Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Сравнительная характеристика природно слитых и уплотненных при орошении почв

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Сравнительная характеристика природно слитых и уплотненных при орошении почв"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М. В. ЛОМОНОСОВА

Факультет почвоведения

На правах рукописи

УДК 631.48

АРТЕМЬЕВА Зинаида Семеновна

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНО СЛИТЫХ И УПЛОТНЕННЫХ ПРИ ОРОШЕНИИ ПОЧВ

Специальность 03.00.27 — почвоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва —1991

Райота выполнена на кафедре общего почвоведения факультета Почвоведения Московского государственного университета имени М.Б.Ломоносова

Научный руководитель доктор биологических наук, профессор Е.М.Самойлова

Официальные оппоненты: доктор биологическим наук* профессор Л.О.Карпачевский кандидат 6'иологичоскик наук О. Б. Чернова

Ведущее учреждение : Униоерситет дружйы народов имени Патриса Лумумйы.

Защита состоится " " ОТ^тЯ'^^Л 1991 г. в 15 час. 30 мин. в

аудитории М-2 на заседании Специализированного совета по почвоведении К053.05.16 в МГУ им.М.В.Ломоносова, 119399, Москва, Ленинские горы, МГУ, факультет Почвоведения МГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Факультете Почвоведения МГУ.

Автореферат разослан " " V V, 1991 г.

Учений секретарь специализированного совета Г.В.Мотузова

гтуальность проблемы. Процессы слнтизации, развивающиеся о »хотныи горизонта'/, черноземов при орошении являются одним иг акторов, снижающих почвенное плодородие. Механизм этого явления южен и слано изучен. В связи с тем, что черноземы являются амыми плодородными почвами страны, задача улучшения и ацчонлльного использования этих почв , разработка мероприятий по эрьёе с вторичным слитогеназом имегет важное наооднохозяйственное чачение.

_!,ель_и задачи работы. Целью наших исследований было выявление

эичин и механизмов формирования природно слитым почв и плотненных (в крайнем проявлении слитых) горизонтов почв, одвергающихся воздействию орошения. В связи с этим были оставлены следующие задачи.

1. Проанализировать и сравнить свойства орошаемых черноземов, х неорошаемых аналогов и природно слиты;: почвз.

2. Детальна проанализировать высокодисперсные фракции ('0,2 км, 0,2-1 мкм и 1-5 мкм), выделенные из пахотных горизонтог решаемых и неорошаемых черноземов и слитых горизонтов природно литых почв; изучить состав их глинистых минералов, содержание есиликатиых соединений кремния и алюминия, некоторые особенности рганического вещества, кинетику линейного набухания.

3. С помощью модельных опытов выявить роль некоторых |акторов в развитии слитости. В качестве критерия степени :литизации использовать величину линейного набухания .

1аучная новизна. Впервые дана всесторонняя характеристика состава 1 некоторых свойств высокодисперсных фракций уплотненных и слитых ■ориэонтов антропогенно измененным и природно слитых почв, 'становлено, что высокодисперсные фракции все;! исследуемых почв,

1а исключением "суперслитой" почвы Молдовы, характеризуются ебольшим содержанием смектитов в составе глинистых минералов

Фракций. В суперслитой почве коллоидная и предколлоидная фракци практически нацело состоят из смектитов. Величина линейног набухания тонкодисперсных фракций возрастает по мере уменыиени размера фракций.

Высокодисперсные Фракции слитых горизонтов природно слиты почв обогащены несиликатными соединениями* кремния. Величин линейного набухания высокадисперсных Фракций, выделенных и: пахотных горизонтов черноземов, более чувствительна к изменению I содержании несиликатных форм кремния и алюминия, чем к изменению I содержании смектитов в составе глинистых минералов тонких Фракций, Следовательно, несмотря на невысокое содержание в тонких фракция: почв, несиликатные формы кремния и алюминия могут играть значиму» роль в слитиэации. При орошении черноземов состав и свойств; тонкодисперсных фракций' изменяются в сторону приближения к составу и свойствам тех же фракций природно слитых почв. В большей мере это свойственно менее окультуренным почвам.

Впервые на основе модельных экспериментов показано, что определенную роль в процессах слитости играет режим попеременногс увлажнения-иссушения при температуре 18-2.0Ъ, а величина лчнейногс набухания прямолинейно возрастает при утяжелении

грануломет ического состава в пределах от 5X до 75'/. содержания частиц физической глины.

Практическая ценность. Выявлено, что при орошении черноземы приобретают свойства, приближающие их к природно слитым почвам! повышенные плотность, набухаемость и содержание аморфного кремнезема. Менее окультуренные черноземы подвержены этим процессам в большей степени, чем более окультуренные.

Установлено, чтг; .пахотный горизонт чернозема способен приобретать черты слитости под влиянием контрастного водного режима, свойственного орошаемым почвам. Полученные материалы пп?оолят разработать Эффективные методы борьбы с вторичныой

о

«о

питизацией. Одним из таких методов следует пригнать сультуривание почв.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глдв, аключения и выводов. Она включает страниц машинописного

=кста, $ рисунков, ^ таблиц. Список литературы включает 153 аименования, из них 44 на иностранных языках. пробдцня. Материалы и результаты диссертации доложены на аседании кафедры общего почвоведения факультета почвоведения МГУ

на выездной школе—семинаре по почвоведению (г.Суздаль, 17911, ублмкзции. По материалам диссертации опубликована 1 и сдана печать 1 статья.

