьего порядка. Растворы гсиожнлн с использованием

хлоридов Ca, ^ и Na Опыт состоял из 26 вариантов, из них для верификации моделей. ГЬсле насычеяи» растворами заданного состава, почвенные образцы были высушены, растерты, и пропущены через сито с диаметром ячеек 1 мм. Б них изучен гранулометрический и ыикроагрегатнь* состав. Анализ состава водорастворимых солей определяли путем получения вытяжки из * пасты при влажности 44Х, состав, обменных .катионов - методом Таккера (Tucker, 1964) с предварительной отшвкой солей по Мэлодцрву (1974).

Результаты обрабатывались с помощью модели: у - qO + qlxl + q2x2 + q3x3 + ql2xlx2 + ql3xlx3 + q23x2x3 + + qllxlxl -t- q22x2x2 + q33x3x3 + qlllxlxljcl + q222x2x2x2 + + q333x3x3x3 + q123x1x2x3 ;

где у - показатель микроагрегатаого состава (1. Содержание частиц диаметром >0,25 мм; 0,25-0,06 мм; 0,05- 0,01 мм; О, 01-0, 005 мы; 0,005-0,001 мм; <0,001 ш при микроагрегатном анализе. 2. D - средневзвешенный диаметр микроагрегатов - D -( dl al)/ al ; где al - содержание 1-й фракции агрегатов,имеющих диаметр dl, ' X); xl - удельная электропроводность раствора Ее, мСм/см; х2 - SAR act - показатель SAR,рассчитанный по активности иоиов; хЗ - К- aMj/(aCa + аЦг).

Удачными моделями оказались три - для D и для содержаний фракций (0,25-0,05мм), (0,05-0,01мм).

Коаффииенты q , q , q....... q рассчитаны с помощью регрессионного анализа

Йа рис. 2-5 видно, что с ростом SAß и.доли шгния при низкой удельной электропроводности (Ее) уменьшается еодерюние крупных микроагрегатов. С увеличением Sc уменьшается интенсивность раарушениядикроагрегатов самых крупных размеров, а более мелкие фракции наоборот накапливаются. Содержанке фракции менее 0,001 мм при мшероагрегатноы анализе не зависит от содержания и состава солей в растворе для исследуемого образца. Следовательно,! по крайней мере в присутствии карбонатов кальция ухудшение ионно-солевого состава почвы способствует разрушению сначала наиболее крупных, а затем всё более я более мелких агрегатов.

ГЬдобное явление трудно объяснить только с1 помощью теорш

fijc.iï -—iN

SM* 5-

Збёиац/хосгь средневэбшемнепэ ¡¡Ьсмег/ж микроомwwa /V яАжЩ ср*А/ ákyxjwxMTH&itхогиомоб H-Mf/(-^fg-fùi) m noâr&mif*/ yfaä&d S: и Jf/Ç

JÍP&f£¿J¿

10

мы k*t)3

hfa/ûfcW V.Eciû /!*& Moi k*t>?

SoSiiùfMe&b Ct*ty>-*0»i//> qpettjUB мшроегр&яш q&faCm pu *4R /?¿>ert>M/foJ seteawnj «вг/^А^МАй^ /£с ' л ¡?pte ty? ep&fo ¿arvejos fa

/qtt&eHWà эе&фи/пеяг Ú/г тес<¡¿s¿> n&tm.

MOfauZ/

I ft/O

— i —

—-j —a-v

;.. V\í

i

¡4

lEa4t>K*(}3

m

Зовцсимсяъ ср&?*гг»»еагемм>г£> ла/А^еагрегагаб

/Оср/ етШ При nocrofimctj iAtiMcJ ¿tmpeefiesafroat, £t и ^ /WtóWB Jfs Ato>

fwc*&№Mt жспфвмекг с /VArMmtsoùwbt}

JttâtMll.

дашшместр a>fa>*qwi> <&а*цш Awtpcapwiae

tmJM mi nc>S7t)fim>à J&awei/ /&/,

/Чйсшущ} 9к&>фименг £ лрм&цAH? ншмамибАбНёи МЯ&ишЪ/

двойного электрического слоя (ДЭС). С одной стороны, изменение размера крупных микроагрегатов под воздействием солевых растворов в общем не противоречит теории ДЭС, с другой стороны, в соответствии с ней должны отталкиваться наиболее мелкие частицы, расположенные ближе всего друг кдругу, что явно не соответствует размеру микроагрегатов ( более 0,01 мм).

