Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние орошения на солевое состояние и составв обменных катионов почв солонцового комплекса

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Влияние орошения на солевое состояние и составв обменных катионов почв солонцового комплекса"

П 13 ии

- 1 мап 1993

МОСКОВОК!;! ОРДЕНА ЛЗЕЯНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ Р2В0ЛЩ31, ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗКАМЕШ! ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УШШЁРСИТЗГ игл. М.Е.ЛШОНОСОЗА

Факультет почвозеденля

На правах рукописи

ТОЛЛИНГА Инна Игоревна

состав обменных катионов почв солонцового КОШЛЗОСА /на ПРКНЗРЗ почв падяасобсксй орссжзльшй CiCTE.il/

Зп-зцхальносгь 03.СО. 27 - пзчвоведенло

АВТОРЕФЕРАТ дйссертасии на соискание' ученей степени кандидата биалогаческях наук

Москва - 1992

Работа выполнена на кафедре химии почв факультета почвоведения 'Московского государственного университета ям. М.З.Ломоносова.

Научный руководитель - доктор биологических наук,

профессор Т.А.Соколова

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор Е.В.Шеин кандидат биологических наук, научный .сотрудник В.А.Романенков

Ведуаее учреждение - Институт лесоведения РАН

Запита состоится "/£_" 1593 г з 15 час. 30 мик.

в аудитории ¿4-2 на заседании специализированного Совета по почвоведению K-U53.05.16 в ¿117 им. М.З.Ломоносова. 115895, .Москва, Ленгоры, гЛГУ, факультет почвоведения, ученый совет.

С диссертацией мсдаю ознакомиться а библиотек© факультета почвоведения МГУ-

Автореферат разослан " /е " {р'&и^-г 150г.

Ученый секретарь специализированного совета ^/[^у^^^ Г.В.лютудова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы.Повышение продуктивности земель в полупустынной зоне Северного Прикаспия требует дополнительного увлажнения, рассоления и рассолонцеванкя почв. Территория Прикаспийской низменности представляет собой плохо дренированную, бессточную равнину. Интенсивный полив и фильтрация воды из каналов при отсутствии дренажной сети привели к засолению грунтовых вод и их резкому поднятию на многих орошаемых массивах. В связи с этим произошли неблагоприятные изменения солевого состояния и состава обменных катионов почв солонцового комплекса.

Цель работы. Оценить действие орошения на солевое состояние и состав обменных катионов солончаковых солонцов и темноцветных почв западин и выявить главные причины снижения продуктивности при орошения.

Основные задачи исследования.1. Оценить влияние орошения на содержание, распределение, химический и минералогический состав и особенности шкростроения легкорастворимых солей. 2.Оценить влияние ородения на содержание, распределение и особенности микростроения карбонатов и гипса. 3.Оценить влияние орошения на состав обменных катионов и селективность их поглощения почвой в ходе катионнообменных реакций. 4.Дать сравнительную почвенно-экологическую оценку влияния орошения и системы агролесомелиоративных мероприятий,разработанной на Джаныбекском стационаре Института лесоведения РАН, на солевое состояние и состав обменных катионов исследованных почв.

Научная новизна. Рядом авторов проводились детальные исследования влияния орошения на почвы солонцового комплекса и другие почвы полупустынной зоны /Барановская В.А. и др., 1974, 1975, 1981, 1988; Бирюкова А.П., 1962; Демкин В.А. и др.,1586/. В цитие работах оценивается, главным образом, действие орошения на содер-

жание и состав легкорастворимых солей по данным водных вытяжек, реже на состав обменных катионов. Кроме того, исследования Барановской В.А. и Бирюковой А.П. проводились преимущественно на участках с лучшим дренажом.

В настоящей работе изучено влияние орошения на минералогический состав солей, особенности юс микростроения, на селективность поглощения катионов в ходе катионнообменных реакций при отсутствии естественного дренажа и дренажных сооружений.

Практическая значимость.Материалы диссертации могут бить использованы дая прогноза солевого состояния почв солонцового комплекса глинистой полупустыни при орошении.

Апробация. Материалы диссертация докладывались на заседании кафедры химии почв ф-та почвоведения МГУ я на заседании сотрудников Дханыбекского стационара Института лесоведения РАН.

Публикации■ По теме диссертации опубликовано и подготовлено к печати 2 работы.

Объем работы.Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов и приложения, содержит страниц машинописного текста, имеет с приложением *(/ рисунков, таблиц. Список литературы содержит 2th наименований.

С0ДЕР2АШ2 РАБОТЫ

Глава 1. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ И ПОЧЗЫ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ.' СИСТЕМА ОРОШЕШЯ ПОЧВ СОЛОНЦОЕОГО КОМПЛЕКСА

Климат района исследований может быть охарактеризован как континентальный и засушливый. Среднее годовое количество осадков равно 280 мм, из них большая часть /155 мм/ выпадает с апреля по сентябрь /Роде A.A. и др., 1961/.