Автор приносит благодарность кандидату биологических наук .М.Силевой, кандидату сельскохозяйственных наук В.А.Грачеву, :андидату биологических наук Л.С.Травниковой и кандидату ¡иологических наук Е.Г.Моргуну за большую помощь в работе.

ГЛАВА.1 СЛИТИЗАЦИЯ ПОЧВ КАК ПРИРОДНОЕ ЯВЛЕНИЕ И КАК РЕЗУЛЬТАТ АНТРОПОГЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ.

На основании литературных источников рассматриваются факторы 1 механизмы природного слитогенеза и предполагаемые механизмы :литости в антропогенно измененных почвах.

Одним из факторов слитоети принято считать тяжелый ■ранулометрический состав почв. Слитоземы содержат до 90% частиц »азмера ила, причем на коллоидную фракцию приходится 50% и более зт веса почвы. В литературных источниках даются конкретные количества тонких частиц, необходимые для устойчивого гуществования слитых почв. Как правило, содержание частиц размера -<ла в слитпземах колеблется в пределах 40-90'/.. Важнейшим фактором глитизации большинство исследователей считает высокое содержание :мектитов в составе ила.

Консолидация почвенной массы вызывается процессами плотной

3

vnak-опки, слипания, склеивания и цементации. Б качестве цементо многие» исследователи рассматривают аморфные гелегюдойны соединения, содержащие в основном кремний и алюминий, однак вопрос а роли кремния и алиминив в слитаавразовании остаетс малоизученным и дискуссионным.

Б последнее время во многих местах установлен Феномен вторичноп слитогенеза, связанный с орошением и, реже с осушением лоч( тяжелого гранулометрического состава, не имевших черт слитости с период, предшествующий мелиорации. Таким образом, возник ноеыС аспект научного интереса к слитым почр*м.

Механизмы слитизации черноземов при орошении недостаточно ясны. Некоторые авторы придерживаются мнения о преимущественное развитии процессов оглинивания почвенной массы в ходе орошени? черноземов, другие считают, что слитизация при орошении связана с процессами оглеения при кратковременном застое поливной воды, однако большинство исследователей наиболее вероятной считают процесс переувлажнения и разрушения почвенной структуры и уплотнение пахотных горизонтов под влиянием орошения и давления сельскохозяйстпенных машин и орудий.

ГЛАРА 2. СБъЕК'ТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Е! соо .зетствии с целями и задачами работы она состоит из трах частей:

1) анализа свойств природно слитых почв и _ черноземов, подвергшихся уплотнению при орошении.

7,1 анализа высокодисперсных фракций из уплотненных пахотных горизонтов орошаемых черноземов и слитых горизонтов природно слитых почв.

3) моделирования,^процессов слитизации.

Исследования проводились в пределах разных Фаций черноземной зоны. Объектами изучения стали черноземы южные, тяжелосуглинистые, г/^йочосалонцееатые юга Омской области, орошаемые пресными водами

4

.1-87, 6-S7), и их неорошаемые аналоги (р.2-37,7-87) и природна |итые почвы;"суперслитая" из Молдовы (р. 14-37), лугово-слитая ■авропольского края (р.1-89) и солонец гага Омской области Ср.1-I). В образцах, взятых по горизонтам, были определены следующие юйства: емкость поглощения по Бойко-Аскимаои, в модификации |айорова и Уваровой (1940); содержание несиликатных форм кремния алюминия в вытяжках Тамма (ТАММ,1922) и Хашимото—Джексон MSHIM0TD,JACKSDN,I960) на атомно-адсорбцнонном спектрофотометре /ARIAn"; величина линейного набухания по прописи Г рачеяд и )рнйлюма (1932); содержание органического углерода по методу врина, в модификации Никитина (1972); рН водной суспензии 1:2,5, 1анулометрический состав, плотность, состав обменных оснований.

Высокодисперсные фракции (коллоидные <0,2 мкм, предколлоилные ,2-1 мкм и тонкопылеватые 1-5 мкм) выделялись из уплотненных и питых горизонтов исследуемого ряда почв методом центрифугирования предварительной обработкой ультразвуком (Шаймухаметов, зронина,1972). Эта методика позволяет получить тонкие частицы в злаизмененном состоянии благодаря мягкости приемов.

Минералогический анализ тонких фракций проводили в аборатории геохимии и минералогии ИПФ АН СССР с помощью фазового антгеновского анализа на дифрактометре ДР0Н-3 с применением тандартным тестов. Количественный анализ произведен методом искайя (BISCAYE,1965). Для выделения несиликатных соединений ремния и алюминия использовались вытяжки Тамма и Хашимото-жексон, определение содержания этих соединений в тонких Фракциях сушествлялось на атомно-адсорбционном спектрофотометре "VARIAN, еличина и кинетика линейного набухания тонких фракций существлялась по прописи Грачева-Корнблюма (1932). Содержание рганического углерода определялось методом Тюрина, в модификации 1китина(1972). Спектральная отражательная способность

тонкодипереных фракций определена с помощью регистрирующего спектрофотометра Сй-10. Отражательную способность фракций исследовали в исходных образцах и при постадийном окислении органического вещества З'/.-ным и ЗО'/.-ным раствором И10а, далее приливали раствор 10%-ной НС1 до прекращения вскипания и повторяли обработку 30"/-ным раствором Нд01.

