Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО СОСТАВА НА СВОЙСТВА КРАСНОЦВЕТПЫХ ФЕРСПАЛЛИТНЫХ ПОЧВ СИРИИ

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО СОСТАВА НА СВОЙСТВА КРАСНОЦВЕТПЫХ ФЕРСПАЛЛИТНЫХ ПОЧВ СИРИИ"



КАБА РАМИ

ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО СОСТАВА НА СВОЙСТВА КРАСНОЦВЕТ11ЫХ ФЕРСИАЛЛИТНЫХ ПОЧВ СИРИИ

Специальность 03.00.27 - Почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Москва 2008

/

Работа выполнена из кафедре почвоведения Российского государственного аграрного университета - МСХА имени К.А.Тимирязева

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Виталий Игоревич Савнч

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук

Водя ниц кий Юрий Никнфорович

доктор биологических наук, профессор Яшин Иван Михайлович

Ведущая организация: Российский Университет Дружбы Народов

Зашита состоится « 7 >^уеіи2008 г. в 14ч. 30 мил на заседании Диссертационного Совета Д 220.043.02 при Российском государственном аграрном университете — МСХА имени К.А.Тимирязева по адресу: 127550 г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49. Ученый советРГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ РГАУ - МСХА имени К.А.Тимирязева

Автореферат разослан « 6 »^у^уі года и помещен ка сайте

www.limacad.ru

Ученый секретарь Диссертационного Совета

В.В. Говорина

Общая характеристика работы Актуальность темы. Плодородие почв в значительной степени определяет урожай сельскохозяйственных культур в Северном регионе Сирии. С увеличением интенсификации сельскохозяйственного производства (в том числе при орошении почв Сирии) необходимость в детальной характеристике плодородия почв значительно возрастает.

Исследуемые красные слитые почвы Сирии тяжелого гранулометрическою состава развиты на красноцветных ферсиаллитных отложениях, ареал которых находится в Восточном Средиземноморье. По своему гео1рафи чес кому положению территория относится к наиболее типичной части субтропического пояса. И.П. Герасимов (1966) в пределах Сирии выделял серо-коричневые почвы для равнин и коричневые почвы для горных районов. Эта точка зрения на характер почв семиаридных и аридных субтропиков Восточного Средиземноморья сохранилась среди отечественных почвоведов до наших дней и нашла отражение в мировых почвенных картах (Ковда, Лобова, 1975; Глазовская, Фрндланд, 1982 и др.). Столбовой В.С (1994) на красноцветных породах дополнительно выделил красные слитые почвы, к специфическим особенностям которых относится низкое содержание гумуса, высокая степень оглинености, высокая набухаемость и большая поглотительная способность, склонность к сли-тогенезу, Карбонатность и частая слитость почв приводят к очень неблагоприятном показателям фосфатного режима, к трудностям орошения почв. В значительной степени эти показатели связны с минералогическим составом почв.

В работе на примере почв Сирии показывается целесообразность учета минералогического состава почв при оценке их плодородия и степени деградации.

Цель работы состояла в оценке минералогического состава красных слитых почв Сирии, развитых на красноцветных' ферсиаллитных отложениях в условиях семнаридного и аридного климата, на автономных, транзитных и аккумулятивных элементах ландшафта и в оценке некоторых параметров плодородия этих почв от содержания отдельных групп минералов. Задачи исследований состояли в следующем:

1. Статистическая обработка данных по физико-химическим, агрохимическим и водно-физическим свойствам изучаемых почв.

2. Определение минералогического состава почв по профилю.

Оценка цветовой гаммы почв с использованием новых методов индикации.

4. Оценка свойств почв, зависящих от их минералогического состава: содержания положительно и отрицательно заряженных соединений, особенностей ионного обмена, кинетики вытеснения катионов из почв, степени слитизации почв.

5. Разработка алгоритма зависимости степени слитизации от факторов внешней среды И минрпяттлгииргк-огп гуутпП" " ——*■—

^ РГЛУ'^СКл

„ке;г.1 К.л. Тп^фя'^а 1 ЦНВ II.и. Жс.ч^ .соля ;

Фонд «ауч^ №

6. Оценка плодородия исследуемых почв (и их связи с минералогическим составом) с использованием биотестов.

7. Разработка картосхемы оценки почв региона с использованием их минералогического состава и П1С технологий.

Защищаемые положения

Минералогический состав исследуемых красных слитых почв Сирии является важными фактором, определяющим их плодородие и устойчивость к деградации.

В работе предлагается алгоритм уточнения градаций оптимальных свойств изучаемых почв и уровней их деградации с учётом минералогического состава почв и климатических условий региона.

Научиач новнзна

В работе выяснены закономерности изменения свойств, красных слитых почв Сирии, развитых в семиаридных и аридных условиях, на автономном, транзитном и аккумулятивном ландшафтах.

Подтверждено, что с увеличением разбавления растворов, почвой преимущественно поглощаются двухвалентные катионы по сравнению с одновалентными, а из равнозарядных * катионы с меньшей энергией гидратации. Подтверждено, что с увеличением плотности заряда сорбииоииых мест ППК (доли лалыгорскнта, смсктита) почвой преимущественно поглощаются катионы с бол! шей плотностью заряда. Показано, что с увеличением в минералогическом составе изучаемых почв палыгорскита и смектита, увеличивается опасность слитогенеза почв, которая в тоже время определяется типом климата и положением почв в ландшафте.

Практическая значимость

Установленные зависимости изменения свойств почв и устойчивости их к слитогснсзу от минералогического состава служат основой для корректировки показателей моделей плодородия красных слитых почв Сирии, степени их деградации, агроэкологической группировки

Апробация работы

Результаты работы докладывались на международной научной конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 120-летию академика Н.И, Вавилова. РАГУ-МСХА имени К.А.Тимирязева 2007 г; на Международной конференции «Почвенно-агрохимическое и агрозкологическое обеспечение аг-ротехнологий», РАГУ-МСХА имени К.А.Тимирязева 2007 г; на конференции «Экология биосистем», Астрахань. 2007; на конференции посвящений 100-летию кафедры почвоведения С анкт-Пете рбургского аграрного университете, 2006 г.; на Всероссийском смотре научных и творческих работ иностранных студентов- Томск, 2007 г.