Район представляет собой почти идеальную шюходренирован-

нуэ равш!ну со слабо выраженной гидрографической сетью и отсутствием общего стока. Территория характеризуется хорошо выраяен-ны.ч микрорельефом. Почвенный покров ^района из-за выразенного макрорельефа характеризуется комплексностью: 50$ площади занимают солончаковые солонцы, приуроченные к микроповышешям, мяк-росклоны заняты светло-каштановыми почвами, микропонижения -темноцветны!/® почвами западин. Светло-каштановые и темноцветные почвы заяимамт по 2Ъ% площади трехчленного комплекса.

Комплексность почвенного покрова отражается на водном режиме почв. Уровень грунтовых вод /УГЗ/ под западинами составляет- 6 - 2 м, а под макроповмшениями 7 - 1,5 м, а в некоторых случаях до 10 м. Минерализация вод под западинами составляет 0,5 -1,0 г-л-*, а под шкроповышениями до 10 - 17 г>л-1.

Исследованные орошаемые участки расположены на территории Палласовской 00С. Магистральный канал и распределительные каналы на большом протяжении проложены в земляном русле. Орошение производится поливными машинами "Волканка", "Фрегат" и "ДНА.". Нормы псдвва в среднем составляют 600 - 700 м^/га. Полив производится 2-4 раза в сезон в зависимости от климатических условий года и вида выращиваемой культуры. Дренажная сеть отсутствует. Поливная вода имеет хлоридно-сулъфатный состав. Минерализация воды составляет 0,9 - 1,0 г-л-^.. Основные выращиваеше культуры - люцерна, суданская трава, кукуруза и подсолнечник на силос.

На Джаныбекскои стационаре разработана и успешно применяется система агролесомелиоративных мероприятий, направленных на рассоление и рассолондевание солонцов в результате промывок талыми водами и использования Са, содержащегося в почве в составе гипса и карбонатов.

- 4 -

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектами исследования были орошаемые солончаковые солонцы и темноцветные почвы западин /ТЦБ/ /по общепринятой классификации - солонцы ггдроморфныв и полугидроморфные и лугово-каштано-вые почвы /Классификация и диагностика...,1977//.

Были выбраны пять площадок с разным УТВ /табл. 1/.

Таблица 1

Объекты исследования

т

.4 площадки ! тзасстоян. 3 Ьт .магистр. !канала, ы УГВ, м !тип доздеваль-; ! |Ного агрегата ! название почвы

х - 2,3 "ДДА" солонец

ЗЕ 200 ' 2,5-2,9 "Волжанка" солонец, ТЦВ

Ш 700 2,5 - 2,6 "Золжанка" солонец, ТЯЗ

И 2500 2,7 - 3,1 "Фрегат" солонец, ТЦВ

У 2500 5,0 - 5,2 "Зсшяанка" солонец, ТЦВ

Описание разрезов проводили по "Базовым шкалам" /1983/. кпкроморфологические исследования солевых образований проводили на электронном микроскопе Н5М-2А. Термический анализ карбонатов выполняли на дериватоградзе 0-1500 Д в релиме чувствительности ДТА 1/250, ДТВ 1/250 и весов 200 мг в атмосфере С02. Состав солевых образований исследовали на дифрактометре ДРОН-З. Съемка производилась в режиме: К^ излучение, фильтрованное N! , напряжение на трубке 40 кВ, сила тока 20 мА, скорость вращения образца

,о о, р.

1 в ыинуту. В водных вытяжках определяли: Са , Мер трилоно-метрическим методом, К+ я N а"1" на пламенном фотометре, С 1~ - арген-

о

то-метрическим методом,ЗО4 весовым методом /Аринушкина Е.В., 1970/. Сушу солей определяли по электропроводности водной вы-

тяики по уравнению :

ЕС = 0,242* 1СГ1 + 6.31Х, где

ЕС - электропроводность, мСМ • см-1, X - процентное содержание солей.

Обменные катионы определяли методом Пфеф|ера в модификации Молодцова В.А. и Игнатовой В.Л. /1975/.Коэффициенты селективности рассчитывали по программе Сотрозо^/Пачепский Я. А., 1977/ с использованием уравнений Талона, Венслоу, Никольского и Кришнамурти* Измерения активностей ионов и Н проводили в пас-

тах и суспензиях при влаяяостя 100$ и 22$.

Модельный эксперимент по динамике растворения карбонатов

о

и гипса проводили для образцов из горизонтов В2Са и ВССаСэ солончакового солонца в рехиме фильтрации 4 мл за 3 глин, и 20 мл за 9 мин. Промывки проводили дистиллированной водой без С0£ и содержащей =10 % С02.

