Закономерности катионного обмена в лугово-каштановых почвах Северного Прикаспия

Колесников, Александр Владимирович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Закономерности катионного обмена в лугово-каштановых почвах Северного Прикаспия
ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Закономерности катионного обмена в лугово-каштановых почвах Северного Прикаспия"

На правах рукописи

КОЛЕСНИКОВ АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ

ЗАКОНОМЕРНОСТИ КАТИОННОГО ОБМЕНА В ЛУГОВО-КАШТАНОВЫХ ПОЧВАХ СЕВЕРНОГО ПРИКАСНИЯ (НА ПРИМЕРЕ ПОЧВ ДЖАНЫБЕКСКСКОГО СТАЦИОНАРА)

Специальность 03.00.27 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва-2004

Работа выполнена на кафедре химии почв факультета почвоведения Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ

доктор биологических наук, профессор Т.А. Соколова

Официальные оппоненты

доктор биологических наук Д.Л. Пинский доктор сельскохозяйственных наук Н.П. Чижикова

Ведущая организация

Московская сельскохозяйственная академия им. К.А. Тимирязева

Защита с о с т «// » ; 4 г. в 15 часов 30 минут в ауд. М-2 на

заседании диссертационного совета К 501.001.04 при МГУ им. М.В. Ломоносова.

Адрес диссертационного совета: 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, факультет почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета

« 24 » ^МОрЛЪЬ' 2004 г.

Л. Г. Богатырев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Состав почвенного поглощающего комплекса (ППК) является одной из главных почвенно-химических характеристик, а обмен катионов относится к числу важнейших почвенно-химических процессов, определяющих генезис почв, их плодородие и возможности мелиорации. Общие представления о составе ППК и закономерностях катионного обмена в почвах установлены в работах отечественных и зарубежных исследователей (Гедройц, Антипов-Каратаев, Ремезов, Пачепский, Понизовский, Орлов, Sposito и др). Известно, что параметры уравнений, которыми описывают катионный обмен, могут существенно изменяться в зависимости от значения рН, ионной силы раствора, содержания и состава гумуса и глинистых минералов. Для почв солонцовых комплексов глинистой полупустыни Северного Прикаспия состав ППК и вопросы катионного обмена детально исследовались только для солончаковых солонцов (Максимюк 1974, Романенков, 1991), занимающих повышения микрорельефа. Лугово-каштановые почвы микропонижений в этом отношении почти не изучены, хотя есть данные по содержанию гумуса и составу обменных катионов (Роде, Польский,1961, Девятых, 1970, Иванов и др., 1980). Актуальность темы связана еще и с тем обстоятельством, что в настоящее время нижние горизонты почвенно-грунтовой толщи этих почв подвергаются вторичному засолению в связи с подъемом уровня засоленных грунтовых вод. В связи с этим можно ожидать изменения состава ППК и изменения селективности в реакциях обмена Ca-Na.

Цель работы - исследовать состав ППК и закономерности катионного обмена с участием Са, Mg и К в лугово--каштановых почвах Северного Прикаспия под целинной растительностью и в условиях агролесомелиорации.

Задачиработы

1. Изучить содержание, состав и профильное распределение тонкодисперсных фракций, отдельных групп глинистых минералов и органического вещества в целинных и мелиорированных лугово-каштановых почвах

2. Оценить влияние степени разбавления на активности ионов и К+ в жидкой фазе водной суспензии и на селективность обмена катионов в разных генетических горизонтах целинных и мелиорированных лугово-каштановых почв

3. Оценить степень современного засоления профилей лугово-каштановых почв по данным водной вытяжки и активностей ионов.

4. Изучить состав обменных катионов и селективность обмена для пар катионов Ca-Na и Са-К в разных- генетических горизонтах по результатам определения состава обменных катионов и активностей ионов в нативных образцах в целинных и мелиорированных лугово-каштановых почвах.

5. Изучить селективность обмена для пар катионов Са-№ и Са-К в разных генетических горизонтах ц е пугпрп кпштапптш" па'1п в условиях модельного опыта. ИАЦИОНАЛЬ I

1 ? 09

СВ,ЯМ£1

Научная новизна. Впервые на массовом материале выявлена отчетливая текстурная элювиально-иллювиальная дифференциация профиля целинных лу-гово-каштановых почв по солонцовому типу, которая исчезает при плантажной вспашке, и установлены закономерности профильного распределения отдельных групп глинистых минералов в целинных и мелиорированных лугово-каштановых почвах. Показано, что лугово-каштановые почвы характеризуются низкими значениями активностей ионов Са2+, Ыа+ и К* в связи с отсутствием засоления и выявлено, что на этом фоне наблюдается заметное возрастание активностей ионов в горизонтах ВС по сравнению с вышележащими горизонтами. При разбавлении снижается активность всех ионов. Проведен сравнительный анализ экспериментально определенных значений ЕКО эффективной с величинами, рассчитанными, исходя из содержания органического вещества и лабильных глинистых минералов. Впервые для основных генетических горизонтов лугово-каштановых почв Северного Прикаспия проведена оценка селективности обмена катионов для пар Ca-Na и Са-К в нативных образцах и в условиях модельного эксперимента. Установлено, что абсолютные значения кcса-Na в исследованных почвах уменьшаются вниз по профилю; они выше значений, полученных другими авторами для черноземов и каштановых почв и соответствуют диапазону величин ранее найденных для мелиорированных солончаковых солонцов Джаныбекского стационара с низким содержанием обменного №. Значения КСс>-к свидетельствуют о высокой селективности исследованных почв по отношению к К по сравнению с Са.

Апробоция. Основные положения диссертации доложены на молодежных Докучаевских чтениях (Санкт - Петербург, 2004), на заседаниях, кафедры химии почв факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 2 статьи (1 в печати), 1 тезисы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Она изложена на 266 страницах, включая 180 страниц машинописного текста и 86 страниц приложений. Список литературы содержит 170 источников, в том числе 70 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Литературный обзор. Основные закономерности катионного обмена в почвах аридных и семиаридных территорий и факторы, влияющие на селективность катионного обмена

На основании анализа отечественной и зарубежной литературы в главе рассматриваются общие понятия и термины, касающиеся катионообменной способности!почв,»«наиболее,широко распространенные уравнения, используемые для описания реакций./сатионного обмена, факторы, влияющие на катион-

ный обмен в почвах, специфика обмена катионов в почвах аридных и семи-аридных регионов.

Глава 2. Природные условия и почвенно-растительный покров Джаныбекского стационара РАН. Характеристика лугово-каштановых

почв

На основании литературных данных и собственных полевых наблюдений характеризуются географическое положение, макро-, мезо- и микрорельеф, климатические условия, почвообразующие породы и комплексный почвенно-растительный покров Джаныбекского стационара, территория которого типична для обширного региона Северного Прикаспия. Наиболее подробно на основании литературных данных охарактеризованы лугово-каштановые почвы западин и вопросы многолетней динамики уровня грунтовых вод и изменения их минерализации.

Глава 3. Объекты и методы исследования

Объектами исследования были разрезы лугово-каштановых почв западин, заложенные в 1999-2001 годах на агролесомелиорированных участках Джаныбекского стационара: «Гослесополоса» (заложен в 1952 г.), «Госфонд» (1959 г.) и «Новый опыт» (1970 г.) - по 3 разреза на каждом из участков. Одновременно вблизи каждого из участков закладывали по 3 разреза на прилегающей целинной территории. Таким образом, общее число изученных разрезов было 18. Образцы отбирали по генетическим горизонтам. Химические анализы определяли общепринятыми методами (Воробьева, 1998), минералогический состав тонких фракций - методом рентген-дифрактометрии, активности ионов - по результатам измерения ион-селективными электродами. Статистическую обработку данных проводили по руководству Е.АДмитриева (1995).

Данные по составу водных вытяжек и грунтовых вод получены с участием автора коллективом студентов, аспирантов и сотрудников под руководством и при непосредственном участии М.Л.Сиземской и использованы с ее разрешения.

Глава 4. Факторы, определяющие емкость катнонного обмена, содержание и состав обменных катионов в целинных и мелиорированных лугово-каштановых почвах

Гранулометрический состав.

Исследованным целинным лугово-каштановым почвам, занимающим микропонижения рельефа на территории Северного Прикаспия, свойственна текстурная элювиально-иллювиальная дифференциация профиля по солонцовому типу (табл. 1), выраженная даже сильнее, чем в солончаковых солонцах, развитых на повышениях микрорельефа. Это явление можно объяснить прохождением лугово-каштановыми почвами стадии солончаков и солонцов в проз

цессе эволюции (Демкин, Иванов, 1996) с последующей ежегодной промывками пресными талыми водами; развитию текстурной дифференциации в солонцах препятствует наличие в профиле легкорастворимых солей и гипса и непромывной водный режим с элементами внутрипочвенного выпота (Роде, Польский, 1961).

Таблица 1.

Содержание илистой и тонкопылеватой фракций в целинных и мелиорированных лугово-каштановых почвах. Средние значения из трех повторностей ± доверительный интервал при Р = 0,9.

целина мелиорированный участок

Горизонт Содержание фракций,%, размер частиц, мм Горизонт Содержание фракций,%, размер частиц, мм

<0,001 0,005-0,001 <0,001 0,005-0,001

А1 13 ±4 22 ±3 Арах 23 ±6 17±3

АГ 26 ±2 18 ± 3 Аплаиг 24 + 3 18 ± 3

В2, 30 ±4 15 ±2 ВЗс/ 26 ± 1 11 ±2

ВЗс/ 27 ±3 1212 ВЗ'с/ 25 ±1 10 ± 2

ВЗ'с2 27 ± 1 10±2 ВСс. 27 ± 1 9 ± 1

ВСс. 27 ± 1 11 ± 1

На агролесомелиорированных участках текстурная дифференциация профиля исчезает за счет перемешивания верхних горизонтов при плантажной вспашке. Как в целинных, так и в мелиорированных почвах наблюдается накопление фракции тонкой пыли в верхней части профиля, что объясняется физическим дроблением более крупных фракций до размера тонкопылеватых частиц в условиях континентального климата и контрастного режима увлажнения и (или) присутствием в верхних горизонтах очень прочных агрегатов тонкопыле-ватого размера, не полностью разрушающихся при выделении ила.

Минералогический состав илистой и тонкопылеватой фракций

В минералогическом составе илистой фракции исследованных почв (табл. 2) преобладают унаследованные от породы слабо окристаллизованный диоктаэдрический иллит, хлорит и разбухающий минерал монтмориллонитовой группы (по Б.П.Градусову - смешанослойный иллит-смектит с блоками смек-титовых пакетов); в составе тонкопылеватой фракции по сравнению с илистой возрастает количество иллитов и хлоритов, улучшается степень их окристалли-зованности, увеличивается содержание кварца, появляются полевые шпаты, снижается количество разбухающего минерала. В некоторых образцах лабильные минералы обнаруживают признаки су пер дисперсности.