Противоречие исчезает, если учесть многоуровневое иерархическое строение агрегатов в черноземе. В такой структуре максимальное сближение существует в зонах контакта между агрегатами меньшего порядка, составлящих более крупные микроагрегаты. Изменение солевого состава приводит к ослаблению связей медцу частицами, в том числе и в зонах контактов между агрегатами. В результате при возникновении минимальных физических воздействий на систему в первую очередь нарушаются связи в контактных зонах, связывающих микроагрегаты одного порядка в более крупные агрегаты, а в дальнейшем и связи между более мелкими частицами. Поскольку при производстве микроагрегатного состава физические воздействия на образец небольшие, происходит разрушение только наиболее крупных микроагрегатов.

Иг анализа моделей и графиков к ним можно сделать следующие выводы. .

1. Для обыкновенного карбонатного чернозема с увеличением в растворе ЗАЯ и доли Щ в составе двухвалентных катионов в первую очередь разрушатся микроагрегаты крупных фракций (диаметра О, 25-0, 01 мм), тогда как агрегаты меньшего размера оказываются более стабильными. Эти изменения в наибольшей степени проявляется на фоне низкой концентрации электролита.

2. Среди показателей, характеризующих состав растворов, на микроструктуру наибольшее влияние оказывают совместно ЗАЯ в сочетании с удельной электропроводностью раствора. Доля Ме среди двухвалентных катионов играет подчиненную роль. Диспергирующая роль Ц; отмечается при его высоком содержании ( > 6070% от суммы двухвалентных катионов)..

- so -выводы и

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Обыкновенные карбонатные - черноземы Ставропольского края обладают относительно высокой устойчивостью к воздействию орошения, в том числе и минерализованными (3-4 г/л) водаьш сульфатно-магниево-натриевого состава, что определяется наличием карбонатов по всему профилю, включая пахотные горизонты, и значительными резервами водорастворимого, обменного и других форм кальция.

2. орошение минералиованными водами в течение 14 - 16 лет обыкновенных карбонатных черноземов в первую очередь вызывает изменение таких свойств, как содержание водорастворимого и обменного натрия, плотность почвы, структурное состояние (макроагрегат ный состав). Другие физические и фнзино - химические свойства остаются относительно стабильными. Статистическая обработка данных показала, что ухудшение макроагрегатного состава орошаемых почв определяется типом дождевальной машины (доли влияния 0,26 - 0,63), качеством поливной воды (доли влияния 0,05 - 0,47) и совместным действием этих факторов (доли влияния 0,20 - 0,64).

3. Орошение пресными водами р. Егорлык (минерализация 0,3 -0,7 г/л, SAR около 2) в течение 14 - 16 лет не веввэло изменений солевого состава обыкновенного карбонатного чернозема. Орошение минерализованными водами (минерализация 3,7 - 4,2 г/л, SAR 4-7) способствует сравнительно небольшому накоплению солей в профиле, преимущественно в нижней части. Содержание обменного Na возросло с 1,5 - 1,62 до 4 - 51 от емкости поглощения. Кроме того, в почвах, орошаемых минерализованными водами с применением ДДА-100, возросла щелочность (появились ионы 003 в количестве 0,2 - 0,6 мг-экв /л).

4. Орошение в течение указанного срока преснши водами р. Егорлык ди "Фрегат" не вызвало заметных изменений физических свойств обыкновенных карбонатных черноземов по сравнению с неорошаемыми участками. Отмечается лишь увеличение плотности с 1,17 до 1,25 г/см в горизонте плужной подошвы. При орошении

ДДА-100 плотность указанного слоя возрастает в большей степени - до 1.32 г/см , отмечется также увеличений гдыбистостя и снижение водопрочности почвенных макроагрегатов.