Глава 3. ДИНАШКА Я СОСТАВ ГРУНТОВЫХ ВОД НА ОРОШАЕМОМ УЧАСТКЕ

Большую часть Прикаспийского Заволжья необходимо рассматривать как сложнув в мелиоративном отношении, склонную к засолению территорию из-за отсутствия дренаяа /Большаков А.Ф. и др., 1937/.

Магистральный канал /.УК/ Палласовской 00С проложен, в основном, в земляном русле /Алтунин З.С. ,1979/. Это приводит к большому расходу воды на фильтрацию и подъему УТВ. По данным наблюдений Демкина В'.А. и др. /1986/ в 1978 г. зона резкого подъема УГВ составила 70 м, а в 1979г увеличилась до 90 м от Ж.

Орошение вызвало подъем УГВ на исследованных участках. За десятилетний период орошения УГВ поднялся в среднем на 1,9 м. Данные по УГЗ на 1989 - 1990 гг представлены в табл. 1. При этом повысилась минерализация грунтовых вод. Минерализация вод под солонцами увеличилась в 2 - 6 раз, под западинами в 2 - 20 раз.

Повышение минерализации вод под западинами можно объяснить поднятием соленых грунтовых вод из более глубокого песчаного слоя и боковым притоком минерализованных вод с солонцов.

Правде всего в грунтовых водах увеличивается концентрация N а+, Ыс^2+, СГ и Проведенный корреляционный анализ

позволяет заключить, что ионы Na+, и выносились из

почвы за счет растворения астраханита. Глава 4. СОЛЕВОВ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ ОРОШАЕМОГО УЧАСТКА

Орошение приводит к перераспределении солей в профиле исследованных почв, характер которого зависит от УГЗ. На площадке V. процесс рассоления солончаковых солонцов затрагивает второй полуметровый слой, а ион С 1~ отмыт на глубину 2 м. На площадках ]Т , Iii и 1\/ , где грунтовые воды залегают на глубине 2,5 - 3,0 м , легкорасгворише соли содержатся в больших количествах уке в 1-м полуметровом слое, содержание иона СГ увеличивается вниз по профилю с глубины 80 - 90 см. На площадке Т с ЗТВ 2,3 м легкораство-рише соли находятся с поверхности. ¡Максимальное количество солей находится на глубине 40 - 60 см /рис. 1/. Такие участки, как площадка 1 , за несколько лет орошения становятся для сельскохозяйственного использования.

На всех площадках в двухметровом профиле темноцветных почв появляется ионы СS042-, Ыа+ и Ab2'*'. На площадках | , | и ¡V солевой контур продвигается вверх по профилю до глубины 6Ü -80 см.

В двухметровой толще орошаемых почв, по сравнению с целиной, наблюдается потеря солей в солонцах и их накопление в темноцветных почвах.

Наличие нехарактерно для целинных солонцов солевого профиля с двойным максимумами и увеличение содержания солей на глубине

см

О 40

80 120

160

200 О

40

80

120 160 200

К А~

20 0 20

20 0 20 1_1_

цалина

К+ А-

20 0 20

К А-

20 0 20 —_I-

СИ нсо3-сг

2-

ЭОл

мг.экв/100 г

Са'

2+

2+

I

Рисунок I. Солевые профили некоторых изученных орошаемых и целинных солончаковых солонцов (А) и темноцветных почв (В). I, III и У - номера площадок

о

2 м, наличие максимума по С ¡Г и на одной глубине в солон-

цах со Ц и И! площадок и накопление солей в профиле темноцветных почв свидетельствует о восходяще!: движении растворов и процессах вторичного засоления.

В орошаемых солонцах снижается общее количество в составе водной вытяжки, что объясняется преимущественным растворением астрах алита.

Глава 5. СОЛЕВЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ В ОРОШАЕШХ СОЛОНЧАКОВЫХ СОЛОНЦАХ И Т2Ш0ЦЗШНЫХ ПОЧВАХ ЗАПАДИН

Состав и распределение легкорастворимых солей в засоленных почвах имеют важное диагностическое значение. В отличие от целинных солонцов, в которых легкорастворимые соли представлены ассоциацией солей мирабилит-тенардит-астраханит, в орошаемых солонцах легкорастворимые соли представлены ассоциацией мирабилиг-тенардит-глауберит. Глауберит представлен кристаллами игольчатой форт, собранными в агрегаты радиально-лучистого строения /рис.2/, диагностирован РЭМ и рентгендифрактометрическк.

Рисунок 2.

йикроморфология /а/, элементный состав /б/ и рентгек-дифрактограмма /в/игольчатых кристаллов

а.

х 3000

х 1000

в.

0.313,

0.2 45 им 0.232нм А 0.27?