Под влиянием почвообразования происходит уменьшение содержания хлорита в горизонтах А по сравнению с породой вследствие его разрушения и трансформационных изменений как наименее устойчивого минерала. Эта закономерность статистически подтверждается при Р = 0,9 для тонкопылеватой фракции в целинных и мелиорированных почвах и для илистой фракции в мелиорированных почвах. И в целинных, и в мелиорированных лугово-каштановых почвах наблюдается тенденция к накоплению иллитов в горизонтах А по сравнению с нижележащими горизонтами.

Таблица 2.

Минералогический состав илистой и тонкопылеватой фракций целинных и мелиорированных лугово-каштановых почв. Средние значения из трех повторностей ± доверительный интервал при Р = 0,9.

Горизонт Содержание минералов в гранулометрических фракциях, %

£ илистая фракция тонкопылеватая фракция

шиит каол.+хл. лаб. мин. ИЛЛИТ каол.+хл. лаб. мин.

А1 51 ± И 25 ±4 24 ±7 50 ±12 33 ±2 17 ±10

т АГ 51 ±5 23 ±5 26 ±2 50 ±9 37 ±9 13 ±4

л 5 В2, 49 ±6 24 ±3 27 ±4 49 ±6 41 ±7 10 ± 7

з: ВЗ«/ 46 ±7 27 ±5 27 ±12 47 ±6 41 ±5 12 ±6

В3'„г 44 ± 6 27 ±2 29 ±8 45 ±4 43 ±2 12±5

ВСса 45 ±10 28 ± 3 25 ±11 49 ±6 44 ±2 7±4

Алах. 50 ±14 23 ±2 27 ±12 52 ±2 37±4 11 ±3

Ацлвнт 56 ±10 24 ±4 20 ±11 48 ±6 36 ±3 17 ±5

а. О ВЗс.2 45 ±10 26 ±3 29 ±10 47 ±4 44 + 6 9±3

2 В3'и2 45 ±4 29 ±4 26 ±8 40 ±2 44 ± 5 15 ±7

ВСс 41 ±4 28 ± 1 30 ±4 40 ± 1 48 ± 1 12 ±1

Содержание органического вещества

Исследованные почвы характеризуются высоким содержанием гумуса и постепенным снижением его количества с глубиной (табл. 3), что объединяет эти почвы с черноземными и каштановыми. В процессе агролесомелиорации процентное содержание гумуса в верхних горизонтах достоверно снижается вследствие усиления минерализации и снижения поступления органического вещества с наземным и корневым опадом, однако данные по запасам гумуса в целинных и мелиорированных лугово-каштановых почвах не подтверждают гипотезы о влиянии агролесомелиоративных мероприятий на содержание органического вещества в профилях исследованных почв в целом.

Таблица 3.

Содержание (% на воздушно-сухую навеску) и запасы (кг/м2) гумуса в целинных и мелиорированных лугово-каштановых почвах. Средние значения из трех повторностей ± доверительный интервал при Р=0,9.

1* Целина Мелиорированный участок

Горизонт Глубина, см Гумус Горизонт Глуби-па, см Гумус

% Запас, кг/м* % Запас, кг/м*

ГОСЛЕСОПОЛОСА А1А2 0-12 5,00 ±0,03 7,14±0,04 Апах 0-35 4,09 ±0,27 17,91±1,20

В1С.2 12-30 3,09 ±0,19 7,79±0,47 Апл 3543 4,86 ±0,06 5,79±0,07

ВЗ^ 3046 1,56 ±0,27 3,49±0,60 взса2 43-100 1,19 ±0,07 12,63 ±0,71

ВЗса 46-78 1,78 + 0,74 8,49±3,53 вз„ 100-120 0,86 ±0,03 2,67±0,08

ВСС1 78-140 0,94 + 0,10 9,42±1,04 ВССа 120-140 0,81 ±0,12 2,54±0,38

Запас в профиле, кг/м': 36,33 Запас в профиле, кг/м*: 41,54

ГОСФОНД А1 0-12 4,07 ±0,12 5,91±0,18 Апах 0-18 3,78 ±0,20 7,27±0,38

А1В 12-31 2,73 ± 0,07 6,55±0,17 Апл 18-35 2,22± 0,15 3,38±0,23

вз„ 31-70 1,56 ±0,03 9,13±0,19 В1„ 35-55 1,36 ±0,05 4,73±0,16

ВЗс.' 70-100 1,00 + 0,14 5,03±0,71 ВЗс.2 55«) 1,07 ±0,17 3,94±0,61

ВЗ'с2 100-120 0,80 ± 0,07 2,68±0,23 ВЗ'с,2 80-120 0,89 ±0,24 5,82±1,57

ВСс, 120-160 0,68 ± 0,02 3,33±0,08 ВСс. 120-180 0,48 ± 0,07 4,60±0,64

Запас в профиле, кг/м32,62 Запас в профиле, кг/м"1: 29,75

НОВЫЙ ОПЫТ А1 3-12 6,49 ±0,07 6,66±0,07 Апм 0-22 4,42 ±1,00 12,43±2,82

АГ 12-25 4,59 ±0,20 6,80±0,30 Апл 2245 3,53 ±0,43 10,38±1,25

В2, 25-38 4,15 + 0,15 5,31±0,19 ВЗИ 45-78 1,66 ±0,26 8,66±1,33

ВЗс. 3&65 2,62 ±0,10 10,60±0,42 В3с.: 78-115 0,80 ±0,02 4,85±0,13

вз„' 65-110 1,15 ± 0,16 7,47±1,07 ВС« 115-185 0,36 ±0,12 4,11±1,41

ВЗ'с,2 110-150 0,65 ± 0,03 4,51+0,20

Запас в профиле, кг/м1: 41,34 Запас в профиле, кг/м'1: 40,44

Состав равновесной жидкой фазы по данным водной вытяжки и измерения активностей ионов при разных разбавлениях

По данным водных вытяжек (данные приводятся в диссертации), исследованная верхняя часть почвенно-грунтовой толщи т.е. почвенные профили лугово-каштановых почв, которые и являлись непосредственными объектами исследования, практически не засолены - содержание легкорастворимых солей в них составляет 0,03 - 0,28%. Значения рН во всех разрезах возрастают вниз по профилю; в верхних горизонтах они выше в мелиорированных почвах, чем в целинных, возможно за счет припахивания материала из нижележащих горизонтов и с солонцов на бугорках.

Все исследованные почвы характеризуются низкими значениями активностей ионов Са2+, и К+ в связи с низким содержанием легкорастворимых солей. На этом фоне наблюдается заметное возрастание активности ионов №+ в горизонтах ВС по сравнению с вышележащими горизонтами, что можно объяснить влиянием подъема уровня минерализованных грунтовых вод. В качестве примера в табл. 4 представлены данные по активностям ионов для генетических

горизонтов лугово-каштановых почв участка «Госфонд», полученные при разных соотношениях почва:вода.

Таблица 4.

Значения активностей Са2+, Ыа+ и К*, лугово-каштановых почв участка «Госфонд» по генетическим горизонтам, измеренные в насыщенной водой пасте, 1:2,5 водной суспензии и рассчитанные по данным 1:5 водной вытяжки. Средние значения из трех повторностей ± доверительный интервал при Р=0,9.

X Горизонт, Разбав- рн Активность ионов, (моль/л)х103

г глубина, ал ление ас.2* + ащ ак+

А1, 0-12 паста 7,27 3,99 ±0,23 0,29 ±0,01 0,49 ±0,02

1 :2,5 7,31 032 ±0,07 0,12 ±0,00 0,16 ±0,01

1:5 7,46 0,29 ±0,08 0,11 ±0,00 0,16 ±0,00

А1В, 12-31 паста 7,11 4,21 ±0,64 0,29 ±0,06 0,43 ± 0,09

1:2,5 7,29 0,40 ±0,03 0,09 ± 0,00 0,13 ±0,03

1:5 7,54 0,38 ± 0,06 0,09 ±0,00 0,16 ±0,01

вз„, 31-70 паста 7,34 3,71 ±0,17 0,45 ±0,09 0,74 ±0,10

1:2,5 7,45 0,26 ±0,04 0,12 ±0,00 0,22 ±0,01

8 К 1:5 7,61 0,30 ±0,02 0,18 ±0,01 0,22 ±0,01

к взя2, 70-100 паста 8,26 4,44 ± 0,24 0,51 ± 0,03 0,35 ±0,04

1 :2,5 8,32 0,45 ±0,02 0,14 ±0,01 0,11 ±0,01

1:5 8,54 0,43 ± 0,06 0,14 ±0,02 0,13 ±0,00

вз-сД 100-120 паста 8,21 4,17 ±0,09 0,66 ±0,10 0,37 ±0,03

1:2,5 8,45 0,41 ±0,03 0,17 ±0,02 0,10 ±0,01

1:5 8,69 0,35 + 0,02 0,18 ±0,01 0,11 ±0,01

120-160 паста 7,82 5,19 ±0,52 1,55 ±0,19 0,54 ± 0,09

1:2,5 7,91 0,56 ±0,14 0,34 ±0,02 0,16 ±0,01

1:5 8,12 0,47 ±0,07 0,33 ±0,01 0,16 ±0,00

Апах» 0-18 паста 8,14 4,23 ±0,60 0,43 ± 0,07 0Д9 ± 0,03

1:2,5 8,17 0,51 ±0,07 0,07 ±0,01 0,09 ±0,01

1:5 8,26 0,51 ±0,06 0,07 ± 0,00 0,09 ± 0,00

Апл, 18-35 паста 8,31 4,44 ± 0,24 0,39 ±0,11 0,23 ± 0,02

1:2,5 8,42 0,51+0,03 0,07 ±0,01 0,07 ± 0,00

1 :5 8,26 0,47 ± 0,05 0,07 ±0,00 0,07 ± 0,00

Я В1„, 35-55 паста 8,33 4,90 ±0,95 0,35 ± 0,03 0,21 ±0,01

1 1 :2,5 8,42 0,54 ±0,07 0,06 ±0,01 0,07 ± 0,00

о 1:5 8,58 0,46 ±0,04 0,07 ±0,00 0,07 ±0,00

Б о. вз„2, 55-80 паста 8,37 5,80 + 1,70 0,45 ±0,12 0,25 ±0,03

а 2 1:2,5 8,46 0,56 ±0,14 0,07 ±0,02 0,08 ±0,01

1:5 8,64 0,57 ±0,18 0,09 ±0,01 0,08 ±0,01

ВЗ'сЛ 80-120 паста 8,42 3,18 ±0,75 0,64 ± 0,20 0,21 ±0,03

1:2,5 8,47 0,42 ± 0,04 0,09 ±0,01 0,07 ±0,01

1:5 8,67 0,54 ± 0,05 0,10 ±0,01 0,07 ±0,00

вс„, 120-180 паста 8,48 5,76 ±0,85 0,79 ± 0,23 0,16 ±0,01

1:2,5 8,54 0,60 ±0,08 0,11 ±0,02 0,05 ±0,00

1:5 8,71 0,58 ±0,13 0,12 ±0,00 0,05 ±0,00

При увеличении степени разбавления разбавлении (от паст к суспензии 1:2,5 и далее к водной вытяжке 1:5) снижается активность всех ионов, что можно объяснить для Саг+ - снижением растворимости кальцита за счет повышения рН, которое наблюдается при разбавлении (Апьзубайди, 1968, Воробьева, 1996), а для и К+ - их присутствием в почве в форме легкорастворимых солей. Агролесомелиорация не приводит к достоверному при Р = 0,9 изменению активностей ионов Са3+ и Ка+, но вызывает снижение активности иона К+ вследствие изменения характера биологического круговорота и ежегодного отчуждения К с урожаем.