С целью изучения влияния режима попеременного увлажнения-иссушения и золя гидроксида кремния на процессы слитиэации почвенной массы, был заложен модельный опыт, в котором • образец пакетного горизонта чернозема ненарушенного агрегатного состава подвергался воздействию режима попеременного увлажнения-иссушения при комнатной температуре. Кроме того, в серию образцов был внесен кремний в растворенном состоянии. О появлении и развитии слитости судили по изменению свойств контрольного образца чернозема. В модельном опыте был использован образец пахотного горизонта чернозема южного, тяжелосуглимистого из Омской области. Содержание гумуса в образце А,2'/., рН=7,22, емкость поглощения катионов 28,01 мг. экв/ЮОг.Среди обменных катионов 74% принадлежит Са, 23,7% М|, Ыа - 1,17.. Содержание, фракции <1 мкм составляет ЗОХ.

Образец почвы ненарушенного агрегатного состава был помешен в воронки Бюх. .ера из расчета 400г. Коллоидный раствор 3104 готовили по прописи Карякина и Йнгелова, (1955). Концентрацию 510^ определяли на атомно-адсорбционном спектрофотометре "УАК1АМ"

Для изучения влияния режима увлажнения-иссушения образцы в воронках Бюхнера, в течение 13 месяцев увлажняли каждую 3-ю неделю до наименьшей влагоемкости пресной поливной водой гидрокарбонатно-кальциевого состава, рН~7,6 и дистиллированной водой для иммитации влияния осадков и талжм*воЛ- Кроме того, в часть образцов был дважды добавлен золь бШ^в количестве 0,877!. и 0,457. 5X04 от веса почвы, Повторность трехкратная. Несиликатные соединения БХО^ и А1,05 определялись через .14 дней с начала компостирования, следующее

определение провели через месяц после первого , затем по прошествии 4 месяцев компостирования и через 13 месяцев с начала компостирования. В последующие 13 месяцев в данных образцах иммитировался режим переменного увлажнения-иссушения, каждую 3-ю неделю образцы увлажняли пресной поливной водой гидрокар-5'онатно-кальциевого состава.

Главным диагностическим признаком слитых почв является величина линейного набухания. Поэтому в качестве критерия степени развития слитости в испытуемых образцах мы использовали величину линейного набухания. Контролем служил образец пахотного горизонта чернозема южного, не подвергавшийся никаким обработкам.

Было исследовано также микроморфологическое строение всех исследуемых образцов модельного эксперимента. Шлифы изготовлялись из образцов почвы, помещенных в свежем состоянии в кюветы и затем высушенных при комнатной темепературе. Аналогичным образом был изготовлен шлиф контрольного образца.

Была определена величина линейного набухания в образцах с разным содержанием частиц физической глины - от 5X до 7571. Образцы готовились путем разбавления материала суперслитой почвы песчано-пылеватым материалом.

ГЛАВА 3. СВОЙСТВА ИССЛЕДУЕМЫХ ПОЧВ.

В главе 3 анализируются данные, по гранулометрическому составу, плотности сложения почв, емкости поглощения катионов, содержанию обменных катионов, содержанию органического вещества, несиликатных соединений кремния и алюминия, распределение карбонатов в профиле и по кинетике и величине линейного набухания почв.<табл.1)

Орошаемые черноземы обладают большей плотностью пахотных горизонтов, по-сравнению с неорошаемыми, но значительно более низкой, чем слитые горизонты в сухом состоянии.

Все исследуемые почвы отличаются тяжелым гранулометрическим

Некоторые химические и физические свойства исследуемых почв.