б

Образование глауберита хорошо объясняется предположениями, высказанными Феофаровой II.И. /1958/. Восходящие токи растворов, вызванные подъемом грунтовых вод с высоким содержанием и СГ проходят толцу почвы, содержащую мелкокристаллический гипс. В таких условиях Nа^О^ и Са$04 могут образовывать глауберит. Глауберит менее растворим, чем тенардит и при его растворении СаЭО^ выпадает в осадок. Поэтому промывки ссяончаковах солонцов, затронутых вторичным засолением будут менее эффективны, чем промывки целинных солончаковых солонцов.

В составе образований солевого "мха" и скоплений в виде точек и ниточек обнаружены тенардит и мирабилит. Астраханит кристаллизуется в 50 метровой зоне от Ж при отсутствии орошения в виде рыхлоупакованных параллельных таблитчатых кристаллов.

Орошение приводит к растворению гипсовых образований, мобилизации и переосавдениа гипса. Увеличивается разнообразие гипсовых аккумуляций при уменьшении общего количества гипсовых скоплений. Снижается верхняя граница распространения скоплений в форме ниточек и точек.

Дополнительное увлажнение при орошении обеспечивает поступление Са^+в раствор за счет растворения гипса. Контрастные условия увлажнения в течение года приводят к более сильным, чем в целинных почвах колебаниям РО^. Эти процессы способствуют образованию псевдоморфоз кальцита по гипсу /рис. 3./.

Плантаяная вспашка, планировка поверхности, восходящая миграция карбонатов и образование кальцита по гипсу привела к тону, что практически все исследованные ороиаемые дочвы вскипают с поверхности, в отличие от целинных.

Глава 6. СОСТОЯНИЕ КАРБОНАТНОГО МАТЕРИАЛА В 0Р0ШАЕШХ ПОЧВАХ

Карбонатный материал изученных почв представлен кальцитом.

Рисунок 3.

Микростроение /а/ и элементный состав /б/ псевдоморфоз кальцита по гипсу

Основная масса карбонатов представлена низкотемпературным кальцитом, содержание которого,по сравнению с целинными почвами, возрастает. При орошении увеличивается абсолютное содержание карбонатов в верхних горизонтах почв. Верхняя граница максимума накопления карбонатов сместилась с глубины 50 см в целинных солонцах до 40 - 60 см в орошаемых.

Балансовые расчеты показали, что и в орошаетх солончаковых солонцах, и в темноцветных почвах происходит накопление карбонатного материала.

Расчет карбонатно-кальциевых равновесий и данные модельного эксперимента по динамике растворения кальцита позволили высказать гипотезу о том, что йса2+ может контролироваться соединениями, которые образуются в орошаемых почвах и имеют иные термодинамические характеристики, чем кальцит.

Глава 7. СОСТАВ ОБМЕННЫХ КАТИОНОВ И СЕЛЕКТИВНОСТЬ КАТЖШОГО ОБМЕНА В ОРОШАЕМЫХ СОЛОНЧАКОВЫХ СОЛОНЦАХ И ТЕМНОЦВЕТНЫХ ПОЧВАХ ЗАЛАДИН Состав обменных катионов, как правило, отражает состав почвенного раствора. Изменение состава почвенного раствора при поливе приводит к изменениям в составе обменных катионов, характер

и направленность которых зависят от типа лота и УГВ /табл. 2/.

На Т площадке содержание обменного На в орошаемой солончаковом солонце увеличилось по всему профилю, а в пахотном горизонте возрасло в 3 - 4 раза, по сравнению с целиной. Накопление обменного Ма в солонце с 1 площадки объясняется развитием вторичного засоления я вторичного осодонцеваиия почв вследствие высокого стояния минерализованных грунтовых вод. На всех остальных площадках наблюдается рассолонцевание верхних горизонтов солонцов. На V площадке, с наиболее глубоким УГВ / > 5 м/ рас-солонцевакие охватило толщу около 1 м. На площадках 11 , 111 и IV с более близким к поверхности залеганием грунтовых вод рассолонцевание солонцов охватывает только верхний горизонт В24. , где содержание обменного Ыа снизилось с 30 % до 10 - 15 %, по сравнению с целиной. В нижелекащих горизонтах содержание обменного N а практически не изменилось.Вторичное засоление нижних горизонтов препятствует замещению натрия кальцием в ППК. Зо всех орошаемых солонцах снижается доля обменного нк^, по сравнению с Целиной.

В темноцветных почвах, исходно незаселенных и не-солондева-тых, орошение привело к негативным изменениям в составе обменных катионов на плошадхах ТГ , Щ и ТТ с УТВ 2,5 - 3,0 м, где нижние горизонты подвергаются вторичному засолению.На площадке V существенных изменений в содержании обменного Ма в ППК темноцветных почв не наблддалось, так как верхняя двухметровая толща не затронута процессом засоления.