Глава 5. Емкость катионного обмена и состав обменных катионов в исследованных целинных и мелиорированных лугово-каштановых почвах.

Селективность обмена для пар катионов по результатам определения -

обменных катионов и активностей ионов в нативных образцах.

Емкость катионного обмена эффективная, рассчитанная как сумма обменных Са, М& № и К (табл. 5), в целинных лугово-каштановых почвах возрастает с глубиной параллельно увеличению содержания илистой фракции, несмотря на снижение вниз по профилю количества гумуса. В мелиорированных почвах эта закономерность отсутствует благодаря перемешиванию материала при распашке.

Для горизонтов А и ВС исследованных почв были сопоставлены экспериментально полученные значения ЕКО эффективной с расчетными. При расчете были приняты допущения, что в горизонте А1 ЕКО формируется карбоксильными группами гуминовых и фульвокислот, содержание которых варьирует в пределах от 5 до 10 ммоль/г кислоты (Орлов, 1990) и обменными позициями на лабильных глинистых минералах с ЕКО, равной 120 ммоль экв/100 г минерала (Горбунов, 1978). В отношении горизонта ВС принимали, что ЕКО в этом горизонте формируется только обменными позициями на лабильных глинистых минералах, также обладающих ЕКО, равной 120 ммоль экв/100 г.

В горизонте А1 всех целинных профилей экспериментально полученные значения ЕКО эффективной (15,2 -18,3 ммоль экв/ЮОг) оказались существенно меньше расчетных (16-40 ммоль экв/100 г), основанных на содержании и составе органического вещества и глинистых минералов в тонких фракциях. Предполагается, что это расхождение связано с существованием пленок органического вещества на глинистых минералах и с тем, что приводимые в литературе данные о количестве функциональных групп в препаратах ПС и ФК выше, чем реально существующие в почвах. Многие авторы отмечают, что за счет взаимодействия органических и минеральных компонентов ЕКО почвы в целом, как правило, ниже суммы ЕКО этих компонентов с учетом их содержания (Ремезов, 1957, Горбунов, 1981).

В горизонте ВС того же профиля экспериментально найденные значения ЕКО почвы оказались в 2 раза выше рассчитанных, исходя из количества лабильных минералов (соответственно 17,8-19,7 и 10,8-12,5 ммоль экв/ЮОг), что связано, вероятно, с наличием обменных позиций на иллитах и хлоритах в связи с их плохой окристаллизованностью, а также, возможно, с присутствием оп-

ределенного количество глинистого материала в составе крупных фракций в виде очень прочных агрегатов, не разрушающихся при выделении фракций по методике Айдиняна.

Таблица 5.

Состав обменных катионов и ЕКО эффективная в исследованных лугово-каштановых почвах. Средние значения из трех повторностей ± доверительный интервал при Р=0,9.

Участок Горизонт Глубина, см Обменные катионы, ммоль(+)/100г почвы

Са2+ . Mg2* Na+ К + ЕКО эфф.

Гослесополоса, целина А1А2 0-12 12,9±0,6 3,8+1,6 0,2±0,0 1,4±0,2 18,3±2,2

Ble' 12-30 14,3+0,6 3,1 ±0,5 0,2+0,0 1,2±0,3 18,8±0,7

ВЗС12 30-46 15,1±0,8 3,5±1,1 0,2±0,0 1Д±0,1 20,0±0,4

взя 46-78 14,4±0,4 4,9±0,9 0,3±0,0 1,0±0,0 20,6±1,2

ВСс. 78-140 12,9±0,7 6,0±1,1 0,2±0,0 0,6±0,0 19,7±0,7

Гослесополоса, мели- j ор. Апах 0-35 14,8±0,8 3,4±0,2 0,3±0,0 1,2±0,1 19,7±0,8

Алл 35-43 15,7±0,5 3,3±0,4 0,3±0,0 1,1±0,1 20,4±0,2

взя2 43-100 14,1 ±0,5 3,5±0,5 0,3±0,0 0,9±0,0 18,8±0,7

ВЗс, 100-120 16,3±0,6 2,5±0,8 0Д±0,1 0,8±0,1 19,8±0,3

ВСс, 120-140 14,5+0,5 3,3±0,3 0,1+0,0 0,7±0,0 18,6±0,5

Госфонд, целина Al 0-12 11,3±0,5 2,6+0,9 0,2±0,0 1,2±0,0 15,2±0,5

А1В 12-31 10,2±0,8 2,2±0,5 0,1±0,0 1,0±0,0 13,6±0,8

взс. 31-70 12,2±0,5 4,4±0,3 0,2±0,0 0,9±0,1 17,7±0,7

взс/ 70-100 11,7±0,4 3,0±0,2 0,2+0,0 0,6±0,1 15,5±0,6

ВЗ'с,2 100-120 11,7±0,6 3,2±0,8 0,2±0,0 0,6±0,1 15,6±0,8

ВС„ 120-160 13Д±0,7 3,5+0,8 0,4±0,0 0,7±0,0 17,8±0,1

Госфонд, ме-лиор. Апах 0-18 12,3±1,0 3,1 ±0,4 0,2+0,0 1,4±0,1 16,9±1,5

Апд 18-35 13,3±1,1 3,1±2,1 0,2±0,0 0,8±0,1 17,2±1,2

Ble, 35-55 11,6±2,9 4,1±3,1 0,2±0,0 0,6±0,0 16,4±0,6

взм2 55-80 11,7±0,3 2,1 ±0,1 0,2±0,0 0,6±0,1 14,6±0,4

ВЗ'с,2 80-120 10,9±0,4 2,8±0,4 0,2±0,0 0,4±0,0 14,4±0,3

ВСс, 120-180 10,6+0,6 3,6±0,8 0,2±0,0 0,5±0,0 14,8±0,5

Новый ОПЫТ, целина Al 3-12 11,7±0,3 4,0±0,5 0,3±0,0 0,5±0,0 16,4±0,8

АГ 12-25 12,1±0Д 3,4+0,7 0,2+0,0 0,4±0,0 16,2±0,5

В2, 25-38 13,9±1,3 2,0±1,1 0,2±0,0 0,4±0,0 16,5±0,6

В3„ 38-65 14,0±0,6 2,2±0,4 0,2±0,0 1,1±0,1 17,5±0,4

взс,2 65-110 15,0+0,8 3,8±0,2 0,2±0,0 1,0±0,0 20,0±0,9

ВЗ'с,2 110-150 15,7±0,8 2,9±0,9 0,2±0,0 0,8±0,1 19,6+1,4

Новый опыт, мелиор. Апах 0-22 15,2+0,5 ЗД±0,2 0,4±0,0 1,2±0,1 20,0±0,4

Ацл 22-45 15,4±0,1 3,3±0,3 0,4±0,1 1,0±0,0 20,1 ±0,3

вз„ 45-78 14,9±0,2 2,5±1,2 0,3±0,0 0,9±0,0 18,5±0,9

ВЗс.2 78-115 14,9±1,5 2,1 ±0,8 0,3±0,0 0,7±0,1 18,0±1,6

ВСс 115-185 13,9±0,7 3,1±1,7 0,2±0,0 0,6±0,0 17,9±1,0

Состав обменных катионов (табл. 5). И в целинных, и в мелиорированных профилях 70-80 % от ЕКО приходится на долю обменного Са, 13-30 % - на до-

лю обменного Mg без существенной профильной дифференциации этих катионов по горизонтам; обменный Na составляет около 1% от ЕКО, т.е. в настоящее время развития солонцового процесса в верхней 1,5 м толще лугово-каштановых почв не наблюдается. На долю обменного К приходится 3-8 % от ЕКО, абсолютное содержание обменного К и его % от ЕКО снижаются с глубиной.

Селективность обмена для пары катионов Ca-Na по результатам определения обменных катионов и активностей ионов в нативных образцах

Коэффициенты селективности Ca-Na (Ks c^Na )> рассчитанные по уравнениям Талона, Вэнслоу и Никольского для исследованных лугово-каштановых почв с использованием данных по активностям ионов в насыщенной водой почвенной пасте представлены в табл. 6. При сравнении данных, полученных по результатам измерения активностей ионов в пастах и суспензиях 1:2,5, связанные с разбавлением различия в величинах рассчитанных по любому из уравнений, в большинстве образцов меньше, чем пространственное варьирование этих величин в пределах каждого из участков. При анализе величин полученных по данным расчета активностей ионов в водной вытяжке, наблюдается достоверное снижение коэффициентов селективности, рассчитанных по уравнениям Вэнслоу и Никольского, по сравнению с величинами, полученными при меньших разбавлениях.

Результаты расчета Kca-Na по любому из уравнений и при любом разбавлении, несмотря на большое пространственное варьирование, выявляют одинаковую закономерность в профильном распределении величин коэффициентов селективности как в целинных, так и в мелиорированных почвах: они максимальны в самых верхних горизонтах, в то время как нижние горизонты ВЗ и ВС менее селективны к Na. Это значит, что в верхних горизонтах профиля лугово-каштановых почв более вероятно развитие процессов осолонцевания.

Теоретически можно было ожидать обратной закономерности, поскольку органическое вещество более селективно к щелочноземельным металлам, чем к Na. Такое распределение коэффициента селективности можно объяснить совместным влиянием нескольких факторов. При прочих равных условиях на коэффициент селективности обмена Ca-Na влияние органического вещества может проявляться только, начиная с определенного его содержания в почве (Pratt, Grover, 1964). В горизонтах А гумусовые пленки на боковых поверхностях глинистых минералов могут препятствовать проникновению иона Са на наиболее селективные к этому катиону внутренние обменные позиции лабильных глинистых силикатов, и само органического вещество может изменять свои сорбционные свойства при взаимодействии с глинистыми минералами. Кроме того, вниз по профилю возрастает содержание лабильных силикатов (в пересчете на почву в целом), обладающих селективными к кальцию внутренними межпакетными сорбционными позициями. В верхних горизонтах исследованных лугово-каштановых почв наблюдаются признаки супердисперсного состояния глинистых минералов, что объясняется прохождением лугово-каштановыми почвами Северного Прикаспия стадии

солонца (Демкин, Иванов, 1985). Супердисперсность сопровождается увеличением внешней поверхности лабильных силикатов, более селективной к натрию (Keren et al., 1988).

Таблица 6.

Коэффициенты селективности Ca-Na (Ks ca-Na )> рассчитанные по уравнениям Гапона, Вэнслоу и Никольского для лугово-каштановых почв с использованием данных по активностям ионов в насыщенной водой почвенной пасте.

Средние значения из трех повторностей ± доверительный интервал при Р=0,9.