Разрез глубина, рН СаСРр 7. гумус, Емкость Величина 510л А1г04

см 7. поглощения, лин.набух V. к еесу почвы

мг. экв/ЮОг У- по Тамму по X- -Д по Тамму по х-й

1-87 0-21 7,18 0,3 3,25 26,69 27,92 0,15 1 ,52 0 ,21 0, ,51

21-33 7,40 0,3 2,41 24 ,01 23,74 0,05 1 ,37 0 ,22 0, У. 8

33-49 б $ 35 3,68 1 ,65 20,01 14,10 - 0 ,74 0 ,29 0. ,23

_Л___'__ . 49-91 9,00 16,29 0,47 16,50 13,12 0,12 0 ,50 0 ,20 0, ,20

■ 2-87 0-25 6,60 0,40 3,63 26,01 27,41 0,05 1 ,08 0 ,31 0. ,59

25-45 8, 15 3,18 1 ,81 24,99 15,66 - 0 ,79 0 ,31 0. ,49

• ' ' - 45-75 3,85 10,16 0,82 19,51 13,05 0,20 0 ,49 0 ,28 0, ,15

6-37 8-32 6,45 0, 19 4,60 26,01 21,12 0,10 1 ,03 0 ,31 0, ,41

32-44 7,30. 0,39 2,38 23,50 18,74 0,10 1 ,0В 0 ,34 0, ,54

44—65 7,58 0,52 1 ,56 25,90 17,71 0, 10 0 0 ,37 0, ,62

65-85 8,80 8,09 0,99 19,99 10,07 0,05 1 ,56 0 ,36 о. ,60

7-87 0-22 6,85 0,29 3,94 25,99 20,74 0, 10 1 ,78 0 ,34 0. ,60

. 22-42 7 , 25 0,39 2,56 23,51 19,30 0., 10 1 ,56 0 ,36 0, ,77

42-75 8,60 3,73 1,02 19,52 16,29 0,10 0 ,95 0 ,38 0, ,52

1-88 0-23 6,74 — 4,19 23,99 19,64 - 1 ,45 0 ,29 0, ,52

23-36 8,40 - 2,35 27,00 31,38 0,15 1 ,23 0 ,41 0, ,73

36-52 8,96 7,36 1,18 21,99 16,89 0,10 О ,78 0 ,28 0, ,30

52-30 8,34 11,98 0,61 19,01 9,89 0,03 0 ,"5 0 0,

14-37 • 0-45 7,94 _ 5,94 62,98 62,25 0,15 1 ,78 • 0 ,51 0, ,77

45-70 7,75 - 6,09 62,98 63,28 0,27 2 ,06 0 ,53 0, ,86

70-100 8,19 0,42 5,25 59,96 57,76 0,25 ' 1 ,84 0 ,59 0. ,90

1-89 0-24 8,03 0,17 6,09 42,98 31 ,23 0,08 0 ,83 0 ,29 0. ,44

24-63 8,35 0, 17 3,81 34,02 28,24 0,18 1 0 о,

63-100 8,64 1,83 2177 29197 27,69 0, 10 о ,88 0 |57

составом» fio-coeieMt-M»«« с черноземами слитие ггачви характеризуйте? повышенным количеством ила. В черноземах пахотные горизонты, по-сравнению с нижележащими обеднены илом. В природно слитых почвах, напротив, максимальные количества илистых частиц приходятся именно на верхние горизонты, почвенная масса нижних горизонтов беднее илом. Профиль солонца резка дифференцирован по содержании! Ила. Природно слитые почвы значительно богаче гумусом, чем черноземы.

Черноземы соседних хозяйств Омской области различаются по степени окультуренности: почвы совхоза "Нововаршавский" (пэра разрезов 6-87 и 7-S7 ) окультуренны в большей степени, по-сравненига с почвами колхоза "Дружба" С пара разрезов 1—87 и 2-37). Это выражается в большей гумусности черноземов совхоза "Нововаршавский", большей мощности гумусовых горизонтов, лучшей агрегированностн почвы, ее более высокой биогенности.

Все почвы в той или иной степени кзрбонатни, за исключением "суперслитой" и лугазо—слитой, следовательно Са COj на является причиной уплотнения исследуемых почв при высыхании.

Все исследуемые почвы характеризуются высокой емкостью поглощения катионов, слитые почвы Молдовы и Ставропольского края обладают значительно большими величинами емкости поглощения катионов, что обусловлено более тяжелым гранулометрическим составом при высокой гумусности и высокий содержанием смектитов.

Природно слитые почвы, а также пахотный горизонт орошаемого слабоокультуренного чернозема отличаются повышенным содержанием аморфного SlOj (переходящего в вытяжку Тамма); последнему свойственно также пониженное количество переходящего в

ту же вытяжку, Это позволяет предположить, что в слабоокулътуренных почвах елитость при орошении может выть связана с увеличением содержания аморфного 5IOtH уменьшением содержания аморфных соединений ALjO^.

Исследование кинетики набухания изучаемых почв показало

9

большие различия между естественно слитыми почвами и черноземами. Повышенные величины линейного набухания, характеризующие суперслмтую почву — более ¿52, можно объяснить, во-первых, необыкновенна тяжелым гранулометрическим составам (более 70"/. ила) , во-вторых, наличием повышенных количеств несиликатных форм 810,, которые в качестве лио®ильных коллоидов способны обратимо пептизироватьсл в воде, * и в—третьих, главное - уникальный минералогический состав этой почвы, характеризующийся очень высоким содержанием смвктитов в составе глинистых минералов почвы. При орошении отмечается некоторое увеличение величины линейного набухания пахотных горизонтов черноземных почв.

глава 4. состав и свойства высокодисперсны;; фракции из уплотненных и слитых горизонтов антропогенно измененных И природно слитых почв. Тонкодисперсные фракции являются наиболее активной и реакционноспоеобной частые минеральной почвенной массы, поэтому всестороннее изучение состава и свойств тонких фракций представляется нам перспективным с точки зрения объяснения генезиса природно слитых почв.

Основными составляющими высокодисперсных фракций пахотных горизонтов черноземов и слитых горизонтов природно слитых почв являются гидрослюду, минералы смектитового типа, хлориты, полевые шпаты, кварц и каолинит(таёл.2>. Все глинистые компоненты тонкий Фракций характеризуются низкой степень» окристаллизованности. Все исследуемые обрагцы, 'за исключением слитого горизонта суперслитой почвы и коллоидной фракции лугово-слитой почвы характеризуются невысоким содержанием смектитов. Характерной чертой природно слитых почв авляе%«я' Наличие низкозарядного смектита е высокодисперсных фракциях, однако это положение нуждается в дальнейшей проверке. Количество , смектитов закономерно

Состав глинистых минералов и величина линейного набухания высокодисперсных фракций.