Публикации

По материалам диссертации опубликованы 6 работ, в том числе в журнале "Известия ТСХА".

Автор выражает глубокую благодарность профессору Савичу В.И., доктору с/х наук Чкжиковой Н.П. за постоянное внимание и поддержку.

Структура и объем работы

Работа состоит из введения, обзора литературы, описания цели и задач исследования, экспериментальном части и выводов. Экспериментальная часть включает? глав машинописного текста^ таблиц, рисунка. Список использованной литературы вюночаст/ге источников, в том числен на иностранных языках.

Объекты исследования

В качестве объектов исследования выбраны красные слитые почвы Сирии, развитые на красноцветных ферсиаллитных отложениях. Исследуемые почвы развиты на автономном мезоморфном (Р-1,2,6), транзитном мезоморфном (Р-3,5) и аккумулятивном гидроморфном ландшафтах (Р-4). При этом разрезы 1,3,4.5 соответствуют местоположению в семиаридном климате, ночвы разрезов 2,6 сформировались в условиях аридного климата.

Разрез 1 представлен красной слитой глиннстой среднемощной почвой, на красноцветных ферсиаллитных отложениях подстилаемых известняком.

Разр« 2 представлен красной слитой глинистой мощной, на про люб и-алышх красноцветных глинах, подстилаемых глинисто-гипсовыми озерными суглинками,

красной слитой глинистой сверхмощной почвой.

Разрез 4 представлен глееземно-слитой глинистой сверхмощной почвой

Разрез 5 представлен красной слитой глинистой сверхмощной почвой.

По данным В.С. Столбовой (1994) и обобщённых данных по почвам Сирии, валовой состав автономных мезоморфных (Р-1) и полугидроморфных (Р-3,5) почв на красноцветных ферсиаллитных отложениях характеризуется значительным (около 60%) содержанием оксида кремния. Достаточно высоко содержание оксидов алюминия (около 19%) и железа (более 10%). Так, в гидро-морфных почвах (Р-4) практически в два раза (по сравнению с автономными; почвами (Р-1) уменьшено количество окристалл изо ванных форм при одновременном таком же увеличении аморфных форм.

Потеря окри стаяли зеванного Ре приводит к изменению окраски почвы в сторону иобурения массы и потери красной в етности. Автономные мезоморфные почвы (Р-2 , Р-б), формирующиеся в аридных климатических условиях, характеризуются несколько меньшей степенью ожелезнення почвенной массы.

В гумусе рассматриваемых почв преобладает фракция гуминовых и фульвокпелот, связанная с кальцием и неподвижными полуторными оксидами.

Однако основная доля почвенного органического углерода приходится на ве-гидролизуемый остаток, достигающий 75,7-90)54%.

Анализ агрегатного И микроагрегатного составов обнаруживает высокое содержание (52*73%) водопрочных агрегатов > 0,25 мм по всему профилю почв. Фактор структурности (по Фагелеру) автономной мезоморфной почвы составил 86-91%. Это характеризует микроструктуру почв, как высоко водопрочную. рН водной суспензии 8,1- 8,6,

В составе поглощенных оснований преобладает катион кальция. Однако содержание обменного магния также велико. Повышенное содержание обменного магния - одна из региональных особештостей рассматриваемых почв. Почвы на красноцветных ферсиаллитных отложениях, как правило, очень бедны доступным растениям фосфором.

Методика исследования

Методика исследования состояла в проведении полевых исследований, лабораторных анализов, постановке модельных опытов и в статистической обработке литературных данных о свойствах лочв Сирии. В полевых условиях проведено изучение морфологических признаков почв и сопоставление свойств почв и урожая с/х культур. В лабораторных условиях определены агрохимические и физико-химические свойства почв по общепринятым методикам (Мяне-ев ВТ., 2001).Проведена статистическая обработка литературных данных по свойствам почв Сирии (Дмитриев Е.А., 1995).

Определена цветовая гамма почв Сирии в цветовых системах Lab, RGB, CMYK на основе компьютерной диагностики и с использованием прибора Gretag Macbeth Eye One Photo (Савич В.И. и др., 2006). Проведено определение содержания положительно и отрицательно заряженных соединений ионов з почвах методом химической автографии на основе электролиза (Савич В.И., Сычев ВТ., Трубицина Е.В., 2001).

Углубленные исследования свойств почв состояли в определении минералогического состава фракций менее 1 мкм. Выделение фракций проведено по методу Горбунова Н.И. Расшифровка спектров проведена на основе общепринятых руководств по минералогии (Рабочее И.С., 1975; Горбунов Н.И. и др., 1975).

Модельные опыты состояли в оценке особенностей ионного обмена в почвах и илистых фракциях из почв, в оценке кинетики ионного обмена.

При изменении последовательности воздействия на почву разных концентраций сорбатов и дссорбентов изучали эффект пробки и эффект гистерезиса. При оценке кинетики ионного обмена оценивали поглощение кальция, магния, калия, натрия и их выделение в раствор десорбентов при разном времени взаимодействия (Карпухин А.И., Савич В.И., 1984), а также изучали кинетику и

десорбцию катионов из почв методом химической автографии на основе электролиза.

Для оценки обеспеченности почв элементами питания растений использовали метод функциональной диагностики по активности хлоролластов, предложенный Плешковым A.C. н Ягодиным Б,А., в нашей модификации. Оценка обеспеченности почв элементами питания проведена также по дополнительной поглотительной способности корневых систем проростков пшеницы, выращенных на исследуемых почвах, и затем пометенных в питательный раствор.