Уча- Гори- Глубина, Ks, рассчитанные по уравнениям:

сток зонт см Гапона Вэнслоу Никольского

. А А1А2 0-12 3,3 ± 0,9 31,2 ±18,2 11,9 ±3,1

:<Гослесо юлоса, iie ли на» Ble." 12-30 4,2 ±0,4 50,6 ±12,8 15,9 ±2,0

ВЗС,2 30-46 3,8 ± 1,7 47,3 ± 33,0 14,9 ±6,6

В3„ 46-78 3,1 ±1,6 37,7 11,7 ±5,7

ВСса 78-140 2,3 ±2,3 13,8 8,3 ±0,9

АЛМ 0,35 3,5 ±0,3 33,0 13,4 ±9,0

¿ s ~ О * ft АПл 35-43 3,0 ±0,7 20,6 ± 11,2 11,8 ±2,6

ч я В. 1 о я ВЗяг 43-100 3,0 26,5 12,0 ± 2,2

£ §4 ВЗС. 100-120 1,6 11,2 ±7,2 6,4

~ е ВС„ 120-140 1,5 ±0,5 7,3 ±3,9 5,7 ± 1,7

■ Al 0-12 4,4 ±0,7 52,4 ±16,0 14,6 ±2,2

и А1В 12-31 5,1 ± 1,0 73,5 ±23,5 16,2 ±2,5

§ 1 В3„ 31-70 3,7 ±0,6 37,0 ±11,2 13,1 ±2,2

ВЗС.2 70-100 4,2 ±0,5 54,7 15,1

£ ВЗ'с.2 100-120 3,5 ±0,9 36,7 ±15,7 12,0 ±2,8

ВС„ 120-160 4,3 ±0,7 56,7 15,6 ±2,3

Ш Ana* 0-18 2,1 ±0,6 12,5 ±7,0 7,4 ±2,6

Аид 18-35 2,4 ±0,7 18,5 8,8 ±2,5

¿ § s hi о л Ble, 35-55 2,5 ± 0,2 17,2 8,5 ±1,1

B3caJ 55-80 2,4 ±0,7 19,8 8,2 ± 2,3

e 2 ВЗ'с,1 80-120 1,8 ±0,2 9,4 ±1,9 5,9 ±0,7

„ Al 3-12 3,3 ±0,3 29,1 11,1

t ■A в 3 ° § Al' 12-25 2,7 ±0,2 20,5 ±2,4 9,3 ± 0,6

B2, 25-38 2,5 ±0,5 21,5 ±7,4 8,9

§ 1 B3C. 38-65 2,4 ±0,1 17,6 ±0,8 9,1 ±0,3

О Я К B3ci2 65-110 2,1 ±0,1 12,4 ±1,3 8,1 ±0,3

ВЗ'с2 110-150 1,5 ±0,4 7,4 6,0 ± 1,7

I Арах 0-22 7,7 ±2,5 110,8 30,0 ±9,0

ч %. А пл 22-45 7,6 ±2,0 178,6±83Д 30,4 ± 7,7

в 2 д о • ci. и S ° B3» 45-78 4,0 46,3 15,3

B3c.2 78-115 4,6 + 2,2 86,5 17,5 ± 8,0

о BCc2 115-185 2,9 ±0,2 25,8 10,7 ±0,9

В нижнем горизонте целинной почвы участка «Госфонд» увеличение доли № в ГШК вследствие возрастания активности № вызывает снижение селективности этого горизонта к натрию.

Абсолютные значения коэффициентов селективности обмена Са-№, рассчитанные по уравнению Талона, варьировали в пределах от 1,5 до 5. Эти значения оказались значительно выше величин, полученных другими авторами для черноземов и каштановых почв, что частично объясняется различными методами получения экспериментальных данных. Вместе с тем, найденные значения Кса-ка> рассчитанные по уравнению Талона, полностью укладываются в диапазон значений Ксц-иа, полученных В.А. Романенковым (1990) такими же методами, которые были использованы в данной работе, для мелиорированных солончаковых солонцов с низким содержанием № в ППК. Такое сходство также подтверждает гипотезу о том, что исследованные лугово-каштановые почвы в своем развитии проходили стадию солонца, от которого унаследовали определенные свойства поверхности частиц и агрегатов, контролирующие селективность обмена Са-№.

Агролесомелиорация приводит к некоторому увеличению коэффициента селективности Са-№ в пахотных горизонтах на участках «Госфонд» и «Новый опыт» по сравнению с целиной, но эта закономерность достоверно выявляется только при расчетах коэффициентов селективности по активностям в пастах и при разбавлении 1:2,5. Возможной причиной увеличения Кс-^а является повышение степени дисперсности глинистых минералов и соответственно увеличение доли наиболее селективной к натрию внешней удельной поверхности, а также уменьшение содержания органического вещества.

Зависимость коэффициента селективности Са-№ от мольной или эквивалентной доли натрия в ППК в большинстве случаев не обнаруживается, поскольку диапазон мольных и эквивалентных долей обменного натрия очень узок.

Селективность обмена для пары катионов Са-К по результатам определения обменных катионов и активностей ионов в нативных образцах

Значения характеризуются очень большим пространственным варьированием как по трем исследованным участкам, так и в пределах каждого из участков (табл.7). Это обстоятельство сильно затрудняет выявление закономерностей при сопоставлении Кса-к» рассчитанных по активностям ионов при разных разбавлениях и для разных генетических горизонтов, а также при сравнении целинных и мелиорированных почв, поэтому в пределах каждого из участков достоверные различия между рассчитанными по активностям при разных разбавлениях по любому из уравнений не выявляются.

В качестве общей тенденции, которая не всегда подтверждается статистически при Р = 0,9, в профилях под целинной растительностью при расчете по любому из уравнений можно отметить плавное увеличение с глубиной на участках «Гослесополоса» и «Новый опыт», что, вероятно, объясняется возрастанием вниз по профилю содержания иллитов и лабильных разбухающих минералов, которые являются носителями наиболее селективных к калию обменных позиций, и снижением содержания органического вещества, наиболее селективного к кальцию. На участке «Гослесополоса» в целинном профиле уве-

личению с глубиной селективности к калию способствует, вероятно, снижение его содержания в ППК.

Таблица 7.

Коэффициенты селективности Са-К (Кб с«-к ), рассчитанные по уравнениям Гапона, Вэнслоу и Никольского для исследованных лугово-каштановых почв с использованием данных по активностям ионов в насыщенной водой

почвенной пасте.

Средние значения из трех повторностей ± доверительный интервал при Р=0,9.

Участок Горизонт Глубина, см Кб, рассчитанные по уравнениям:

Гапона Вэнслоу Никольского

«Гослесополоса, целина» А1А2 0-12 11,5 ± 1,1 346,3+90,3 41,1 ±2,9

В1и2 12-30 12,3 ±2,0 426,6±110,5 46,3 ±7,1

ВЗИ2 30-46 20,0 ±3,8 1249,7 77,7 ±15,9

ВЗс. 46-78 18,1 ±5,6 1100,3 68,6 ±20,3

ВСс 78-140 29,0 ±3,6 1854,5 104,1 ± 13,2

«Гослесополоса, ме-лиор.» Апах 0-35 24,1 ±1,1 1644,8 94,1

Алл 35-43 26,1 ±7,1 2062,3±1133,0 103,3 ±27,6

ВЗСа 43-100 15,8 735,2 62,0 ±8,1

ВЗс. 100-120 13,4 ±1,8 568,5 54,1 ±6,6

ВСс. 120-140 14,6 + 1,9 636,2 55,6 ±7,9

«Госфонд, целина» А1 0-12 24,0 ±4,4 1563,8±451,9 80,1 ± 12,9

А1В 12-31 31,3 ±8,3 2814,6±1424,0 99,2 ±22,4

ВЗс. 31-70 11,7 ±3,3 372,8±203,4 40,9 ±12,3

ВЗс.2 70-100 18,6 ±3,7 1018,3 " 63,8 ± 13,7

ВЗ'с2 100-120 16,4 ±5,4 835,7±567,1 55,8 ± 17,5

ВСс, 120-160 17,0 ±1,6 843,9 63,1

«Госфонд, ме-лиор.» Апах 0-18 11,0 ± 1,1 324,3±69,2 38,3 ±2,4

Апл 18-35 7,5 ±2,4 166,4±80,5 27,0 ± 7,8

В1с. 35-55 7,3 ±1,6 143,6 24,4

ВЗс.2 55-80 6,2 ±1,2 113,9 21,4 ±4,2

ВЗ'с,2 80-120 5,3 ± 0,6 80,2 17,6 ±2,1

ВС« 120-180 8,8 ± 0,9 214,4±58,6 28,6 ±3,7

«Новый опыт, целина» А1 3-12 11,9 372,1±59,4 39,9 ±3,6

А1' 12-25 5,1 ±0,6 74,9± 18,4 17,6 ±2,1

В2, 25-38 5,0 ±0,5 81,5±15,0 18,1

вз„ 38-65 17,9 ±2,3 960,8±218,5 66,7 ± 7,2

вз„2 65-110 15,0 ±2,5 652,2±209,6 58,0 ± 8,4

ВЗ'с.2 110-150 13,9 + 0,8 605,0 55,1 ±4,2

«Новый опыт, мели-ор.» Арах 0-22 10,1 ±0,9 289,7±56,1 39,4 ±4,0

Апл 22-45 10,3 ±0,3 306,0±26,8 40,6 ±1,4

ВЗс, 45-78 11,8 ±1,0 425,5±93,3 46,7

ВЗс,2 78-115 11,4 ±3,7 486,9 43,9 ±13,1

ВСс.2 115-185 5,8 ±0,5 99,8±13,7 21,6 ±1,5

Противоположная закономерность наблюдается во всех мелиорированных профилях - в них значения Кса-к, рассчитанные по любому из уравнений, достоверно снижаются с глубиной, несмотря на снижение доли калия в ППК. Эту тенденцию можно объяснить тем, что в мелиорированных почвах, по срав-

нению с целинными, существенно снижается степень текстурной дифференциации профиля вплоть до полного ее исчезновения, пахотный и подпахотный горизонты обогащаются глинистым материалом и уменьшается содержание органического вещества, более селективного к кальцию.

Селективность обмена для пары катионов Ca-Mg по результатам определения обменных катионов и расчета активностей ионов в водных вытяжках

Таблица 8.

Коэффициенты селективности Cг^-Mg (Кв са-мв), рассчитанные по уравнениям, Гапона и Никольского для исследованных лугово-каштановых почв по данным

состава водной вытяжки. Средние значения из трех повторностей ± доверительный интервал при Р=0,9.