'азрез Горизонт, фракция Состав глинистых минералов Величина

глубина смектиты, иллиты, КЭОЛИНИТ+ линейного

X 7. хлорит, 7. набухания

1-37 Апах 5-1 3 ¿9 23 46,0

0-21 1-0,2 5 81 14 ег-г г— ->-* ) ~>

<0,2 11 78 11 71 ,5

2-37 Апах 5-1 6 74 20 44,7

0-25 1-0,2 4 72 24 43,9

<0,2 14 69 17 49,3

6-37 Апах 5-1 3 33 14 36,5

3-32 1-0,2 5 73 17 50,05

<0,2 3 77 15 56,3

7-37 Апах 5-1 6 75 19 33,9

0-22 1-0,2 5 85 10 49,9

<0,2 & 32 12 56,3

1-за В1 5-1 7 57 36 17,9

23-36 1-0,2 5 73 22 70,95

<0,2 19 60 21 71 .5

14-37 А1 5-1 29 39 32 39,5

45-70 1-0,2 99 - 1 103,3

<0,2 99 - 1 103,1

1-89 АВ 5-1 _ 70 30 26,8

24-63 1-0,2 10 80 10 64,7

<0,2 40 51 9 93,7

увеличивается от фракции тонкой пыли к коллоидной.

Отличительной чертой глинистого материала веек почв без исключения, является значительное участие глинистых минералов в тонкопылеватых фракциях. Вероятно, агрегация илистой Фракции в достаточно прочные микроагрегаты характерна для всех почв степного ряда, причем природно слитые почвы микроагрегированны в меньшей степени, чем черноземы.

В соответствии с полученными данными, орошение не вызвало каких-либо качественных и количественных изменений в минералогическом составе фракций, кроме увеличения в 2 раза количества смектитов бо фракции тонкой пыли орошаемых почв.

С целью вскрытия возможных причин консолидации почвенном массы были проанализированы несиликатные соединения кремния и алюминия в тонкодисперсных фракциях из пахотных горизонтов черноземов и слитых горизонтов природно слитых почв(табл.3). При детальном рассмотрении этого материала выявлены следующие особенности. Прежде всего, содержание несиликатных форм алюминия е исследуемых почвах явно зависит от размеров Фракций; наибольшие количества этих соединений приурочены к предколлоидным и коллоидным фракциям* Бо—вторых, в орошаемых почвах наблюдается некоторое ,зеличение количества несиликатных форм кремния и алюминия в предколлоидной и коллоидной Фракциях, извлекаемых как вытяжкой Тамма, . так и вытяжкой Хдшимото—Джексон. Характер распределения носиликатных форм кремния по фракциям носит неоднозначный характер. Если в черноземных почва:;, максимум в содержании SIOt , извлекаемой вытяжкой Тамма, приходится на коллоидную Фракцию, то V природно слитых почвах наибольшие количества 5Х04 о тиеч^ о тс я -в предколлоидной фракции. Интересно отметить, что в случав орошаемого чернозема (почва разреза 1—87) ( форма кривой распределения аморфного кремнезема по фракциям приближается к форме кривой распределения в природно слитых

Некоторые химические свойства высокодислерсных фракций из уплотненных и слитых горизонтов мсслздуемого ряда почв.

Разрез Горизонт, фракция общий гумус, ЗЮ^'/.к весу фр. '/.)>' весу фр. кол-во

фр. < 1

глубина мкм углерод, "/. по Тамму по Х-Д по Тамму по !<-Д во Фр.

5-1мкм

см X

5-1 5. 9, 17 0,05 1, ,07 0, ,39 0. ,42 19,14

1-37 0-21 1 -0,2 2 _ ,90 5, 00 0,20 1, ,30 0, ,70 1, ,07

-'0,2 1. о~> 3 а 14 0,23 1, ,90 0, ,70 1, ,33

5-1 6, ,79 Н, 71 0,04 1, 0, ,37 0, ,67 15,62

2-87 0-25 1-0,2 3, ,53 ,09 0,10 1, ,26 0. ,63 1, ,07

<0,2 ^ ,00 , ,45 0, 15 1, ,50 о. ,63 ' 1, ,19

5-1 6, ,41 11. ,05 0,03 0, ,73 0, ,29 0, ,47 16,79

6-87 S-32 1-0,2 4 ,59 7, ,91 0,12 1, ,30 0, , 56 0, ,32

<0,2 2, ,45 . , 22 0,19 1 . ,50 0, ,80 1, Г» «Г. Г

5-1 6. .67 11. ,50 0,03 0, ,80 0. ,31 0. ,47 15,01

7-87 0-22 1-0,2 4 ,43 ,64 0,10 1, ,20 0, ,56 0, ,32

<0,2 2 Г ,84 0, 15 1, ,70 0, ,70 1, ,19

5-1 2, ,39 198 0,03 0, ,73 0, ,2° 0, ,47 3,95

1-33 23-36 1-0,2 1 ,52 ,62 0,24 1, ,30 0, ,66 0 ,88

■ <0,2 1 ,07 1, ,35 0,19 2, ,00 0, ,74 0, ,94

' 5-1 9 ,76 16. 33 _ о'. ,67 0 ,23 0, ,55 10,40

14-37 45-70 1-0,2 ,17 - 5. ,47 0,33 1 , ,30 0, ,70 1, ,00

<0,2 1 ,49 2, ,57 0,30 2, ,40 0 ,74 1 ,13

5-1 6. ,79 11, ,71 _ ' 0, ,40 0 ,24 0, ,55 8,13

1-89 24-63 J л0*2 6 ,83 0,28 0 ,80 0 ,61 0 ,94

5 ¡39 О,'12 1 . ,60 0, ,60 0, ,69

по фракциям.