На основе полученных данных установлено влияние минералогического состава на плодородие почв. Вычислены регрессионные зависимости емкости поглощения почв от доли отдельных групп минералов и степени гумусирован-ности. Установлены алгоритмы изменения оптимальных свойств почв (градаций SAR, обеспеченности фосфором, калием) от минералогического состава. Изучена опасность елитизации почв с учетом их минералогического состава (Хитров И.Б., 2004).

В работе использованы программы Staiistica-6, Mapinfo,

Принятый уровень вероятности Р = 0,95.

Содержание работы Вещественным состав исследуемых почв

Гранулометрический її валовой состав почв, их физико-химические и агрохимические свойства в значительной степени определяют плодородие почв, особенности их мелиорации и, в целом, сельскохозяйственного использования, Проведя статистическую обработку ллтературных данных свойств почв Сирии на красноцветных ферсиаллитных отложениях, мы рассчитали следующие характеристические показатели свойств этих почв.

Таблица 1

Гранулометрії1! ее кии состав, физико-химически с п агрохимические свойства исследуемых почв___ _

plf^o, j Гум}„^ 1 CaCOj Чистки 1 Плотный <Ю,01 I остаток, мм % Оомсшіьіе, мг-кв/ЮОг мг/ 100г

С* I Л Tg Na I'jO, к,о

Разреї-l Автономные Мезоморфные (се ми аридные)

8,4-t 0,03 1,8 21,2i 0,3 76,0t 3,0 0,05* 0,01 39,4t 0,2 8,9± 0,2 ом 0,36± 0,1 77,8* 23,1

Разре>3 Т| защитные Мезоморфные (сем и а ридные)

8,610,1 1,4 21,2± 0,6 79,81: 4,4 0,П± 0.02 33,8± 1,0 12,0± 0.8 2,0i 0,1 1,04 0,6 71,7± 6.5

Раз ре 3-4 Аккі ^муляти в ные Гидроморф ные (семи аридны с)

8,б± 0,05 0,8 19,7* 0,5 83± U 0,07* 0,01 20* 1.4 20t 0,2 5.3* 1,3 0,3* 0,02 69,1* 6,5

Разрез-2 Автономные Мезоморфные (аридные)

8,5* 0.12 1,4 28,Si 4,8 49,5* 16,6 0,27* 0,12 5,4 9,4* 1,6 2,4* 1,2 1,1* 0,1 53± 26,7

Как видно in представленных данных, почвы характеризуются щелочной реакцией среды, небольшим содержанием гумуса, имеют значительное количество карбонатов, характеризуются тяжелым гранулометрическим составом. Это коррелирует с их значительной емкостью поглощения, хорошей обеспеченностью подвижными формами калия н очень низкой обеспеченностью подвижными формами фосфатов.

Соотношение поглощенных кальция и мапшя, содержание поглощенного натрия коррелирует с содержанием в минералогическом составе палыгор скита по отношению к каолиниту. При увеличении доли палыгорскита доля поглощенного магния, по сравнению с кальцием, возрастает.

Цветовая гамма красных слитых почв, развитых на красноцвстных ферсналлптпых отложениях

Объективная оценка цвета почв имеет большое практическое значение. Для отдельных групп почв их цветовая гамма коррелирует с влажностью, содержанием гумуса, водорастворимых солей, железа, степенью оитсленности, оглссиия, оподзоливания, лессиважа, осолодения, развития дернового процесса почвообразования, развития водной и ветровой эрозии, уровнем выпахамностн почв.

В работе предлагается использование для объективной оценки цвета почв в полевых условиях прибора Gretag Macbeth Eye-One Photo и программного обеспечения Eye-One Share 1.4 Profile Макег 5.0. Прибор позволяет работать в полевых условиях с подключением через USB-кабель к ноутбуку. Цветовая гамма исследуемых почв Сирии приведена в следующей таблице.

Таблица 2 Цветовая гамма исследуемы* почв

Гор J- Цветовая модель Нет Цветовая модель

топт L а Ь % С м Y К

Разпез-1 Автономные Мезоморфные < се ми ар ид ные)

0-25 см 13*2,34 15,75* 0,62 16,15* 2.15 38,81 47,25* 1,65 77*0,73 83*1,79 70*2,79

Раз оез-5 Транзитные Мезоморфные (сем и аридные)

0-25 см 20*2,47 18,75*0,75 22*1,35 38,51 43,5± 1,7 76,25*1,1 86,25*0,85 62,25*2,8

Разрез-3 Транзитные Мезоморфные (семиармдные)

! 29,25* 0-28 см | 25 ¡U0.2S 15,25=fc 0,25 40.33 5Э,25± 0,25 59,25± 0,75 78,25± !J 48,751 1.6

Разрез-t Аккуму лятивные Гидроморфныс (семиаридные)

! 15.2S± i 10.75 ± ! 2.8 | ],] 18,5±1,8 28,1 S 53±2,02 69,75± 0,85 № 22 70,25± 1.Î

Разрсз-2 Автоиомиые Мезоморфные (аридные)

0-20 см ¡23,25*1,7 15,75± ï ,01 23*0,7 41-35 1 0,64 70,2 5± 2,17 87,76± US 56,25* 2,6

По полученным данным, в аккумулятивных ландшафтах светлота L меньше по сравнению с транзитными ландшафтами (15, по сравнению с 20,3). К - черный цвет больше - 70, по сравненью с 62,48, что соответствует увеличению степени оглеения. Аридные, по сравнению с семи аридными почвами, характеризуются большей светлотой (L) - 23, по сравнению с \3 и меньшей величиной К - 56 по сравнению с 70.

Каждая хромофорная группа, содержащаяся в почве, поглощает и отражает свет в разных длинах волн (более сильно в какой-то одной характеристической длине волны). В связи с этим, для расшифровки свойств почв по цвету предпочтительнее использование закономерностей отражательной способности почв в разных длинах волн. У = К + К|Х|+к^Хг — к}Х)-..., где к - коэффициент пропорциональности; X - отражение при определенной длине волны.