Участок Гори- Глубина, см Кб, рассчитанные по уравнениям:

зонт Гапона Никольского

£ А с ч А1А2 0-12 0,7 ±0,2 0,9 ±0,1

В1с/ 12-30 0,7 + 0,1 0,7 ±0,1

За« М" 2 ВЗс.2 30-46 1,4 ±0,9 1,1 ±0,4

вз„ 46-78 0,5 ±0,3 0,7 ± 0,2

и с; ВСс. 78-140 4,4 ±2,9 2,0 ±0,7

* * Лпи 0-35 0,6 ± 0,3 0,7 ±0,2

АПл 35-43 0,7 ±0,6 0,8 ±0,4

Й 2 о. § $ ° г° в ВЗС/ 43-100 0,5 ±0,1 0,7 ±0,1

ВЗс. 100-120 0,5 ± 0,5 0,6 ±0,3

и Ч ВСс, 120-140 0,4 ± 0,0 0,7 ±0,0

AI 0-12 1.0 0,9

й А1В 12-31 1,4 ±0,8 1Д±0,3

5 Я ВЗс. 31-70 2,4 1.6

5 1 вз„г 70-100 1,5 ±1,4 1,1 ±0,5

о £ ВЗ'с.2 100-120 0,4 ±0,1 0,6

ВСса 120-160 2,9 ±1,7 1,6 ±0,6

Ana* 0-18 1,9 ±1,2 1,3 ±0,4

Ащ 18-35 0,7 ±0,4 0,8 ±0,3

££ Bl„ 35-55 1,3 ±1,1 1,0 ±0,6

О 5 •в- ч ВЗс." 55-80 0,9 1.0

О £ ВЗ'с.2 80-120 2,5 ±1,6 1,5 ±0,5

ВСс. 120-180 3,7 ±2,6 1,8 ±0,7

AI 3-12 4,6 2,1

АГ 12-25 0,9 0,9

§ £ в § а Я В2, 25-38 1,2 ±0,8 1,0 ±0,5

вз„ 38-65 1,1 ±0,5 1,0 ± ОД

о д взс/ 65-110 0,8 0,8

ВЗ'с,2 110-150 0,9 ±0,1 1,0 ±0,1

1 Anax 0-22 0,9 ±0,4 1,0 ± ОД

« § я& о о Алл 22-45 1,1 ±0,8 1,0 ±0,4

ВЗс. 45-78 0,4 ± 0,2 0,6 ±0,2

к 5 с ВЗс,2 78-115 0,5 ±0,5 0,6 ± 0,4

о ВСс/ 115-185 0,9 ±0,7 0,9 ±0,4

Коэффициенты селективности обмена Ca-Mg (Кб с«-Мг) для исследованных лугово-каштановых почв рассчитывались по уравнениям Гапона и Никольского по данным состава водной вытяжки. Полученные результаты представлены в табл. 8. Из таблицы видно, что и в целинных, и в мелиорированных лугово-каштановых почвах значения рассчитанные по уравнениям Га-

пона и Никольского, слабо и незакономерно варьируют по профилю в пределах каждого из участков. Близость этих величин к 1 в большинстве образцов свидетельствует об отсутствии преимущественного поглощения почвами Са или Mg.

Глава 6. Изучение реакций обмена Ca-Na и Са-К в условиях модельного опыта и сравнение величин коэффициентов селективности, полученных в условиях модельного опыта и рассчитанных по содержанию обменных катионов и активностей ионов в нативных образцах

Методика проведения модельного опыта. Целью модельного эксперимента явилось выяснение изменения селективности некоторых горизонтов лугово-каштановых почв к натрию и калию при взаимодействии образцов с растворами, содержащими ионы Са2+ и (Са2+ и К*) в различных соотношениях при постоянной ионной силе раствора. Для изучения обмена Са-№ были выбраны образцы горизонтов А1 и В3'м2 целинной почвы участка «Новый опыт», а для обмена Са-К - образцы горизонтов А1 и ВСса целинной почвы участка «Гослесополоса». Отобранные образцы просеивались через сито с с! = 1мм и насыщались кальцием из 0,5М раствора СаС^. После насыщения избыток солей удалялся диализом почвы дистиллированной водой до отсутствия качественной реакции на СГ-ион.

Для исследования обмена Са-№ готовили серии растворов с определенными соотношениями концентраций ионов Са2+ и и постоянной ионной силой, равной 0,05 моль/л, анионом являлся ион СГ. Показатель SAR (аца:>/;1са) исходных растворов изменялся в пределах 0,1 - 20. Для поддержания постоянного уровня рН в растворы добавлялся буферный раствор, имеющий рН 8. Выбранное значение рН примерно соответствовало величинам рН суспензий почвенных образцов (7,4 - 8,4), что устраняло возможное влияние растворения СаСОз на катионный обмен. Навески почвы помещали в центрифужные стаканы и приливали рабочий раствор с известным показателем SAR. Суспензии взбалтывали, затем центрифугировали, жидкую фазу сливали и заменяли новой. Операцию проводили до достижения равенства активности ионов в исходном растворе и центрифугате. Измерения активностей проводились на иономере И-500 с помощью стеклянного электрода ЭСЛ 51-07 с ^-функцией и мембранного Са-селективного электрода «Элит-Са».

После уравновешивания растворов центрифужные стаканы взвешивали для учета механически удержанного раствора, навески почвы извлекали из стаканов, помещали в воронки на фильтры и вытесняли из них обменные катионы Ш раствором N11101, забуференным до рН 8. В полученном фильтрате определяли содержание ионов Са2+ и Ыа+. В полученные результаты вносилась поправка на количества Са и Na, содержащиеся в механически удержанном растворе. Опыты проводились в трехкратной повторности.

Проведение реакции обмена Са-К проводилось по той же схеме, что и в варианте Са-№. Почва приводилась в равновесие с растворами с определенным соотношением концентраций Са2+ и К+ при постоянной 1=0,05 моль/л. Контроль достижения равенства активностей в исходном растворе и центрифугате проводился потенциометрически с помощью ионселективных электродов «ЭКОМ-К» и «Элит-Са». Вытеснение обменных катионов проводилось 1М раствором СНзСООМН4 для определения обменного калия по методу Масловой. Опыты также проводились в трехкратной повторности.

Обмен в условиях модельного эксперимента

В исследованных горизонтах лугово-каштановых почв по результатам модельного эксперимента были вычислены коэффициенты селективности обмена Ca-Na по Гапону и Вэнслоу и построены изотермы обмена Ca-Na, которые сравнивались с изотермой непреимущественного обмена, вычисленной по Г. Спозито (Спозито, 1984, Sposito, 1986). Изотерма непреимущественного обмена задана следующими условиями: в ходе реакции изменение энергии Гиббса AG = 0, а термодинамическая константа обмена равна единице исходя из уравнения АО = -RT 1пК Коэффициенты активности ионов в твердой фазе равны единице, что характеризует идеальный обменник. При постоянной ионной силе раствора изотерма вычисляется по уравнению:

"г

iirlrÄ"

где Г^иа/Уси» (у» - коэффициент активности ионов в растворе), E'ns- эквивалентная доля натрия в растворе, I - ионная сила раствора (Sposito, 1986).

Полученные экспериментальные точки и изотерма непреимущественного обмена представлены на рисунке 1. Из рисунка видно, что точки, принадлежащие обоим горизонтам в варианте опыта при SAR раствора 0,1, лежат выше изотермы непреимущественного обмена, а в остальных случаях - ниже нее. Это означает, что горизонты лугово каштановой почвы проявляют селективность к натрию, при доле обменного Na в горизонте AI, равной 0,3 и 0,26 - в горизонте ВЗ 'С12. При бблыпем содержании обменного Na горизонты проявляют селективность к кальцию. Эту закономерность подтверждают также и значения коэффициентов селективности обмена Ca-Na, приведенные в таблицах 9 и 10.

Таблицы 9 и 10 подтверждают известную закономерность: селективность почвы к Na убывает по мере замещения обменного кальция натрием. Внедрение в ППК натрия несколько более интенсивно протекает в верхнем горизонте, чем в нижнем. Несмотря на резкое изменение соотношение содержания Са и Na в растворе, содержание обменного натрия в исследованных горизонтах нарастает плавно и при SAR = 20 составляет 8,38 -8,67 ммоль(+)/100г почвы, т.е. полного замещения обменного кальция натрием при взаимодействии с модельными растворами не достигается.

Значения K^-Na полученные в модельном опыте при минимальном содержании обменного Na оказались идентичными соответствующим величинам, найденными для нативных образцов при измерении активностей ионов в пасте

1б

и в суспензии при разбавлении 1:2,5. В обоих случаях наблюдалась и одинаковая закономерность: значения КСса^а были выше в горизонте А1 по сравнению с горизонтом ВС.

Рисунок 1.

Изотермы обмена Ca-Na для горизонтов лугово-каштановой почвы участка «Новый опыт, целина».

оде o.is ojo од) o¿o o¿o ojso о.то о ta ода t да Е»м

* пеимигЛ* о гармют Btotó —ц' тымюю HW

Таблица 9.

Состав ППК и равновесного раствора, коэффициенты селективности Гапона и Вэнслоу для реакции обмена Ca-Na по результатам модельного эксперимента. Участок «Новый опыт, целина», горизонт А1.

SAR Равновесный раствор ППК Кга-м, Kbc.-n.

En. Ее, En, Ее. Мм. Мс.

0,1 0,33 0,67 0,30 0,70 0,46 0,54 4,21±0,17 38,27±2,37

0,5 0,80 0,20 0,34 0,66 0,50 0,50 1,00±0,07 1,98±0,20

1 0,93 0,07 0,39 0,61 0,56 0,44 0,61±0,05 0,66±0,07

1,5 0,97 0,03 0,43 0,57 0,60 0,40 0,47±0,00 0,36±0,00

2 0,98 0,02 0,43 0,57 0,60 0,40- 0,35±0,35 0,20±0,01

3 0,991 0,009 0,43 0,57 0,60 0,40 0Д4±0,00 0,09±0,00

4 0,995 0,005 0,45 0,55 0,62 0,38 0,19±0,00 0,06±0,00

5 0,997 0,003 0,46 0,54 0,63 0,37 0,160,01 0,04+0,00

10 0,9991 0,0009 0,46 0,54 0,63 0,37 0,08±0,00 0,01+0,00

15 0,9996 0,0004 0,48 0,52 0,65 0,35 0,06±0,00 0,005±0,00

20 0,9997 0,0003 0,48 0,52 0,65 0,35 0,05+0,00 0,003±0,00

Таблица 10.

Состав ППК и равновесного раствора, коэффициенты селективности Талона и Вэнслоу для реакции обмена Са-№ по результатам модельного эксперимента. Участок «Новый опыт, целина», горизонт В3'са2.

SAR Равновесный раствор ППК Ktc«-n« Kbo-n«

En« Ее. En. Ее, Мка Мс,

0,1 0,33 0,67 0,26 0,74 0,41 0,59 3,51±0,20 28,83±2,60

0,5 0,80 0,20 0,28 0,72 0,44 0,56 0,78±0,01 1,35±0,04

1 0,93 0,07 0,31 0,69 0,47 0,53 0,42±0,02 0,38±0,02

1,5 0,97 0,03 0,31 0,69 0,47 0,53 0,28±0,01 0,17±0,01

2 0,98 0,02 0,32 0,68 0,48 0,52 0,22±0,01 0,10±0,01

3 0,991 0,009 0,33 0,67 0,49 0,51 0,15±0,00 0,05±0,00

4 0,995 0,005 0,35 0,65 0,52 0,48 0,13±0,00 0,03±0,00

5 0,997 0,003 0,38 0,62 0,55 0,45 0,!2±0,00 0,02±0,00

10 0,9991 0,0009 0,41 0,59 0,58 0,42 0,07±0,00 0,008±0,00

15 0,9996 0,0004 0,41 0,59 0,58 0,42 0,04±0,00 • 0,003±0,00

20 0,9997 0,0003 0,44 0,56 0,61 0,39 0,04±0,00 0,003±0,00

Значения KCc-Na, полученные в модельном опыте при разных значениях SAR, дают возможность прогноза развития осолонцевания в исследованных почвах при подъеме уровня грунтовых вод.