Минимальное изменение значений коэффициентов селективности в зависимости от доли На в ППК и ионной силы раствора наблюдается при использовании для расчетов модифицированного уравнения Талона /рис. 4,5/. Величины коэффициентов селективности по Талону /Кг/ в обмене Иа - Са для большинства исследованных образцов

Таблица 2

Состав обменных катионов в целинных и орошаемых почвах солонцового комплекса

почвы 1 № площадки 2 число разрезов 3 гориз онг ! 4 среднее содержание обменных катионов*'

Саг+ ! 5 ! ! Ма+ ! 7

оро- х 1 АпахСа 9,0/48,9 2,0/10,9 6,5/35,4

шае- А1 10,0/54,7 1.0/ 5,5 6,5/35,7

мые В1Са 8,0/55,3 1.0/ 5,9 5,2/36,1

солон- ВХа 7,0/35,3 4,0/20,1 8,5/42,5

чаковые ВССа 8,0/49,1 3,0/15,4 5,0/30,7

солон-

цы И 3 АпахСа 13,3/72,3 3,7/19,7 0,8/4,5

В2ЬСа 13,7/73,7 3,0/16,1 1,4/ 7,7

ВЗСаСг2 6,3/30,5 5,3/27,6 7,7/33,9

ВССаС^2 6,7/32,6 6,0/28,9 7,6/35,6

ш 3 АпахСа 13,7/56,3 ь,3/32,9 1,5/ 6,1

В2-1Са 12,3/55,5 7,3/25,4 3.3/14,6

ВХаСз2 6,7/27,9 7,7/28,6 9,9/41,5

ВССаСз2 6,0/30,3 6,7/24,3 11,5/43,8

и 2 АпахСа 14,5/74,5 2,5/12,2 2,0/ 9,7

В24.Са 13,0/68,3 2,0/10,6 3,5/18,7

ВЗСаСх2 8,5/43,2 4,5/23,2 5,9/30,1

ВССаС£2 6,5/27,7 8,0/34,0 8,5/35,9

5 3 АпахСа 14,0/72,9 4,0/19,9 0,5/ 4,8

В24Са 11,3/55,8 6,0/30,9 2,7/12,0

ВЗСаСз2 9,3/43,7 9,0/36,0 4,9/18,4

ВССаС52 7,3/30,3 7,0/28,4 9,0/37,0

Таблица 2 /продолжение/

1,2, 3 г 4 ! ■ 5 ! 6 , ?

целин- 4 А1А2 7.7/51,6 4,6/31,5 1,6/10,8

ные Б21Са2 6,1/29,1 9,1/43,1 5,6/25,8

солон- ВХаС52 1,7/11,2 7,3/47,9 5,8/37,5

чаковые ВССаС52 2,1/11,3 9,0/50,2 6,7/36,0

солон-

цы**/

оро- тг 2 АпахСа 14,5/78,3 2 ,5/12,2 0,7/ 3,4

паемые В2{Са 15,0/82,6 2,0/10,7 0,4/ 2,3

темно- ВЗСа2 14,5/44,5 2,5/12,7 1,2/5, 9

цветные БССа2 14,0/76,8 3,5/17,5 1,7/8,1

почвы

Ш 3 АпахСа 13,7/65,9 5,3/23,7 1,2/ 5,6

В2ЧСа2 12,7/56,2 9,3/32,8 1,3/ 5,3

ВЗСа2 11,0/55,9 6,3/29,4 2,5/11,8

ЕССаСз2 12,7/54,4 5, и/21,2 5,0/21,7

I 2 АпахСа 14,5/78,6 2,0/10,6 1,0/ 5,3

АБСа 14,5/69,1 4,5/21,4 1,3/6,2

ВЗСа2 14,0/72,1 4,0/20,3 0,9/4,3

БССа 12,0/64,5 5,0/25,8 1,3/6,7

3 АпахСа 13,7/66,7 5,3/26,4 0,7/ 3,2

В24.Са 13,0/71,1 4,7/23,0 0,7/ 4,1

ВЗСа2 12,7/82,1 2,0/11,4 0,5/ 3,3

ВССаСБ2 14,0/74,7 3,3/17,8 0,4/ 5,4

целин- 1 А 21,0/85,4 2,0/ 8,1 0,4/ 1,7

ные АВ 20,0/73,3 6,0/21,2 0,4/ 1,6

темно- В2Са2 22,0/78,3 5,0/17,8 0,4/1,5

цветные ВССа2 17,0/81,7 3,0/14,4 0,4/ 2,1

почвы

х/ в числителе - иг.экв.-ЮО г Ч в знаменателе - % от ЕК0 эф-

фективной

хх/ данные В.А.Романенкова /1990/

-^Ыа-Са, /:,юль/лЛ1/2

о

о

2 о о о

О

I

о о

10 20 30 40 50 Иа+ об,;.. ,%

Рисунок 4. Зависимость коэффициента селективности по 1апону /Кг/ от процентного содержания Ма в ППК. Обмен №а - Са. о - солонец; • - темноцветная почва.