Как правило, изменение цветовой гаммы почв от развития почвенных и почвообразовательных процессов, свойств почв накладывается на цвет пич-вообразующей породы. Это учитывается величиной К. Подобный подход существует при оценке свойств почв по инфракрасным спектрам.

Оценка цветовой гаммы почв в полевых условиях позволяет Солее объективно дать характеристику морфологических свойств лочв и является основой для составления ключей при дешифровании космических и аэроснимков земной поверхности.

Минералогический состав изучаемых почв

Минералошческий состав фракции менее 1 мкм красноцветных слитых почв, развитых на красноцветных ферсиаллитных отложениях, представлен ассоциацией глинистых минералов, характерных для красноцветов Средиземноморья (Градусов, Он и щенке, 1966; Arduino, Barb cris., Ajmone Marsan, Zanini, Franchini, 1986; Mulders, 1966; Schwenman, 1988).

Основным компонентом тонкой фракции является смектит, представленный несколькими кристаллохимическими формами: смешаннослойными образованиями нескольких типов: слюдо-смектнтами с высоким содержанием смек-титовых пакетов, хлорит-смектитамн с высоким содержанием смсктитовых пакетов, В раде образцов фиксируется индивидуальный смектит. Сопутствующие

ми компонентами являются палыгорскит, трноктаэдрнчсскне гидрослюды, каолинит, хлорит, тонкодисперсный кварц, гетит. Согласно исследованиям Чижи-ковсй Н,П. и Столбового B.C., повторенным нами, профиль глинистого материала разреза Р-1 характеризуется резким преобладанием смектитовой фазы 6873% во фракции менее 1 мкм или около 29-44% в образце почвы в целом.

Можно идентифицировать следующие составляющие смектитовой фазы: с мешаное лонные слюдо-смектитовые образования с высоким содержанием смектиювых пакетов, в значительно меньшей мере хлорит-смектиты с высоким содержанием смектитовых пакетов, индивидуальный смектит, Смекти-товая фаза имеет элювиальный характер распределения по профилю, верхние горизонты профиля почвы характеризуются пониженным содержанием смектитовой фазы.

Распределение каолинита и хлорита по профилю почвы носит иной характер; содержание хлоритового компонента в образцах из верхней части профиля уменьшается, огмечается относительное накопление в верхней части профиля каолинита,

В верхней части профиля почвы диагностируется гетит, отсутствующий в нижележащей почвенной толще. Синхронно поведению смектитовой фазы отмечается поведение палыгорскита. Профиль глинистого материала почвы разреза (Р-5) практически идентичен рассмотренному выше. Для профиля почвы разреза (Р-3) также характерно высокое содержание смектитовой фазы 64-75% в илистой фракции. Характерны эрозионный вынос и разупорядочен-ность кристаллической структуры глин. Профиль глинистого материала почвы разреза (Р-4) имеет ряд отличий:

1) равномерное и слабо аккумулятивное распределение глинистого материала, при еще более резко выраженном преобладании смектитовой фазы, составляющей 79-82%;

2) мало изменяется интенсивность рефлексов всех компонентов.

Таким образом, профиль глинистого материала почвы озерного понижения в значительной мерс отличается от всех рассмотренных выше почв по минералогическому и химическому составам тонко дисперсной части:

1) наивысшим содержанием смектитовой фазы, а также оксида магния в илистой фракции.

2) аккумулятивным характером распределения как фракции, менее 1 мкм, так и смехтита в ней.

Вычисленные нами среднеарифметические показатели минералогического состава почв приведены в таблице (3) и подтверждают указанные закономерности. Минералогический состав почв Сирии закономерно меняется от степени гум иди ости и аридности климата.

Таблица 3

Соотношение основных минеральных фаз фракции менее 1 мкм почв на

- -..... Каолинит, хлорит | Ги] росл юла Палы горек ит Сместит

Р-3.1 21,01 ±4,0 1 - 8,5.11,5 70,51*2,5

Р-3.5 20.0±2,0 1 5,0 ь0,0 10,5±0,5 64,0±1,0

Р-3.3 7,5±0,5 | 7,5±0,5 16,0±0,0 69,0±1,0

Р-3.4 4,5 ±0,5 1 11,5±1,5 81,0±1,0

Минералогический состав почв является одним из важнейших факторов почвообразования и плодородия почв. Он является составной частью почво-образующих пород, и без его участия формирование почв невозможно. В то же время, минералогический состав является причиной формирования, как определенных химических свойств почв, так и физических показателей почвенного плодородия, микробиологической активности. Он является первопричиной формирования почвенных свойств и процессов и несет в себе более определенное понятие, чем почвообразующая порода.

С нашей точки зрения, следует выделить, в первую очередь, следующие параметры практической оценки .чишералогическою состава почв: емкость поглощения катионов и анионов при различной концентрации сорбата, коэффициенты селективности при поглощении ионов и термодинамические параметры ионного обмена; возможность необмешюго поглощения иопоЪ и, в первую очередь, ; К , возможность сжатия и расширения, межпакстных расстояний в минералах при обработках, размер сорбционных мест в минералах, плотность их зарядов, величину удельной внешней и внутренней поверхности минералов. При этом такие показатели, как величина поверхности, сорСииониая емкость и параметры обмена, оценка минералогического состава, как аккумулятора энергии, катализатора и ингибитора химических и биохимических реакций, проще определять, как средневзвешенную, эффективную величину для минеральной части почв. Для того чтобы рассчитать эти показатели по данным содержания в почве отдельных минералов, следует вычислять средневзвешенные значения:

Хсрвэ - у + у + у , где X - значение параметра для данного минерала; V - доля этого минерала в минер ал огическом составе почв.