Таблица 11.

Состав грунтовых вод под исследованными лугово-каштановьши почвами, их ионная сила и показатель SAR.

Участок Концентрация ионов, ммоль(+)/л ГВ Ионная сила, моль/л SAR

СО)2 НСОз" сг so/ Ca1* Mg* Na+ в грунтовой воде среднее по участку

ГЛПцел.1 0,0 6,4 37,2 71,0 28,0 26,0 60,6 0,18 11,7 14,4

ГЛПцел.2 2,0 2,4 23,2 63,0 38,0 7,0 45,6 0,15 9,6

ГЛПцел.З 0,0 6,8 47,2 101,0 26,0 22,0 107,0 0,23 21,8

ГЛПмел.1 0,0 5,6 237,6 27,0 170,0 103,0 0,0 0,42 0,0 9,1

ГЛПмел.2 0,0 5 а 73,6 22,0 64,0 17,0 19,8 0,15 3,1

ГЛПмел.З 3,6 4,8 64,0 98,0 30,0 20,0 120,4 0,25 24,1

ГФцел. 0,0 5,3 1.9 3,3 6,6 1,5 2,4 0,02 1,2 -

ГФмел.1 0,0 3,9 74,5 39,3 49,7 21,8 46,2 0,17 7,7 5,7

ГФмел.2 0,0 5,8 50,8 38,5 46,0 26,5 22,6 0,15 3,8

НОпел.1 0,0 5,6 7,6 11,8 9,5 3,8 11,7 0,04 4,5 10,9

НОцел.2 0,0 5,4 31,6 67,0 23,3 13,8 67,0 0,16 15,6

НОцел.З 0,0 4,8 26,9 57,3 25,3 10,5 53,2 0,14 12,6

НОмел.1 0,0 3,3 23,6 50,5 26,8 7,8 42,7 0,12 10,3 10,0

НОмел.2 0,0 4,8 20,0 104,0 21,5 22,5 84,8 0,20 18,1

НОмел.З 0,0 3,0 20,2 43,5 24,0 34,0 8,7 0,12 1,6

В таблице 11 приведены данные по составу грунтовых вод под исследованными опытными участками Джаныбекского стационара. Показатель SAR в грунтовых водах под исследованными лугово-каштановыми почвами варьирует

в пределах от 0 до 24,1, а в среднем по опытным участкам - от 5,7 до 14,4. Сопоставляя эти величины с данными, приведенными в таблицах 14 и 15 и на рис. 1, можно сделать вывод, что при таких значениях SAR большая часть исследованных профилей должны проявлять большую селективность к Са, чем к Na. Это значит, что при подъеме уровня грунтовых вод на первых стадиях взаимодействия почвы с грунтовыми водами в них не следует ожидать интенсивного развития процессов осолонцевания и прочного закрепления Na в ППК. Вместе с тем, под тремя профилями (ГЛП 1, мелиорированная, ГФ, целина, и НО 3 мелиорированная) из исследованных 18 величины SAR опускаются ниже 2; в этих случаях в почвах будет возрастать селективность к Na, и при подъеме уровня грунтовых вод можно ожидать развития солонцового процесса.

Обмен Са-К в условиях модельного эксперимента

Таблица 12.

Состав ППК и равновесного раствора, коэффициенты селективности Гапона и Вэнслоу для реакции обмена Са-К по результатам модельного эксперимента. Участок «Гослесополоса, целина», горизонт А1.

Равновесный раствор ППК

с«. моль/л Ек Ее. Ек Ее. Мк Мс. Кга-к Квс,.к

0,01 0,33 0,67 0Д5 0,75 0,40 0,60 3,40±0,21 27,93±2,78

0,008 0,25 0,75 0,17 0,83 0,29 0,71 2,9710,25 25,09±3,58

0,006 0,18 0,82 0,13 0,87 ОДЗ 0,77 3,1810,18 31,2713,08

0,004 0,12 0,88 0,08 0,92 0,16 0,84 2,9910,74 31,21114,39

0,001 0,03 0,97 0,03 0,97 0,07 0,93 5,75+1,38 127,86+54,30

Таблица 13.

Равновесный раствор ППК Кгс.-к Кво-к

с*. моль/л Ек Ее. Ек Ее. Мк Мс.

0,01 0,33 0,67 0,18 0,82 0,30 0,70 2,2810,26 14,45+2,75

0,008 0,25 0,75 0,14 0,86 0,25 0,75 2,3710,30 17,0713,67

0,006 0,18 0,82 0,11 0,89 0,20 0,80 2,7610,13 24,1812,12

0,004 0,12 0,88 0,09 0,91 0,16 0,84 3,1710,42 34,0118,01

0,001 0,03 0,97 0,04 0,96 0,07 0,93 6,1411,54 145,83+6429

По результатам проведения модельного эксперимента по обмену Са-К в образцах горизонтов А1 и ВСса, лугово-каштановых почв опытного участка «Гослесополоса» целина были построены изотермы обмена и рассчитаны коэффициенты селективности по Гапону и Вэнслоу. Характер изотерм обмена Са-

К (рис.2) показывает, что исследованные горизонты проявляют высокую селективность к калию в широком диапазоне содержания К в ППК.

Рисунок 2.

Изотермы обмена Са-К для горизонтов лугово-каштановой почвы участка «Гослесополоса, целина».

1J0' CJ0 ojo ото OJO

I ojo

040

IX CfJ 010 OÍS

оля oto да o ¿o oto ojo ojo ото ojo ojo 100

E К P-»

♦ ВЩЦ8ИТ Al О ГоммВСМ -—-MiBnwiiwmMcnxmoat»»»

Значения коэффициента селективности закономерно увеличиваются при снижении мольной доле К в ППК (табл. 12,13). Величины значений КС Са-Ка полученные в модельном опыте при мольных долях К в ППК, свойственных исследуемым почвам, оказались несколько ниже величин, определенных в нативных образцах, хотя и вполне соизмеримы с последними.

ВЫВОДЫ

1. Исследованным целинным лугово-каштановым почвам свойственна текстурная дифференциация профиля по солонцовому типу, предположительно связанная с прохождением этими почвами в процессе эволюции стадии солончаков и солонцов. На мелиорированных участках эта дифференциация исчезает за счет механического перемешивания верхних горизонтов при плантажной вспашке. Как в целинных, так и в мелиорированных почвах наблюдается накопление фракции тонкой пыли в верхней части профиля, что можно объяснить физическим дроблением более крупных фракций до размера тонкопылеватых частиц.

2. В минералогическом составе илистой фракции преобладают унаследованные от породы слабо окристаллизованный диоктаэдрический иллит, хлорит и разбухающий минерал монтмориллонитовой группы; в составе тонкопылева-той фракции по сравнению с илистой возрастает количество иллитов и хлоритов, улучшается степень их окристаллизовагаюсти, увеличивается содержание кварца, появляются полевые шпаты, снижается количество разбухающего минерала. В горизонтах А по сравнению с породой под влиянием почвообразования выявлено накопление иллитов и уменьшение содержания хлоритов вследствие их разрушения и трансформационных изменений как наименее устойчивых минералов.

3. Исследованные лугово-каштановые почвы практически не засолены и характеризуются низкими значениями активностей ионов Саг+, Ыа+ и К+. На этом фоне наблюдается достоверное возрастание активностей в горизонтах ВС по сравнению с вышележащими горизонтами в связи с подъемом уровня минерализованных грунтовых вод. Агролесомелиорация вызывает снижение активности иона К+ вследствие отчуждения калия с урожаем.

4. Целинные лугово-каштановые почвы характеризуются увеличением ЕКО эффективной с глубиной параллельно увеличению содержания илистой фракции. В горизонтах А экспериментально полученные значения ЕКО эффективной оказались существенно меньше рассчитанных, исходя из содержании органического вещества и лабильных минералов в составе илистой фракции, что можно объяснить наличием гумусовых пленок на поверхности глинистых частиц и агрегатов, блокирующих обменные позиции. В горизонтах ВС экспериментально найденные значения ЕКО почвы оказались в 2-3 раза выше расчетных, что можно объяснить наличием обменных позиций на плохо окристал-лизованных иллитах и хлоритах в составе фракции ила и присутствием глинистого материала в составе крупных фракций в прочных агрегатах.

5. И в целинных, и в мелиорированных профилях 70-80 % от ЕКО приходится на долю обменного Са, 13-30 % - на долю обменного Mg без существенной профильной дифференциации этих катионов по горизонтам; обменный № составляет около 1% от ЕКО. На долю обменного К приходится 3-8 % от ЕКО, абсолютное содержание обменного К и его доля в ЕКО снижаются с глубиной.

6. Сопоставление величин Кса.ци рассчитанных по значениям активностей ионов в пасте и при разбавлении 1:2,5, показывает, что в исследованных почвах различия, связанные с разным разбавлением, в большинстве случаев меньше пространственного варьирования в пределах каждого из участков величин Кол»» рассчитанных по уравнениям Талона, Вэнслоу или Никольского.

7. Абсолютные значения Kcj.n» рассчитанные по содержанию обменных катионов и активностям ионов в нативных образцах, свидетельствуют о высокой селективности исследованных почв к Na; эти значения существенно выше величин, полученных другими авторами для черноземов и каштановых почв и полностью соответствуют диапазону значений найденных для мелиорированных солончаковых солонцов Джаныбекского стационара с низким содержанием обменного натрия. Это соответствие рассматривается как свидетельство того, что в прошлом лугово-каштановые почвы проходили стадию солонца.

8. Величины Kce-Na при расчете по любому из уравнений и при любом разбавлении в нативных образцах максимальны в самых верхних горизонтах и уменьшаются вниз по профилю, несмотря на уменьшение содержания селективного к Са органического вещества. Это можно объяснить развитием в верхних горизонтах супердисперсности лабильных минералов, что приводит в увеличению селективной к Na внешней поверхности, наличием гумусовых пленок на поверхности частиц и агрегатов, блокирующих наиболее селективные к Са внутренние обменные позиции в лабильных минералах и изменением сорб-ционных характеристик гумусовых веществ при их взаимодействии с глинистыми минералами.

9. Значения Кс,.к, рассчитанные по содержанию обменных катионов и активностям ионов в нативных образцах, свидетельствуют о высокой селективности исследованных почв к калию и характеризуются очень большим пространственным варьированием.