5. При орошении минерализованными водами из пруда в балке Терновка физические свойства карбонатных черноземов изменяются в большей степени, чем при орошении пресной водой. Наиболее заметные ухудшения физических свойств отмечены на участке, орошаемом высокоинтенсивной . дождевальной техникой (ДЦА-100), На этом участке произошло значительное увеличение числа глыбистых агрегатов, возрастание средневзвешенного диаметра, снижение водопрочности, которые сопровождаются увеличением плотности почвенного профиля до 1,38 г/см .

6. Предложен способ интерпретации данных макроагрегатного (сухое и мокрое просеивание) состояния почв, основанный на расчете обобщенных показателей. Распределение частиц по размерам для отдельных видов структурного анализа оценивается по средневзвешенному диаметру (0) и энтропии распределения содержания частиц (Н). Отклонение в распределении частиц по размеру в двух сопряженных видах анализа характеризуется средневзвешенным диаметром агрегатов, разрушающихся при увлажнении (СИ-), средневзве те ннш диаметром частиц, на которые распадаются агрегаты с 0+ (I)-), и энтропиями распределения содержания частиц по размеру (Н+, Н-).

Предложен новый показатель водопрочности макроструктуры почвы (К), рассчитанный на основе показателей 0 и Н для сухого и мокрого просеиваний по Саввинову (формула 7). Оценку водопрочности структуры предлагается проводить совместно по двум показателям: В и сумме агрегатов диаметром >0,25 мм при мокром просеивании (табл.4, рис.1).

'7. На основе модельного опыта произведена оценка роли качественного состава поливной воды на изменение микроагрегатного состава чернозема. Установлено, что по мере роста величины 5АЯ при низкой общей концентрации содей в растворе распадаются прежде всего микроагрегаты крупных фракций (<& > 0,01 мм)', тогда как агрегаты меньшего размера оказываются более стабильными. Диспергирующая роль Ме проявляется при его высоком содержании (>60-701 от суммы двухвалентных катионов).

- Е2 -

8. Для оперативного контроля за физическим и фнзино -химическим состоянием орошаемых обыкновенных карбонатных черноземов рекомендуется определение активности натрия поноселек-гквныии электродами в почвенной пасте при влажности, соответствующей нижней границе текучести, и макроагрегатного состава почвы путем сухого и мокрого просеивания с последухяцей сопряженной оценкой результатов.

9. Несмотря на относительную устойчивость карбонатных черноземов к воздействию оросительных вод, рекомендуется ограничить поливы минерализованной водой, применяя их в исключительных случаях, локально, с постоянным контролем аа состоянием почв, в особенности карбонатного фона, который имеет тенденцию к снижению при орошении. При снижении содержания СОд, карбонатов до значений О,1*<^следует прекращать поливы минерализованной водой или применять специальный комплекс агромероп-риятий по дополнительной стабилизации резерва почвенного кальция.

10. По мере возможности сократить использование для поливов дождевальных установок типа ДКА-100, вызывающих наиболее сильные изменения физических и физико - химических свойств черноземов, особенно при поливе минерализованньши водами.

из

¿?с/с £ ер га ¿^ цц

1. <Ьчр»ва й А. Обобарняе материалов почвешю-ммиорвтив-вых кшасааяА по влмявяо орошения иа свойства чариовеов (ва примере 1ВООС). - В (Л.: Вопросы мелиорации орошешк земель. Новочеркасск,1900, с. 74-78

2. Чвчуева а А. Иеучение изменений свойств черноземов на примере Прело-Егорлыской ООО. - В сб.: Оровв^ше черноаеш к я рациональное исоальволт*». Новочеркасск, 1990, с. 36-44

а В кохикгмве авторов. Указания по регулирован») пищевого рмшма иронии черномиов Оемрмого Кавкааа.

4. Чвчдо* 0. А. Сцмка иафорштиваостн свойств почвы при устажжшам ммыышх стадий их ¿вменений при оромшш. в сб.: Цаблмч мелиорации на Северном Кавказе. Ставрополь, 1901, с. 13-15

£ ¿Ае^егГо 0,4. 94е. е$>с£ ¿/ ¿Яг

¿ш? ¿у' а? ¿¿з лгж-ъехг-р-

СЛШмШ^ ¿£¿4,0*г^е /л

ПГПИИЯ. Заказ 331.-Т»р«* 100. 1992г.