Минералы в значительной степени определяют емкость поглощения почвы и, в том числе, емкость поглощения катионов по типу физико-химической поглотительной способности. Алгоритм зависимости емкости поглощения почв от отдельных составных частей почв, с пашей точки зрения, может быть представлен в следующем виде:

ЕКО = {(илистой фракции) = 1ха)х)+а^х2+аэхэ+а4х^), где х|,х2,х3,х4 - емкость поглощения для каждого минерала, а] аг а3 а* - доля минерала от их суммы

ЕКО= ? (гумус) (Сг.к /Сф.к)"' = Да5хз), где з.$ - емкость поглощения, х3 -%гумуса в почве.

ОКО = Г (частицы 0,001-0,005) = где а^ - доля частиц 0,001-0,005, х6 - их емкость поглощения.

ЕКО = Г (частицы 0,005-0,25) = Да7х-,), где ат - доля частиц 0,005-0,25, хт - их емкость поглощения.

Математическая зависимость между ЕКО исследуемых почв и содержанием а них минералов, гумуса и частиц 0,001-0,005; 0,005-0,25 представлена в регрессионной модели, выраженной следующим уравнением:

ЕКО = 4,59 + 0,62X] + 1,11Х3+ 0,78Х3 + 0.99Х, + 1,8Х5 + 0,82X^,-0,25X7; г = С,98.

На основании полученной корреляционной связи было установлено, что важным фактором, определяющим емкость поглощения слитых почв Сирии, является минерал смектит, обуславливающий около 68% от общего ЕКО, а гумусом обусловлено около 9% от ЕКО. Это свидетельствует о том, что обменная способность исследуемых почв, контролируется, главным образом, содержанием и составом тонкоднсперспых частиц.

Нами получена тесная связь между теоретической величиной ЕКО и определенной экспериментально ЕКО:

ЕКО й1ф (рН = 8,2) » 4,5747 + 0,98336 * ЕКО™,, г = 0, 93

Содержание в почвах положительно и отрицательно зараженных соединений катионов

Элементы в почве и в растениях находятся в форме положительно и отрицательно заряженных соединений, которые представлены свободными ионами, комплексами и ассоциатами с различным знаком заряда и его плотностью. При недостатке катионов в почве и в растениях они В большей степени связаны в отрицательно заряженные комплексные соединения. При этом уменьшается содержание К*, Ре*\ Ми", Са", и т.д. и увеличивается содержание К1/*, РеЕ", МпЬ"*, Са!." , и гл. (где Ь"-органический лиганд).

По полученным данных наибольшая доля отрицательно заряженных соединений катионов, т.е. комплексов, отмечается в верхних горизонтах для кальция, магния, железа, но'меньшая доля для натрия, что соответствует теоретическим закономерностям.

В нижних горизонтах, по сравнительно с верхним, несколько меньше доля отрицательно заряженных соединений Са, Ге. Соединения, вытесненные из почв методом электролиза при напряжении 14 в, являются подвижными. Из данпых таблицы видно, что больше подвижных соединений Са > > Ре > Мл. В пахотном горизонте по сравнению с горизонтом ВС больше подвижных соединений кальция, магния, железа и меньше подвижных соединений марганца И натрия.

Таблица 4

Содержание положительно и отрицательно заряженных комплексных соединений катионов в разных горизонтах

почв Сирин

Горизонты Заряд соединения Ca Mg MQ Fe Na

Ли ML" 41,S7i3,l7 29,07*3,32 0,IS±0,03 1,79*0,41 17,51*3,03

ML" 27,92*1,1» 0,25-Ю,06 l.iJiO.l 23,22±2,43

ML'VML'^ [.11 [,04 0,77 1.15 0,75

Вс ML* 41,16*0,92 2M±0,4S (№±0,03 t ,66±0ДО 11.19*1,51

ML" ■13,03*1.7 29.Si±0,63 0,2*0.01 2,1310.26 J 8,71 ±1,29

ML*7ML" 1,0 1.01 0,77 0,97

При оценке данных с использованием непараметрических критериев различия установлено, что для верхнего горизонта по сравнению с нижним, характерно более широкое соотношение кальция к железу, в связи с селективностью органического вещества к кальцию, и более широкое соотношение отрицательно заряженных железа к марганцу. В нижнем горизонте больше отношение положительно заряженных соединений кальция к железу и положительно заряженных железа к марганцу.

На слитых почвах (Р-3) ближе к поверхности подходят почсообразуюпше породы, что обусловливает большее содержание в них подвижных кальция и магии я. В то же время, в верхней части катены отчетливо проявляется накопление натрия. В пределах катены происходит перераспределение it комплексных соединений катионов различного заряда. По полученным данным в транзитной части катены произошло увеличение подвижных форм Са, Mg, Mn, Fe, по сравнению с водораздельной частью, В аккумулятивном ландшафте по сравнению с водоразделом произошло уменьшение подвижных, отрицательно заряженных

соединений Са, М§ , Мп, Ре и увеличение их положительно заряженных соединений.

Особскиосш процессов 1ЮН1101 о обмена в исследуемых почвах в связи с пх минералогическим составом

Знание закономерностей катиоиного обмена в почвах и констант равновесия реакций в системе твердая фаза — раствор позволяет уточнить, как градации обеспеченности почв элементами питания, так и уточнить уровни предельно допустимых концентраций токсикантов в почвах, в том числе и допустимую степень солониеватости, обусловленную как натрием, так и магнием.