10. Значения Kca-Mg> рассчитанные по содержанию обменных катионов и активностям ионов в нативных образцах, слабо и незакономерно варьируют в пределах исследованных профилей, оставаясь близкими к единице при расчете коэффициентов селективности по любому из уравнений, что свидетельствует о примерно равном сродстве ППК исследованных почв к поглощению Са и Mg.

11. Значения KCca-Na. полученные в модельном опыте при низком содержании обменного Na практически не отличаются от значений, рассчитанных по содержанию обменных катионов и активностям ионов в нативных образцах. В обоих случаях наблюдаются более высокие значения в горизонте А по сравнению с горизонтом ВС.

следует ожидать интенсивного развития процессов осолонцевания и прочного закрепления Na в ППК. Вместе с тем, в грунтовых водах под тремя профилями из исследованных 18 величины SAR опускаются ниже 2, и в этих случаях при подъеме уровня грунтовых вод в почвах будет возрастать селективность к Na и развиваться солонцовый процесс.

Благодарности

Автор выражает сердечную благодарность своему научному руководителю - профессору, доктору биологических наук Т.А Соколовой за постоянное внимание и помощь в написании диссертации, а также с.н.с. Т.Я. Дроновой и н.с. И.И. Толпешта за помощь и консультации. Автор признателен МЛ. Сиземской и М.К. Сапанову за предоставленную возможность сбора материала и использования неопубликованных данных. Автор благодарен студентам и аспирантам Н.Н. Бычкову, И.В. Топуновой, С.Г. Борзенко и Н.И. Сотневой за помощь в проведении полевых исследований.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Борзенко С.Г., Дронова TJL, Колесников А.В., Соколова Т.А., Толпешта И.И., Сиземская М.Л. Химико-минералогическая характеристика солончакового солонца и лугово-каштановой почвы. - Вестник МГУ, сер. 17. Почвоведение, 2003, №3, с. 3 - 8.

2. Колесников А.В. Состав обменных катионов и селективность обмена Са - Na в целинных и мелиорированных лугово-каштановых почвах Северного Прикаспия (тезисы доклада). - Докучаевские молодежные чтения, С.-Петербург, 2004, с. 133 - 134.

3. Колесников А.В., Соколова Т.А Активность ионов кальция, натрия и калия в лугово-каштановых почвах Северного Прикаспия. - Вестник МГУ, сер. 17. Почвоведение (в печати).

Принято к исполнению 19/03/2004 Исполнено 22/03/2004

Заказ № 89 Тираж: 100 экз.

ООО «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 Москва, Балаклавский пр-т, 20-2-93 (095)318-40-68 www.autoreferat.ru

Р - 5 8 9 8

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Колесников, Александр Владимирович

Введение.

Глава 1. Литературный обзор. Основные закономерности катионного обмена в почвах аридных и семиаридных территорий и факторы, влияющие на селективность катионного обмена.

Глава 2. Природные условия и почвенно-растительный покров

Джаныбекского стационара. Характеристика луговокаштановых почв.

Глава 3. Объекты и методы исследования.

Глава 4. Факторы, опеделяющие содержание и состав обменных катионов в исследованных целинных и мелиорированных лугово-каштановых почвах.

Глава 5. Емкость катионного обмена, состав обменных катионов в исследованных целинных и мелиорированных луговокаштановых почвах. Селективность обмена для пар катионов по результатам определения обменных катионов и активностей ионов.

Глава 6. Изучение реакций обмена Ca-Na и Са-К в условиях модельного эксперимента.

Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Закономерности катионного обмена в лугово-каштановых почвах Северного Прикаспия"

Романенков, 1991), занимающих повышения микрорельефа. Лугово-каштановые почвы микропонижений в этом отношении почти не изучены, хотя есть данные по содержанию гумуса и составу обменных катионов (Роде, Польский, 1961, Девятых, 1970, Иванов и др., 1980). Актуальность темы связана еще и с тем обстоятельством, что в настоящее время нижние горизонты почвенно-грунтовой толщи этих почв подвергаются вторичному засолению в связи с подъемом уровня засоленных грунтовых вод.

Цель работы - исследовать состав ППК и изучить закономерности катионного обмена с участием Са, Na и К в лугово-каштановых почвах Северного Прикаспия под целинной растительностью и в условиях агролесомелиорации

Задачи работы

•у I

2. Оценить влияние степени разбавления на активности ионов Са , Na+ и К+ в жидкой фазе водной суспензии разных генетических горизонтов целинных и мелиорированных лугово-каштановых почв

3. Оценить степень современного засоления профилей лугово-каштановых почв по данным водной вытяжки.

4. Изучить состав обменных катионов и селективность обмена для пар катионов Ca-Na и Са-К в разных генетических горизонтах по результатам определения состава обменных катионов и активностей ионов в нативных образцах в целинных и мелиорированных лугово-каштановых почвах.

5. Изучить селективность обмена для пар катионов Ca-Na и Са-К в разных генетических горизонтах целинных лугово-каштановых почв в условиях модельного опыта.

Научная новизна. Установлено, что целинным лугово-каштановым почвам свойственна текстурная дифференциация почв по солонцовому типу, которая исчезает при плантажной вспашке. В минералогическом составе илистой фракции преобладают унаследованные от породы слабо окристаллизованный диоктаэдрический иллит, хлорит и разбухающий минерал монтмориллонитовой группы; в составе тонкопылеватой фракции по сравнению с илистой возрастает количество иллитов и хлоритов и улучшается степень их окристаллизованности. Под влиянием почвообразования происходит уменьшение содержания хлорита в горизонтах А по сравнению с породой вследствие его разрушения. И в целинных, и в мелиорированных почвах наблюдается накопление иллитов в горизонтах А по сравнению с нижележащими горизонтами. Луговокаштановые почвы характеризуются высоким содержанием гумуса и постепенным снижением его количества с глубиной. В процессе агролесомелиорации содержание гумуса в верхних горизонтах снижается. Почвы характеризуются низкими значениями активностей ионов Са2+, Na+ и К+ в связи с отсутствием засоления. На этом фоне наблюдается заметное возрастание активностей ионов Na+ в горизонтах ВС по сравнению с вышележащими горизонтами. При разбавлении снижается активность всех ионов. Целинные лугово-каштановые почвы характеризуются увеличением ЕКО эффективной с глубиной параллельно увеличению содержания илистой фракции. В горизонтах А1 экспериментально полученные значения ЕКО эффективной оказались существенно меньше расчетных, основанных на содержании органического вещества и содержании и минералогическом составе тонкодисперсных фракций. В горизонтах ВС экспериментально найденные значения ЕКО почвы оказались в 2-3 раза выше рассчитанных, исходя из количества лабильных минералов, что связано, вероятно, с плохой окристаллизованностью иллитов и хлоритов в составе фракции ила и с присутствием определенного количество глинистого материала в составе крупных фракций в виде очень прочных агрегатов. И в целинных, и в мелиорированных профилях 70-80 % от ЕКО приходится на долю обменного Са, 13-30 % - на долю обменного Mg без существенной профильной дифференциации этих катионов по горизонтам. На долю обменного К приходится 3-8 % от ЕКО, абсолютное содержание обменного К и его % от ЕКО снижаются с глубиной. Абсолютные значения KCca-Na> в исследованных почвах, уменьшаются вниз по профилю; они • выше значений, полученных другими авторами для черноземов и каштановых почв и соответствуют диапазону величин КСса-ранее найденных для мелиорированных солончаковых солонцов Джаныбекского стационара с низким содержанием обменного Na. Значения КССа-к свидетельствуют о высокой селективности исследованных почв по отношению к К по сравнению с Са.

Работа выполнена на Джаныбекском стационаре Института лесоведения РАН. В настоящее время стационар находится на территории двух государств - Российской Федерации (Палласовский р-н Волгоградской обл.) и Республики Казахстан (Джаныбекский р-н Западно-Казахстанской обл.). Поскольку территория Джаныбекского стационара типична для ландшафтов междуречья Волги и Урала в пределах северной части Прикаспийской низменности, выводы диссертации могут быть распространены на весь этот обширный географический регион.

Основной задачей стационара вначале была разработка способов выращивания полезащитных лесных насаждений в исконно безлесной глинистой полупустыне с широким распространением засоленных почв. В дальнейшем, стационар перешел к новой, более широкой задаче -разработке методов земледельческого освоения почв, в богарных условиях, с использованием системы агролесомелиоративных мероприятий (Биогеоценотические основы., 1974).

Экспериментальный материал для настоящей работы был собран в течение полевых сезонов 1999, 2000 и 2001 годов. Автор принимал непосредственное участие в проведении полевых исследований, отборе образцов и проведении анализов. Данные по составу водных вытяжек и грунтовых вод получены в процессе коллективной работы под руководством и при непосредственном участии к.б.н. M.J1. Сиземской и к.б.н. М.К. Сапанова, и соответствующие данные по составу водных вытяжек и грунтовых вод использованы автором с их разрешения. Все остальные аналитические данные получены автором.

Автор выражает сердечную благодарность своему научному руководителю - профессору, доктору биологических наук Т.А. Соколовой за постоянное внимание и помощь в написании диссертации, а также с.н.с. Т.Я. Дроновой и н.с. И.И. Толпешта за помощь и консультации. Автор признателен M.JI. Сиземской и М.К. Сапанову за предоставленную возможность сбора материала и использования неопубликованных данных.

Автор благодарен студентам и аспирантам Н.Н. Бычкову, И.В. Топуновой, С.Г. Борзенко и Н.И. Сотневой за помощь в проведении полевых исследований.

Заключение Диссертация по теме "Почвоведение", Колесников, Александр Владимирович

Выводы

1. Исследованным целинным лугово-каштановым почвам свойственна текстурная элювиально-иллювиальная дифференциация профиля по солонцовому типу, предположительно связанная с прохождением этими почвами в процессе эволюции стадии солончаков и солонцов. На мелиорированных участках эта дифференциация исчезает за счет механического перемешивания верхних горизонтов при плантажной вспашке. Как в целинных, так и в мелиорированных почвах наблюдается накопление фракции тонкой пыли в верхней части профиля, что можно объяснить физическим дроблением более крупных фракций до размера тонкопылеватых частиц .

2. В минералогическом составе илистой фракции преобладают унаследованные от породы слабо окристаллизованный диоктаэдрический иллит, хлорит и разбухающий минерал монтмориллонитовой группы; в составе тонкопылеватой фракции по сравнению с илистой возрастает количество иллитов и хлоритов, улучшается степень их окристаллизованности, увеличивается содержание кварца, появляются полевые шпаты, снижается количество разбухающего минерала. В горизонтах А по сравнению с породой под влиянием почвообразования выявлено накопление иллитов и уменьшение содержания хлоритов вследствие их разрушения и трансформационных изменений как наименее устойчивых минералов.

3. Исследованные лугово-каштановые почвы практически не засолены и характеризуются низкими значениями активностей ионов Са2+, Na+ и К+. На этом фоне наблюдается достоверное возрастание активностей Na+ в горизонтах ВС по сравнению с вышележащими горизонтами в связи с подъемом уровня минерализованных грунтовых вод. Агролесомелиорация вызывает снижение активности иона К+ вследствие отчуждения калия с урожаем.