о

4

3

2 1

^Ма-Са, /мсхль/лЛ1/2

г •

О Са

о о°

1.0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0

3 , моль/л х Ю-2

Рисунок 5. Зависимость коэффициента селективности по Талону от ионной силы раствора. Оомен N3-03.

о

о

о

о

орошаемых солонцов и темноцветных почв вырьируют в диапазоне значений от 1 до 2. При снижения доли N а+ в ППК до < 10 % и ионной силы <0,5 смсяъ/л значения К^а-Са Резко зозрастают до 3 - 4. В целом, орошение способствует снижению селективности почв к натрию.

Указанные закономерности нельзя объяснить влиянием органического вещества, селективного к Са /Антипов-Каратаев и др., 1947/, так как в исследованных солонцах содержится менее 1 % органяческогс углерода, а в темноцветных почвах <2 %. Специально проведенный корреляционный анализ показал ,что Хг^а_са не зависит от содержания органического углерода.

Принимая во зянмание, что ионный обмен в'исследованных почвах происходит преимущественно на минеральных позициях, увеличение Кг^з^са пРя мачых ионных силах молено объяснить изменением тактопдного строения глинистого материала при изменении ионной силы. Известно, что в обмене Ма - Са на лабильных силикатах селективными к Са являются меяпакетные позиции, а селективными к Ма - обменные позиции на внешней поверхности глинистых кристаллитов /5/т/и.&ег<| 7, гЛ <х1, , 1580; ¿роБ^о Б. и а£„ 1983/. При снижении ионной силы раствора толщина диффузного слоя возрастает и тактоидные частицы разбухающих минералов разрушаются. При наличии дахе небольшого количества N а в ППК при малой ионной силе происходит сильная дезагрегация тактоидов /йгия Я.е^йС., 1973/ Следовательно, изменение такгоидного строения глинистого материала должно привести к уменьшению доли внутренней поверхности и увеличению доли внешней, селективной х N а поверхности, при уменьшении ионной силы. Зто объяснение экспериментально подтверждается определениями внешней и внутренней удельной поверхности в одном из разрезов орошаемых солонцов /табл. 3/.

Таблица 3.

Удельная поверхность микроагрегатов диаметром 0,5-0,25 мм

глубина, см 1 3 • 1 моль'л 1 ¡Ма { ! об:,и,! ! ^ ! ^Ь'а-Са ! 1 ] общ., м^г-1 (внешн.,| .'м2т-1 ! 1 I внутр., м2- г-*

33- 50 0,00201 13,45 3,75 98 78 20

0- 33 0,00509 4,65 1,49 99 70 29

102-155 0,05598 52,67 1,88 102 54 48

Уменьшение селективности орошаемых почв к N а, по сравнению с целинными, связано, вероятно, с тем, что орошаемые почвы содержат больше обменного Са, что способствует стабилизации такгоидов. В таких случаях доля внешней поверхности, селективной к N а+, уменьшается.

Характер зависимостей коэффициента селективности от ионной силы и доли обменного оказался близким для целинных и орошаемых почв, но орошаемые почвы в целом оказались более селективны к Мэ в обмене Иа - чем целинные. В обмене Ка - Г«'^ орошаемые почвы более селективны к N а, чем в обмене ^а- Са. Селективность почвы к зависит от типа двухвалентного катиона/рис. 6 /.

Коэффициенты селективности орошаемых солончаковых солонцов в 70 % случаев оказаллсь близкими к 1 в обмене Мд - Са. С уменьшением доли обменного Мс^* селективность к нему увеличивается. Отсутствие преимущественного поглощения в системе - Са в солонцах можно объяснить тем, что обмен - Са осуществляется преимущественно в ыекпакетных позициях и Ма+, который'занимает внешние позиции не конкурирует с двухвалентными катионами /риикег Р, \Х о1. , 1984/.

10

8 6

4

2

0

Кг

/моль/лЛ

1/2

о • •

о»

о

10

20

30

40

50

N а+ сбм.

Рисунок 5. Зависимость коэффициента селективности по хапону от процентного содержания N а+ в ~и<. Обмен На- до. о - оггашаешй солонец; • - орошаемая темноцветная почва.

о

о

ооо

о

Лг

7 - •

о "* л

5 •

4

3 • 1 1

го 0 0

1 : :°о 1

и

Мо-Са а

с *

10

20

о°

30

40

50 N а+ обм., %

Рисунок 7, Зависимость коэффициента селективности по Талону от процентного содержания N а"1" в ГПК. Обмен Ыу - Са. о - орошаемый солонец; • - орошаемая темноцветная почва.