В то же время, для почв различного гранулометрического и минералогического состава характерны различные величины констант ионного обмена в системе твердая фаза - раствор. Эти константы должны учитываться при расчете доз мелиорантов, при расчете допустимого состава поливных вод с целью обеспечения сохранения плодородия почв при поливе. Однако в почве обмен ионов протекает на несколько качественно различных сорбционпых позициях, и необходимо вычисление средневзвешенных эффективных констант ионного обмена. В обмене участвуют, как правило, не одна пара ионов, а несколько ионов, что существенно затрудняет интерпретацию данных, В связи с этим, на первом уровне приближения перспективно рассчитывать закономерности изменения состава равновесного раствора при взаимодействии почв с различными десорбентами. Знание закономерностей поглощения катионов почвой от концентрации сорбзта и от влажности почв (в том числе при орошении) имеет большое практическое значение,

В то же время, ряд особенностей ионного обмена определяется минералогическим составом почв, который в большинстве математических моделей не учитывается,

В работе изучено взаимодействие исследуемых почв с растворами десор-бентов; 1) 0,001н; 0,01н; 0,] ИаС1, 2) 0,001; 0,01; 0,1н КС1; 3) 0,001; 0,01; 0,1н 1^504, 4) 0,001н; 0,01н; 0,1н СаБО.,. Величины отношения Са;Мв и Са:Ш и Са:К говорят о составе обменных катионов почв; изменение этого отношения при изменении концентрации вытяжек свидетельствует о прочности связи с ППК ионов кальция, магния, натрия, калия. При увеличении влажности почвы при прочих равных условиях предпочтительнее поглощается многовалентные ионы, а среди равновалентных - катионы с меньшей энергией гидратации: Са > Ме; Са, Ма (Савич В.И., 1974). Энергия гидратации Са -370 ккал/г ион; - 470; К - 80; Ка - 96. В обобщенном виде полученные данные приведены в следующей таблице.

Таблица 5

Соотношение Ca:Mg н Са:К б равновесных растворах при их десорбции из почв Na О n CaClj (0,1-0)01 н)_

Отношен и« NaCI CaClj

0,1 н 0,001 И 0,1м 0,001 н

Cr.Mg 3,2±2,8 1,7±0,7 3,4±2,б 1,0*0,3

Са:К 3,3±1,Э 1,1*0,5 ид нд

С увеличением степени разбавления кальций должен поглощаться твердой фазой энергичнее, чем К, и отношение Са: К в равновесном растворе должно уменьшаться, что соответствует и полученным данным, При большой плотности заряда ацидондов предпочтительнее сорбция катионов с большей плотностью заряда (Mg > Са), Из вторичных минералов большей плотностью заряда обладает иллнт, меньшей вермикулит, монтмориллонит и особенно каолинит. По данным Mackenzie R.C. (1975), заряд па элементарную ячейку в монтмориллоните равен 0,5-1; в слюдах -2,0; в каолините - О,

Таблица б

Влияние минера л огнческ-ого состава на вытеснение катионов нз почв при разной степени разбавления растворов лесорйеигов

Содержание каолинит, в % от ила Е, мг-экв/100г Отвошсние катионов Ca/IMg в почвенных растворов л «сорбентов (0,1 11/0,00111)

N»CI KCI

20,0-21,0 28,1 ¿6,3 3,1 3,1

4,5-7,5 41Д±2,7 U±i,3 2,3±0,б

Плотность заряда, равная честному отделения величины на радиус нона, составляет для МаЧ- 2,6; Си*2 • 1,9; Ка+- 1,0; К* - 0,8.

В соответствии с этим, при большей плотности заряда сорбционных мест магний поглощается энергичнее кальция, и соотношение Са:Мц в равновесном растворе должно увеличивается; кальций будет, поглощается энергичнее калия, и отношение Са:К должно уменьшается.

Таким образом, увеличение степени разбавления концентрации растворов д«сорбентов КаС1, КС], М^ЭС^ приводит к преимущественному поглощению в ППК двухвалентных катионов, по сравнению с одновалентными, а среди рав-новалентных нонов - катионов с меньшей энергией гидратации Са > К > N3. Полученные экспериментальные данные подтверждают указанные теоретические закономерности.

В разрезе (Р-1) наибольшее увеличение отношения Ca:Mg в равновесных растворах при увеличении концентрации десорбентов от 0,001 до 0,1н, как для десорбента ЫаС1, так и для десорбента КС1, по сравнению с разрезом (Р-2) и

особенно с разрезом (Р-4), это увеличение значительно меньше, т.е. почва (Р-1) значительно более склонна к осолонцеванию за счет магния при увеличении концентрации промывных вод.

Кинетика перехода катионов из твёрдой фазы почв в раствор в связи с их минералогическим составом

Скорость перехода ионов из твёрдой фазы в раствор в значительной степени определяет плодородие почв. В ряде почв скорость потребления растениями элементов питания выше, чем скорость их перехода из твердой фазы в раствор, что лимитирует их поступление в растения. В наибольшей степени эти процессы проявляются в черноземах, емолницах, вертисолях, в почвах более тяжелого гранулометрического состава, с большой емкостью поглощения, с большей долей минералов тина 2:2; 2:1 и с большей выраженностью ннтрами-целлярного поглощения. Скорость перехода ионов из твёрдой фазы в раствор определяет п протекание процессов осадкообразования, ионного обмена, ком-нлексообразования в почвах.

По полученным данным, учитывая все почвы, отношение кальция в равновесном с почвой растворе СаС11 через 5 минут и 24 часа составило 1,5±0,2; а для натрия в растворе №С1 - 1,0¿0,0, т.е. кинетика сорбции кальция выражена значитецьно сильнее, чем натрия. Кинетика вытеснения из почв магния отмечалась в основном только при вытеснении его ионом кальция. Условная константа кинетика, как отношение концентрации магния в равновесном растворе за 24 часа и 5 минут равна 1^2±0,1, т.е. ниже, чем для кальция и выше, чем для натрия, Кинетика вытеснения из почв марганца выражена незначительно и выше для нижних горизонтов разрезов Р-2 и Р-4 при вытеснении марганца раствором СаС';. Кинетика вытеснения из почв калия почти не выражена, как и для натрия, В наибольшей степени кинетика вытеснения катионов из почв растворами КаС1 и СаСЬ проявляется для железа, что иллюстрируют данные следующей таблицы

. Таблица 7 Кинетика вытеснения железа из почв, мг/ЮО г

Доля капли пита Е, мг-экв/100 г Десорбентя, 0,01 в Отношение вытеснения за 14 часа и 5 минут

20-25% 28,1 ШС1 СаС1 1,29 1,13

4,4-7,5% 415 ЫаС1 СаО 1,84 цп

Как видно из представленных данных, с уменьшением среди минералов доли смектита и с увеличением емкости поглощения почв в них увеличивается

процент более медленно вытесняемых фракций железа. Вытеснение исследуемых катионов из почв за счет электролиза при ы = \2 вольт в большей степени зависело от продолжительности реакции для Са > Мп > N8 и в большей степени для .юложнтельио заряженных соединений этих катионов, чем для отрицательно заряженных.