почвах(рис.1). Это подтверждает, что менее окультуренные почвы (рэзрезы 1—87 и 2-37) в большей степени подвержены слитиэации при орошении, по-сравнению в более окультуренными почвами (разрезы 637 и 7-37).Что касается Б10„ извлекаемой вытяжкой Хашимото— Джексон, то как и в случае несиликатных форм А1г0я максимум его содержания отмечаете® е коллоидной Фракции и в пахотных горизонтах черноземных почв, и в слитых горизонтах природно слитых панз.

Исследование кинетики набухания высокодисперсных фракций из уплотненных горизонтов черноземов и слитых горизонтов природно слитых почв, показало, что во всех почвах наибольшие величины линейного набухания характерны для. коллоидной фракции, а наименьшие - для тонкопыле^атей, • т.е. налицо связь величины линейного набухания с размером частиц: чем тоньше почвенный материал, тем сильнее он набухает(табл.2). Орошение черноземов способствует увеличению величин набухания всех высокодисперсных фракций, т.е., если считать величину линейного набухания критерием слитости, можно однозначно сказать, что орошомме способствует слитости черноземов. Необходимо отметить, что . для менее окультуренных почв (разрез 1-37 ) характерно более резкое, по-сравнению с более окультуренными почвами (разрез 6-37), увеличение величин линейного набухания при орошении, что еше раз подтвержает тот Факт, что менее окультуренные почвы больше склонны к слитизации.

Обращает внимание, что в пахотных горизонтах черноземов Фракции разного размера значительна меньше различаются между собой по величине линейного набухания, чем такие же Фракции в слитых горизонтах природно слитых почв. Б пахотных горизонтах различия но превышают .ЗОЯ, тогда как солонцовом горизонте они достигают а в суперслитой и лугово—с литой рочэах 70Х. По ее.аичине линейного набухания т.онкопылеезты* фракций пахотные горизонты превосходят

15 •

слитые горизонты, но величина набухания предкаллоидных и коллоидных фракций, выделенных из слитых горизонтов значительно выше, чем в пахотных горизонтах черноземов. Исключение составляют лишь коллоиды пахотного горизонта менее окультуренного орошаемого чернозема, величина линейного набухания которых близка к таковой слитых горизонтов. Это еще раз подтверждает сдвиг свойств слабоокультуренных черноземов южных при орошении в сторону слитых почв.

Величины набухания природно слиты:: почв значительно превышают данные показатели для черноземов, исключение составляет лишь коллоидная фракция чернозема южного орошаемого из разреза 1-87. Величина набухания не пропорциональна количеству смектитов в составе глинистых минералов. Например, в суперслитой почве, коллоидная и предколлоидная фракции одинаково практически нацело состоят из смектитов, величина набухания превышает 1004. В солонце (1-88), где количество смектитое в составе глинистых минералов предколлоидной фракции всего лишь 57., величина линейного набухания достигает 71'/., а в черноземах, в предколлоидной фракции при таком же количестве смектитов величина линейного набухания составляет лишь 49-53%, т.е. нет прямой пропорциональной зависимости между содержанием смектитов и величиной линейного набухания.

Для выяснения характера зависимости величины линейного набухания от различных факторов: содержания смектитов в составе глинистых минералов фракций, содержания в фракциях несиликатных соединений кремния и алюминия, были расчитаны коэффициенты корреляции для данных показателей. Оказалось, что наблюдается четкая корреляционная зависимость величины набухания тонких Фракций со вс^ми изучаемыми факторами. Величины линейного набухания всех высокодисперсных ■фракций демонстрируют высокие коэффициенты корреляции, со всеми предполагаемыми Факторам!1 набухания.

Интересно отметить, что в черноземах изменения в содержании несиликатных форм кремния "и алюминия на десятые доли процента оказывают большее влияние на величину линейного набухания, по-сравнению с изменениями в содержании смектитов в составе глинистых минералов тонкодисперсных фракций на несколько процентов, т.е. в черноземах величина линейного набухания тонких фракций более чувствительна к изменению в содержании аморфных и слабоокристаллиэованных соединений кремния и алюминия, чем к изменению в содержании смектитов в составе тонких Фракций. Это , вероятно связано с низким содержанием смектитов.

Нами была предпринята попытка выявить некоторые особенности органического вещества ■ тонкодисперсных Фракций из слитых горизонтов природно слитых почв и пахотных горизонтов черноземов, не подвергавшихся орошению <табл.4).

Исследовали содержание органического С и отражательную способность исходных образцов высокодисперсных фракций из слитых и пахотных горизонтов исследуемых почв и их изменение при постадийном окислении органического вещества.

Во . всех исследованных горизонтах всех почв максимальное содержание углерода обнаружено в тонкопылеватых фракциях, минимальное - в коллоидных. В тонкопылеватых фракциях это, по-видимому гумоны и органическое вещество, склеивающее тонкодиспврсныа частицы в микроагрегаты. Особенно велики различия в содержании углерода между танкслылеватой Фракцией и коллоидами слитых почв г "еуперслитой" и лугоао-слитой. фракции разного размера существенно различаются по оптическим характеристикам. Это позволило сделать вывод, что органическое вещество их различается по свойствам и или распределению в минеральной массе. Ррзкэ отделяются от других па оптическим свойствам тонкие Фракции суперслитой , почвы. Это свидетельствует о своеобразии генезиса

Изменение содержания органического углерода <7. к весу фракций) и отражательная способности высокодисперисных фракций при окислении органического вещества.