о

с

о

Практически-все оиоиае:.ше темноцветные почвы западин селективны к М^. Б целом, орошение снижает селективность почв к - и приводи к отчетливому сникенлю при возрастании доли

в ППК.

Б составе обменных катионов целинных темноцветных почв западин доля обменного :.ала. Поэтому, возможно, часть обменных позиций занимает на внешних поверхностях тактоидов, а по мере заполнения этих обменных позиций селективность к нему закономерно снижается. Поэтому, существует высокая отрицательная корреляционная зависимость от содержания обменного

Обмен двух катионов с участием третьего иона изучали в системе Са2+ - N а+ - йо2+. При содержании обменного Na >30$ Krwjo_Ci

<t

для солонцов близки к 1 и не зависят от дали третьего иона в ППК, что объясняется обменом Mg - Са на внутренних поверхностях. При снижении доли обменного N а+ селективность почв к возрастает. Орошаемые темноцветные почвы практически все селективны к При снижении доли обменного Ma /Ма обм. < 20 % / селек-

тивносит к М<^2+ в обмене Mcj. - Са резко возрастает / рис. ? /.

Глава 8. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ЕОЧВЗШО-ЭКОЛОВ'ЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ОРОШЕНИЯ И CI-ICIШ AIPOJŒCOM&IiiOPATHEHiïX МЕРОПРИЯТИЙ НА ЕЮЧБЫ СОЛОНЦОВОГО КОМПЛЕКСА

Десятилетнее орошение на всех исследованных площадках приводит к сбрасыванию солей в грунтовые воды, что вызывает засоление исходно незасаленных темноцветных почв западин.

На участках, где УГВ составляет 5 м и более на момент исследования происходят позитивные изменения в профиле солончаковых

солонцов, так как процесс рассоления охватывает первую

и вторую полуметровые толщи. На территориях, где УГВ составляет 2,5 - 3,0 м срозение приводит к развитию процессов вторичного засоления. Особенно сильные неблагоприятные изменения происходят при использовании для полива агрегатов "ДНА". Наличие сети каналов на расстоянии 110 м друг от друга приводит к быстрому подъему УГВ,и уяе через 8-10 лет после начала орошения территории выводятся из сельскохозяйственного использования. В почвенном покрове таких территорий начинают преобладать солончаки.

Система агролесомелиоративных мероприятий не приводит к негативным последствиям, описанным выше. Кроме того, при агролесомелиорации в течение 33 лет происходит вынос ионоз С£~ и N а+ за пределы почвенного профиля. Орошение за гораздо меньший срок привело к увеличению концентрации ионов СЕ" и №а+ в составе водной вытяжки верхних горизонтов темноцветных почв.

Орошение вызывает интенсификации процессов рассолонцевакия-осслояцевания почв. Заметное снижение доли обменного N а+ в системе агролесомелиорации выявляется не раньше, чем через 14 -15 лет после начала мелиорации /Ромакенков В.А. , 1990/. Для орошаемых почв резкое снижение N а4" в ГЕК наблюдалось нами уже через 10 лет после начала мелиорации /площадка 7 /. Вполне возмогло, что снижение содержания N а+ в ППК до 5 % и менее происходит за менее, чем десятилетний период орошения. Вместе с тем, на орошаемых площадках 5 - IV происходит вторичное осо-лонцевание почв. Этому процессу подвергаются также и темноцветные почвы западин. Таким образом, ускоряя процессы расссдонце-вания, орошение при подъеме УГВ приводит к интенсивному осолон-цеванию темноцветных почв западин и частично рассолонцованных

в первые года орошения солонцов.

Всего за десятилетний период орошения солончаковых солонцов верхняя граница распространения гипсовых скоплений в форме точек и ниточек снизилась 80 см, гнезд до г 110 см. Такие изменения при проведении агролесомелиоративных мероприятий наступает только на 27 год мелиорации. Интенсивное растворение гипса следует считать негативным процессом, поскольку гипс является основным источником Са^+ для замещения Ма+ в ППК солонцов и способствует сохранению хорошего структурного состояния почв.

Отмеченные ранее тенденции к увеличению содержания карбонатов б профиле почв, увеличения содержания их низкoтeмпepaтypнoí фракции, а также изменения в морфологии карбонатных образований при проведении агролесомелиоративных мероприятий /Романеякоза Е.Р 1950/ усиливаются под влиянием орошения." Только за десятилетний период орошения разница в содержании карбонатов между почвенным профилем орошаемых солонцов и почвообразующей породой стала положительной, в отличие от целинных почв. Такие изменения запасов карбонатов не наблюдались при более длительных сроках в условиях агролесомелиорации.