Особенности развития елнтогенеза в исследуемых почвах в связи с их минералогический составом

Проведенными исследованиями установлена тесная связь минералогического состава почв, с гранулометрическим составом и физико-химическими свойствами почв с использованием метода главных компонент (Рожков В.А.,1989). С использованием метода (Хитрова Н,Б 2003) проведена комплекс-но-обобщенпая оценка влияния минералогического состава на развитие елнтогенеза.

Таблица 8

Влияние сочетания факторов на развитие в исследуемых почвах

Сирин елнтогенеза

Показатель 3-і« определив в а оа«ыки влияние факторов ЛвЮнвмНые Лягоыомные Тртщмтмы* мюоморфкы* Трймюткыа н«)0М0рфмы« А*іф*уляти»-Гндроморфны*

Аридный Ссмвйрилный

Р-2 р-1 Р-3 Р-5 Р-4

НА ОСНОВАНИЯ ЛБ- К>ЛОГЯЧЄ(КЧХ 110- казателеМ Лп о Н.Ср ИСр Ср В.Ср

Вс п В.Ср В.Ср В.Ср Ср

С учетом К.1Ш-ТНЧЇСКЙЇ, I гомор- фологмческяі л ітиогическах фякторвв Лп о Ср Ср В.Ср в

Вс Ср в В.Ср В.Ср в

О, И, Ср, В - отсутствие, низкий, средний, высокий уровень опасности развития елнтогенеза

Как видно из представленных данных высокая опасность развития слито-генеза отмечается для аккумулятивного гидроморфного ландшафта (Р-4), средняя опасность для разрезов транзитного мезоморфного ландшафта и слабая опасность для разреза автономного мезоморфного ландшафта (Р-2) в аридных условиях.

А гроэ кологи ческа я оценка исследуемых красных слитых почв с учетом их минералогическою состава

Проведен кым ¡f исследования ми установлена тесная связь агрономически важных свойств исследуемых почв с их минералогическим составом (долей минералов смектита, иалыгоскита, каолинита).

По полученным данным, при увеличении доли иалыгоскита в почве увеличивается емкость поглощения почвами катионов, заряд ацидопдов, склонности почв к слитизации. доля отрицательно заряженных соединений катионов, селективность почв к магнию, по сравнению с кальцием, и к натрию, по сравнению с калием, в почвах увеличивается доля более медленно вытесняемых соединений катионов. Почвы с большей долей в минералогическом составе палыгорскита хуже обеспечены подвижными формами фосфора и калия.

В то же время, большое значение для агрономической оценки почв (в частности, фосфатного режима) имеет и высокое содержание в исследуемых почвах минералов группы гидроокисей.

Проведенными исследованиями показана связь доли в минералогическом составе палыгоекпта и смектита с обеспеченностью почв фосфатами (с использованием метода функциональной диагностики по активности хлоропластов, разработанного Плешковым A.C. и Ягодиным Б.А.), а также с использованием недостатка элементов питания для растений по дополнительной поглотительной способности корневых систем проростков.

Согласно проведенным исследованиям, факторами, ограничивающими развитие с/х культур, являются тяжелый rpai гул о метрический состав, склонность почв к слитизации, возможность осолонцевания, низкое содержание фосфатов и малая гумусиро ванн ость, что соответствует низкой обеспеченности почв азотом, высокая степень карбонатностн. Для почв аккумулятивного ландшафта характерно наличие оглеспия. Для всех исследуемых почв и, особенно почв аридной зоны, характерен недостаток влаги.

Исследуемые крас но цветные слитые почв, развитые на красноцветных ферсиаллитных отложениях, относятся ло классификациям ФАО и Столбового B.C. ко второй arpo производственной группе почв данной зоны с достаточно благоприятными условиями вырздшвапия растений в богарных и орошаемых землях.

Однако но исследуемым показателям эти почвы могут быть подразделены на несколько подгрупп: 1) по содержанию палыгорскита в илистой фракции и каолинита (Р-1,5 - каолинита 25%; Р-3,4 - каолинита 5-8%; Р-1,5 - палыгорскита 7-10%, Р-3,4 - палыгорскита - 13-16%); 2) по валовому содержанию фосфора 0,30% - Р-1,4 и 1% - Р-2,5; 3) по содержанию аморфного железа, % с относительно высоким содержанием (Р-4) в аккумулятивном ландшафте и другие раз-

резы; 4) по высокому содержанию CaCOj (до 43%) и наличию CaSO* в нижних горизонтах от других разрезов отличается разрез (Р-2).

Почвы, развитые в семиаридных климатических условиях, отличаются от почв, развитых в аридных условиях, меньшей порозностью аэрации, но несколько большим запасом влаги.

Таким образом, группировка почв по разным агрономически важным свойствам позволяет выделить и разные группы почв. Очевидно, что в зависимости от характера с/х использования почв (при орошении или в богарных условиях, при разном уровне интенсификации производства) ценность отдельных свойств почв меняется. Анализ подтверждает, что почвы, развитые па разных элементах рельефа, и в разных климатических условиях существешю отличает» ся по своим свойствам и должны входить в разные агрономические группы.