Разрез Фракция Исходный образец Осталось после обработки

мкм общий . Г<ш 57,-ной Нр^ ЗО'/.-ной Н повт.ЗО

углерод общий Кно общий В((0 н

углерод углерод

1-87 5-1 5,32 37,5 4,аз 33,0 1,19 52,5 64,4

1ернозем 1-0,2 2,90 24,5 2,90 19,5 0,69 33,5 43,3

>жный <0,2 1,82 23,0 1,52 20,4 0,35 , 33,0 44,4

орош. • ;

2-87 5-1 6,79 32,7 ' 5,70 30,2 1,23 1 54,3 63,8

|ернозем 1-0,2 3,53 20,0 3,06 20,0 0,65 40,2 45,7

южный <0,2„ 2,00 22,5 1,52 22,0 0,31 33,5 44,0

неор.

6-87 5-1 6,41 32,8 5,27 29,3 1,11 62,5 69,7

чернозем 1-0,2 4,59 20,5 4,04 17,5 0,76 46,0 50,0

южный <0,2 2,45 17,0 1,89 16,0 0,41 35,5 41,2

орош

7-87 5-1 • 6,67 30,8 5,52 28,2 0,33 61,0 69,2

чернозем 1-0,2 4,43 20,0 3,42 20,5 0,61 43,0 52,6

южный <0,2 2,23 20,7 1,33 . 26,0 9,37 37,6 45,8

неор.

1-88 5-1 2,89 4Э,3 2,62 45,8 0,74 60,5 67,5

солонец 1-0,2 1 ,52 25,3 1,51 22,1 0,39 39,0 47,0

<0,2 1 ,07 31,5 0,99 21,0 0,39 36,0 52,2

14-87 5-1 9,76 26,3 9,43 20,0 2,03 47,5 54,7

супер- 1-0,2 3,17 - 12,0 2,42 10,0 0,55 35,5 49,6

слитая <0,2 1,49 13,5 0,96 12,0 0,35 37,5 54,0

1-89 5-1 6,79 33,8 5,39 30,0 1,21 60,5 68,5 1

лугово- 1-0,2 3,96 23,5 3,46 13,5 0,97 39,0 52,0

слитая <0,2 1,39 22,0 1,36 19,0 0.,44 37,0 47,1

перелитой почвы и возможно, о реликтовом, не современном рактере их гумуса. Он значительно темнее, т.е. при одинаковом держании с черноземами, например, обладает пониженной (ектральной отражательной способностью.

Обработку проводили 5-ным раствором НЗО'/.-ным раствором Н»0а лее приливали раствор 10Х-ной НС1 до прекращения вскипания, в тем повторяли обработку 307.-ным раствором Н»0г. Оказалось, что во ех фракциях исследуемых почв, содержание свйтлого, желтого 1егкоокисляемого) органического вещества, /разрушаемого 5%-ным ¡створом Н40а весьма незначительно и не оказывает существенного ■ияния на отражательную способность фракций. При орошении юньшается количество легкоокисляемого органического вещества, ■о однако не влияет на отражательную способность фракций. После ¡работки ЗО'/.-ным раствором Н^д минерализуется большое количество (ганического вещества, что вызывает существенное увеличение ■ражательной способности в длинноволновой области спектра, т.е. I »том этапе разрушается, в основном интенсивно окрашенное паническое вещество бурых оттенков. При обработке ЗО'/.-ным (створом Нх0,после воздействия 107.-ной НС1 окисляется органическое ■щество, освободившееся от защитных пленок неокристаллизованных (луторных окислов. При этом наблюдается четкая связь 'ражательной способности фракций с содержанием в них несиликатных >единений кремния и алюминия. Судя по полученным данным можно торить об увеличении количества трудноокисляемаго органического ■шества в предколлоидных и коллоидных фракциях черноземов и [еличении их оптической плотности.

В слитых почвах, ло-сравнению с черноземами попишрно держание трудноокисляемого органического вещества, разрушаемого

)7.-ным раствором Н,0Л и более высока оптическая плотность гумуса

■

иродно сли.тых почв.

Было проведено специальное исследое9нип Фракции тонкой' пыли

■ '19

из пахотных горизонтов черноземов и слитых горизонтов природно слитых почв, значительная часть которой представлена не элементарными частицами, а микроагрегатами. Представляло интерес более подробно изучить состав таких микроагрегатов. Для этого тонкопылеватые фракции, выделенные центрифугированием после обработки водной суспензии ультразвуком, были дополнительна диспергированы разминанием в состоянии густой пасты, после чего из них отмучиванием выделяли частицы размером <1 мкм. В результате их рентгеноструктурного и микроскопического исследования было обнаружено, что по компонентному составу| они существенно отличаются от илистых частиц, выделенных первоначально ультразвуком. Оказалось, что фракция тонкой пыли черноземов содержит в 1,5—2 раза больше микроагрегатов нежели тонкопылеватая фракция природно слитых почв. Агрегированный ил из тонкой пыли всех почв , по-сравнению с первоначально выделенными ультразвуком илистыми частицами обогащен глинистыми минералами с жесткой кристаллической решеткой. Тонкопылеватая Фракция иэ суперслитой почвы резко отличается высоким содержанием смектитов от тонкопылезатых Фракций других почв, что еще раз свидетельствует об уникальности этой почвы.