Исходя из выше сказанного, экологическая обстановка на приканальных территориях при отсутствии дренажа и при УГВ менее 5м крайне неблагоприятна. Орошение как вид мелиорации в данной природной обстановке вызывает непоправимые негативные изменения в почвах.

Длительное проведение агролесомелиоративных мероприятий также приводит к сбросу солей в грунтовые воды и засолению темноцветных почв западин. Ко такая система является более гибкой и более легко регулируемой, менее опасной в экологическом отношении При такой системе мелиорации возможно регулирование водного ре-

- 21 -

яима посредством подбора ширины меякулисного пространства и плотности насаждений в кулисах. Поскольку процессы засоления в этих условиях идут значительно медленнее, чем при орошении, их можно диагностировать на ранних стадиях и приостановить их развитие.

ВЫВОДЫ

1. На обследованном участке Палласовской оросительной система за десятилетний срок орошения уровень грунтовых вод на орошаемой территории в среднем поднялся на 1,9 м. В результате сброса солей в грунтовые воды их минерализация повысилась в 2-6 раз под солонцами и в 2 - 20 раз по темноцветными почвами западин.

2. Орошение привело к частичному рассолению двухметровой толди солонцов и к засоления темноцветных почв западин. В двухметровой толще орошаемых почв, по сравнению с целинными, наблюдается потеря солей в солонцах и их накопление в темноцветных почвах.Установлено, что исследоваиоше почвы в настоящее время испытывают воздействие процессов вторичного засоления, особенно на участках, где исходно грунтовые воды стояли на глубине менее 5 метров.

3. Орошение привело к изменению химического и минералогического состава легкорастворимых солей в солончаковых солонцах. За счет преимущественного растворения астраханита и выноса , ассоциация солей мирабилят-тенардат-астраханит, свойственная целинным солончаковым солонцам, сменилась ассоциацией мирабилит-генардит-глауберит. Глауберит образуется при восходящем перемещении грунтовых вод, содержащих Са2+, и С1~ через толщу почвы, содержащую сульфаты N а.

4. Орошение вызывает усиленное растворение гипса. Снижается общее количество гипсовых скоплений, увеличивается разнообра морфологических форм гипса. Снижается верхняя граница распростр, нения скоплений в форме точек и ниточек. Подъем уровня грунтовы вод препятствует растворению гипсовых образований в нижней част: профиля.

5. Орошение способствует образованию псевдоморфоз калышта по гипсу за счет повышения РСО2 и усиления процесса растворения гипса. '

6. Все исследованные почвы, в отличие от целинных, вскипа» с поверхности. Орошение приводит к абсолютному накоплению в про филе солонцов и темноцветных почв карбонатного материала, предо тавлекного преимущественно низкотемпературной фракцией кальцита Накопление карбонатного материала в верхней части профиля проис: дит за счет плантажной вспашки и планировки участка, за счет восходящего движения насыщенных по кальциту почвенных раствороз при подъеме УГВ и вследствие образования кальцита по гипсу.

7. Орошение приводит к частичному замещению Ыа+ в ППК солончаковых солонцов ионом Са2+. Глубина процесса рассолонцева зависит от уровня грунтовых вод. Подъем уровня грунтовых вод вызывает развитие процессов вторичного осолонцшания солонцов и осолонцевания темноцветных почв западин в связи с развитием процессов вторичного засоления.

8. Орошение приводит к снижению селективности солончаковых солонцов и темноцветных почв к натрию в реакциях катионного обм на Ма - Са, предположительно, в связи с повышением устойчивост: тактоидной структуры глинистых кристаллитов при увеличении доли Са в ППК.

- 2.3 -

9. Экспериментально показано, что резкое возрастание К^д^д при низкой доле в ППК связано с увеличением доли внешней, селективной к N а удельной поверхности почвы, вследствие изменения тактоидной структуры глинистого материала при снижении ионной силы раствора, особенно для образцоз исходно содержадих большое количество М а в ППК.

10. Сравнительная почвеяно-экологическая оценка последствий орошения и системы агролесомелиоративных приемов дает основание делать вывод о неблагоприятной экологической обстановке на орошаемых территориях, где происходит подъем и резкое увеличение минерализации грунтовых вод, вторичное засоление и осо-локцевание солонцов, засоление и осолонцевание исходно незаселенных почв западин, заболачивание орошаемых участков.

Разработанная на £яаннбекском стационаре система агролесомелиоративных приемов не приводят ни к одному из указанных негативных экологических последствий.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Влияние орошения на ионно-обменные свойства почв солонцового кошлекса Северного Ярикаспня // Тезисы докл. на Ыеждун. конфер. "Физическая химия и массообменные процессы в почвах". Пуидано, 1992. С.26 /в соавторстве/.

2. Влияние орошения на состав обменных катионов и селективность катионного обмена в почвах солонцового комплекса /работа сдана в печать, выполнена в соавторстве/.