С нашей точки зрения, уровень оптимальности свойств почв (У) при использовании их для определенной цели определяется следующей зависимостью:

У = К + Ik|X[ + ЕкгХз + 1кзХ) + Хк^Хч + IkjXj, где к - степень влияния фактора X на уровень оптимальности свойств почв при использовании их для рассматриваемой цели; £Х( - сочетание свойств почв; SXi - интегральный показатель рельефа; £Х3 — интегральный показатель климата; - водного режима, уровня грунтовых вод и их состава; XX3 - интегральный показатель свойств почвообразующей породы.

Сопоставление разных слоев карт с использованием П1С технологий позволило детализировать характер с/х использования почв, по Столбовому B.C., с учетом минералогического состава, *

Выводы

1. Статическая обработка данных по свойствам красных слитых почв Сирии позволила установить, что они характеризуются молекулярным отношением Si02:Rj0i = 3,9-4,8 и в илистой фракции 2,5-3,2; глинистым гранулометрическим составом, рН(ню) - S,4-8,6; СаСО, - 19-30%, емкостью поглощения катионов 20-50 мг-экв/100 г почвы, содержанием гумуса - 1-2%, очень плохо обеспечены подвижными фосфатами, слабо засолены.

2. Для почв аккумулятивного ландшафта по сравнению с почвами автономного и транзитного ландшафтов характерна значительная доля в минералогическом составе палыгорскита и, особенно, смектита, низкая доля каолинита и отсутствие гидрослюд. Это соответствует увеличению в этих почвах плотности заряда сорбцнотшх мест и емкости поглощения почвами катионов. Отмечается увеличение в почвах доли палыгорскита с усилением аридизации климата.

3. Минералогический состав почв, степень выраженности интрамицелляр-иого поглощения, емкость поглощения и плотность заряда сорбциснных мест

минералов в значительной степени определяет особенности катион к ого обмена в почвах, возможность развития елнтизации, плодородие почв.

С уменьшением концентрации раствора десорбента в исследуемых почвах Солее интенсивно поглошались двухвалентные ионы (кальций и магний), по сравнению с одновалентными (натрнсм и калием), а среди равнозарядных - ноны с меньшей энергией гидратации: К > №; Са >

С увеличением плотности заряда сорбционных мест (при меньшей доле з составе вторичных минералов каолинита) при большей емкости поглощения почвами катионов, более предпочтительно при прочих равных условиях поглощались ионы с большей плотностью заряда. Относительное поглощение разных катионов зависело от очередности изменения концентрации сорбата (эффект пробки или воронки) и времени сорбции. Значительное проявление кинетики десорбции отмечено только для железа и для почв с большей долей смектита и палы горе кита.

Па изученных почвах большая опасность слитизацни отмечается для почвы аккумулятивного ландшафта; большая опасность осолонцевания за счет натрия и магния - для почв с большей долей в минералогическом составе смектита и ц а! ы го реки та.

4. Предлагается учитывать влияние минералогического состава на свойства почв в соответствии с уравнениями множественной регрессии:

У = К + К|Х|+К2Х3+ ... ± кпХпХп,! + + , где У - свойства поч-

ва, X -доля отдельных минералов, гумус, рН, другие показатели почв, существенно влияющие на У; Z - параметры климата, q - параметры рельефа и гидрологии с учетом эффектов синергизма и антагонизма взаимодействия между независимыми переменным.

5. Предлагается учитывать при разработке градаций обеспеченности почв региона фосфатами не только рН среды, содержание гумуса и гранулометрический состав почв, но также долю в минералогическом составе вторичных минералов группы гидроокисей, пашгорскита, смектита, СаСО].

6. Предложена корректировка мелиоративной и агроэколотческой группировки красных слитых почв Северной Сирии с учетом их минералогического состава с использованием метода главных компонент, комплексно-обобщенная оценка влняния на пригодность почв для определенных целей сочетания климатических, геоморфологических, гидрологических, лито логических факторов, ГИС технологий.

Список работ опубликованных по теме диссертации

1. В.И. Савич, Н.П. Чижикова, Рами Каба. Физико-химические особенности ионного обмена на примере почв Сирии // Экспериментальная информация в почвоведении: теория и пути стандартизации. Сборник научных трудов. М, 2005.-С. 219-221.

2. Каба Рами, Савич В.И. Содержание положительно и отрицательно заряженных соединений в почвах Сирии //Материалы Всероссийской научной конференции, посвященной 100-летию кафедры почвоведения имени Л.Н.Александровой. Санкт-Петербург. Пушкин, -2006. - С. 50 -51.

3.Каба Рами. Изменение цвета слитых почв Сирии в ландшафтах // 10 юбилейные Докучаевские молодежные чтения. Санкт-Петербург, 2007. - С. 126 -127.

4. Каба Рами. Емкость поглощения катионов почвами Сирин и влияние на нее минералогического состава почв // Мат. международной научной конференции молодых ученых и специалистов посвященная 120-летию академика Н.И.Вавилова. РГАУ-МСХЛ, М. 2007. - С . 222 - 225.

5. К.В, Савич, Рами Каба, Использование ГИС технологий при разработке проектов сельскохозяйственного использования почв//Экология биосистем: проблемы изучения индикации и прогнозирования. Сборник научных трудов, Астрахань, 2007. - С. 245 - 246,

6. Р,Ф, Байбеков, В.И. Савич, Д.Н, Егоров, Хесам Моуса, Каба Рами, Оценка цвета почв в полевых условиях с использованием прибора GRENAG MACBETH EYE-ONE PHOTO// 1Ьвестия TCXA. M. - 2007, - №4,- С. 23 - 28.

^ Г.Я>5>, !) Си&ь*

/ /

* г

' V. •• Г 1 *

У/

і

Г&-0:У)- яА /•'Л-е-

1,25 печ. л.

Тир. 100 экз.

Зак. 88.

Центр оперативной полиграфии ФГОУ ВПО РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44