глава 4. моделирование процесса слитогенеза.

Одним из «акторов слитости принято считать тяжелый механический состав почвы. Молдавские ученые считают, что слитость почвы может иметь место, только начиная с 40'/. ила а составе почвенной массы; «эта величина является граничной, отделяющей слитые почвы от неслитых. Нами был проведен модельный эксперимент с суперслитой почвой, содержащей около 75У. ила с целью установить, каким же образом зависит величина линейного набухания от гранулометрического состава почвы.. Для этого готовились почвенные смеси определенного гранулометрического состава, путем смешивания

20

:литого горизонта суперслитой почвы с песчано-пылеватым субстратом : содержанием ила менее 5'/.. Величина линейного набухания эпределялась по прописи Грачева, Корнблюма. В ходе эксперимента подтвердились литературные данные о зависимости величины линейного набухания от количества илистых частиц. Коэффициент корреляции сказался равным 0,99, при допустимых значениях 0,96-0,99. В то же зремя, данные эксперимента не подтвердили наличия резкой границы в гранулометрическом составе, определяющей разделение слитых и чеслитык почв. Полученные результаты свидетельствуют о том, что величина линейного набухания равномерно увеличивается при постепенном утяжелении механического состава почвы.

В модельных опытах ёыля также исследована роль режима попеременного увлажнения-иссушения и аморфного гидроксида кремния в развитии слитости (методика опыта описана во второй главе).

В качестве критерия изменения свойств образцов, подвергнутых этим воздействиям, нами были использована величина линейного набухания. Установлено, что периодическое уплажнония-иссушение образца пахотного горизонта чернозема в течение 13 месяцев вызвало некоторое ув*?личенмо значений ^еличины линейного набухания. Если величина линейного набухания контрольного образца составила в среднем 27,2, та же величина для образцов, подвергавшихся многократному увлажнению-иссушению, возросла до 23,0 и 23,5*/! ( увлажнение поливной еадаП гидрокарбонатно-кальцневого состава и дистиллированной водой, соответственно), т. е. проведенный эксперимент подтвердил широка распространенное мнение о периодическом переувлажнении паче как одном из важнейших Фактсроо слитости.

Добавление гидроксида кремния вызвала существенное увеличение величины линейного набухания образцов (27,2*/. - в контрольном |оёрязце и 33,1*/. — в образцах, обогащенных кремнием) . согласуется с установленной нами связке между сп/юг -пг-м

несиликатным соединений кремния и величиной линейного набуханш тонкодисперсных Фракций и почвы в целом. О возможном механизм{ влияния соединений кремния свидетельствуют микроморфологические и растрово-микроскопические исследования. Образец, обработанны£ раствором 510х, отличался дезагрегированностью, а его микроагрегать повышенной плотностью, по-сравнению с контролем. Таким образом, можно предположить, что гндроксид кремния в условиях щелочной реакции может способствовать слитизации при орошении.

ВЫВОДЫ. ,

1. Сравнительное изучение природно слитых почв и черноэемоЕ показало, что при орошении пахотные горизонты черноземов приобретают свойства, приближающие их к слитым почвам: повышенные плотность, набухаемость, содержание нексиликатных Форм кремния. Большое значение для процессов вторичной слитизации при орошении имеет степень окультуренмости почвы; менее окультуренные черноземы подвержены этим процессам в большей степени.

2. В результате исследования тонкодисперсных фракций установлено, что не всегда природно слитые почвы и пахотные горизонты орошаемых черноземов обогащены смектитами, но всегда обогащены аморфными формами кремния.

3. Величина линейного набухания высокодисперсных фракций увеличивается по мере уменьшения размера фракций. В черноземах, бедных смектитами, она более чувствительна к изменению содержания несиликатных соединений кремния, чем к изменению в содержании смектитов в составе глинистых минералов Фракций. Наиболее высокая корреляция установлена между величиной набуханий тонких фракций и содержанием несиликатных форм кремния, затем с содержанием смектитов в составе их глинистых минералов, значительно ниже корреляция с содержанием несиликатных форм алюминия.

4. Тонкодисперсные фракции суперслитой почвы отличаются от

22

сем других повышенным содержанием темного, трудноокисляемого умуса в общем содержании органического вещества. >то :видетельствует о своеобразии генезиса суперслитой почвы, возможно I реликтовом, не современном характере гумуса.

5. В модельных опытах установлено, что режим попеременного 'влажнения-иссушения при температуре 18-2бс является важным >актором в развитии слитости в пахотном горизонте чернозема. !еличина набухания, являющаяся показателем степени слитости >авномерно увеличивается с утяжелением механического состава почвы : высоким коэффициентом корреляции.

6. факторами, способствующими слитизации при орошении являются: тяжелый гранулометрический состав, низкая степень экультуренности почв. Слитиэация возможна при•невысоком содержании гмектитов в составе илистой фракции (3-19Х до 40У.).

По материалам диссертации опубликованы следующие работы*

1, 0 неоднородности почвенных горизонтов Предкавказских черноземов.-Вестник Московского университета, 1987,N 1,серия 17, 10чеоведение,с.75-77,(в соавторстве).

2. Высокодисперсные фракции слитых горизонтов природно слитых и уплотненных при орошении почв.-Вестник Московского университета, 1993,N3,серия 17,почеоведение,(э соавторстве).