I ' . полученные значения ЕКО эффективной оказались существенно меньше рассчитанных исходя из содержании органического вещества и лабильных минералов, что можно объяснить наличием, гумусовых пленок на поверхности .глинистых частиц и агрегатов, блокирующих обменные позиции. В горизонтах ВС экспериментально найденные значения ЕКО почвы оказались в 2-3 раза выше расчетных, что можно объяснить наличием обменных позиций на плохо окристаллизованных иллитах и хлоритах в составе фракции ила и присутствием глинистого материала в составе крупных фракций в прочных агрегатах.

5. Ив целинных, и в мелиорированных профилях 70-80 % от ЕКО приходится на долю обменного Са, 13-30 % - на долю обменного Mg без существенной профильной дифференциации этих катионов по горизонтам; обменный Na составляет около 1% от ЕКО. На долю обменного К приходится 3-8 % от ЕКО, абсолютное содержание обменного К и его доля в ЕКО снижаются с глубиной.

6. Сопоставление величии Kca-Na, рассчитанных по значениям активностей ионов в пасте и при разбавлении 1:2,5, показывает, что в исследованных почвах различия, связанные с разным разбавлением, в большинстве случаев меньше пространственного варьирования в пределах каждого из участков величин KCa-Na> рассчитанных по уравнениям Гапона, Вэнслоу или Никольского.

7. Абсолютные значения Kca-Na, рассчитанные по содержанию обменных катионов и активностям ионов в нативных образцах, свидетельствуют о высокой селективности исследованных почв к Na; эти значения существенно выше величин, полученных другими авторами для черноземов и каштановых почв и полностью соответствуют диапазону значений KCa-Na, найденных для мелиорированных солончаковых солонцов

Джаныбекского стационара с низким содержанием обменного натрия. Это соответствие рассматривается как свидетельство того, что в прошлом лугово-каштановые почвы проходили стадию солонца.

8. Величины Kca-Na при расчете по любому из уравнений и при любом разбавлении в нативных образцах максимальны в самых верхних горизонтах и уменьшаются вниз по профилю, несмотря на уменьшение содержания селективного к Са органического вещества. Это можно объяснить развитием в верхних горизонтах супердисперсности лабильных минералов, что приводит в увеличению селективной к Na внешней поверхности, наличием гумусовых пленок на поверхности частиц и агрегатов, блокирующих наиболее селективные к Са внутренние обменные позиции в лабильных минералах и изменением сорбционных характеристик гумусовых веществ при их взаимодействии с глинистыми минералами.

9. Значения КСа-к> рассчитанные по содержанию обменных катионов и активностям ионов в нативных образцах, свидетельствуют о высокой селективности исследованных почв к калию и характеризуются очень большим пространственным варьированием.

10. Значения Кса-мё, рассчитанные по содержанию обменных катионов и активностям ионов в нативных образцах, слабо и незакономерно варьируют в пределах исследованных профилей, оставаясь близкими к единице при расчете коэффициентов селективности по любому из уравнений, что свидетельствует о примерно равном сродстве ППК исследованных почв к поглощению Са и Mg.

И. Значения KCca-Na* полученные в модельном опыте при низком содержании обменного Na практически не отличаются от значений, рассчитанных по содержанию обменных катионов и активностям ионов в нативных образцах. В обоих случаях наблюдаются более высокие значения KCca-Na в горизонте А по сравнению с горизонтом ВС.

12. Сопоставляя содержание обменного Na и селективность к поглощению этого катиона при разных значениях SAR в модельном опыте с величинами SAR в грунтовых водах под исследованными участками можно заключить, что при возможном подъеме уровня грунтовых вод большая часть исследованных профилей будет проявлять большую селективность к Са, чем к Na, и в них не следует ожидать интенсивного развития процессов осолонцевания и прочного закрепления Na в ППК. Вместе с тем, в грунтовых водах под тремя профилями из исследованных 18 величины SAR опускаются ниже 2, и в этих случаях при подъеме уровня грунтовых вод в почвах будет возрастать селективность к Na и развиваться солонцовый процесс.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Колесников, Александр Владимирович, Москва

1. Абатуров БД. Млекопитающие как компонент экосистем. М., 1984, 287 с.

2. Абатуров Б.Д., Девятых В.А., Зубкова JI.B. Роль роющей деятельности сусликов (Citellus pygmaeus Pali) в перемещении минеральных веществ в полупустынных почвах Заволжья. Почвоведение, 1969, №12, с. 9699.

3. Абатуров БД., Зубкова JI.B. Роль малых сусликов (Citellus pygmaeus Pall.) в формировании западинцого микрорельефа и почв в Северном Прикаспии. Почвоведение, 1972, №5,- с. 59-67.

4. Аидинян Р.Х. Выделение илистой фракции из почв. Краткое руководство. М., 1960.

5. Александрова JJ.H. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. Л., 1980, 288 с.

6. Александрова JI.H., Надь М-О- О природе органоминеральных коллоидов и методах их изучения. Почвоведение, 1958, № 10, с. 21-27.

7. Алексеев В.Е. Минералогический анализ в диагностике лессиважа, оподзоливания и оглинивания. * Почвоведение, 1983, № 10, с. 12-19.

8. Алексеев В.Е. Минералогический состав и эволюция глинистой части черноземов Молдавии. Почвоведение, 1977, № 2, с. 126-136.

9. Алексеев В.Е. Минералогия почвообразования в степной и лесостепной зонах Молдовы. Диагностика, параметры, факторы, процессы. Кишинев, 1999.

10. Алъзубайди А.Х. Активность ионов натрия в суспензиях карбонатных почв. Почвоведение. 1972. №2. с. 126-130.11 .Амелъкииа J1.H. Ионообменные реакции с участием калия в серых лесных почвах. Дипл. работа. МГУ, 1984.

11. Аптипова-Каратаева Т.Ф., Антипов-Каратаев И.Н. Закономерности катионного обмена в почвах в растворах смесей нейтральных кислот. -Коллоидный журнал, 1939, т.5, №5.

12. Антипова-Каратаева Т.Ф., Аптипов-Каратаев И.Н. К вопросу об определении констант обмена катионов в почвах. — Почвоведение, 1940, №2, с. 52-55.

13. Антипова-Каратаева Т.Ф., Антипов-Каратаев И.Н. О десорбции катионов из почв. Химизация соц. земледелия, 1936, №4, с. 26-34.

14. Антипов-Каратаев И.Н., Кадер Г.М. О природе поглощения ионов глинами и почвами. III. Поглощение одновалентных и двухвалентных катионов черноземной почвой и гуминовой кислотой. Коллоидный журнал, 1947, т. 9, №5, с. 315-324.

15. Базовые шкалы свойств морфологических элементов почв. М., 1982. 58 с.

16. Базыкина Г.С. . Экологическая оценка антропогенно-измененных лугово-каштановых почв Северного Прикаспия при агролесомелиорации в богарных условиях. Почвоведение, 2000, №11, с. 1340-1348.

17. Ю.Базыкина Г. С. Водный режим и водный баланс мелиорируемых почв в культурных биогеоценозах. Биогеоценотические основы освоения полупустыни Северного Прикаспия. М., 1974, с. 63-147.

18. Базыкина Г.С., Титова Н.А. Изменение органического вещества почв солонцового комплекса Северного Прикаспия под влиянием лесомелиорации. Почвоведение, 1993, № 1,с. 19-25.

19. Биогеоценотические основы освоения полупустыни Северного Прикаспия. М., 1974, 360. с.

20. Большаков А. Ф., Боровский В.М. Почвы и микрорельеф Прикаспийской низменности. Солонцы Заволжья. M.-JL: ВАСХНИЛ, 1937. С. 134— 169.

21. Большаков. А.Ф., Базыкина Г.С. Природные биогеоценозы и условия их существованияю. Биогеоценотические основы освоения полупустыни Северного Прикаспия. М., 1974, с. 6-35.

22. Бреслер Э., Макнил Б.Л., Картер Д.Л. Солончаки и солонцы. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 296 с.

23. Будина Л.П. Типы солонцовых комплексов. Почвы комплексной равнины Северного Прикаспия и их мелиоративная характеристика. М., 1964.

24. Ванюшина А.Я., Травникова Л.С., Шаймухаметов М.Ш. Термодинамическая характеристика обмена Ca-Na в слитых и сопряженных с ними зональных почвах. Почвоведение, 1998, №2, с. 176-185.

25. Воробьева Л.А. Химические равновесия и интерпретация результатов анализа почв. Почвоведение, 1996, № 8, с. 968-971.

26. Воробьева Л.А. Химический анализ почв. М., 1998. 272 с.

27. Воробьева Л.А., Панкова Е.И. Природа щелочности и диагностики щелочных почв аридных и семиаридных территорий. Почвоведение, 1995, № 1, с. 108-114.

28. Гедройц К.К. Избранные сочинения, Т.1. М. 1955.

29. Горбунов Н.И. Взаимодействие органических веществ с компонентами почв. Почвоведение, 1981, № 7, с. 39-48.

30. Горбунов Н.И. Поглотительная способность почв и ее природа. М., 1948.216 с.

31. Гордеева Т.К., Ларин И.В. Естественная растительность полупустыни Прикаспия как кормовая база животноводства. М., 1965, 160 с.3Ь.ГриссбахР. Теория и практика ирнного обмена. М., 1962. 499 с.

32. Демкин В.А., Иванов И.В. Развитие почв Прикаспийской низменности в голоцене. Пущино, 1985. 164 с.39Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. М., 1995. 320 с.

33. АОДоскач А.Г. Природа северной части Волго-Уральского междуречья. -Почвы комплексной равнины Северного Прикаспия и их мелиоративная характеристика. М., 1964.

34. АХ.Духнина Т.П., Миикин М.Б., Остриков М.С. К вопросу о константах обмена кальция и магния в почвах. Почвоведение, 1967, №9, с. 120-125.

35. Зайдельман Ф.Р., Тюльпанов В.И., Ангелов Е.Н., Давыдов A.M. Почвы мочарных ландшафтов формирование, агроэкология и мелиорация. М., 1998. 160 с.

36. Зырин Н.Г., Орлов Д.С. Физико-химические методы исследования почв. М., 1980.382 с.

37. Иванов И.В., Демкин В.А. Проблемы генезиса и эволюции степных почв: история и современное состояние. — Почвоведение, 1996, №3, с. 320-323.

38. Иванов И.В., Демкин В.А., Губин С.В., Брылев В.А. Генезис каштановых почв Северного Прикаспия и некоторые особенности сухостепных почв. Почвоведение, 1980, №8, с. 43-54.

39. Иванов И.В., Демкин В.А., Губин С.В., Мамонтов В.И. Развитие почв бессточной равнины Северного Прикаспия в голоцене. Почвоведение, 1982, №1, с. 5-17.

40. Иванова С.А., Понизовский А.А. Использование ионоселективных электродов для исследования изотерм катионного обмена в почвах. -Ионометрия в почвоведении, Пущино, 1987, с. 122-130.

41. Кирюшии А.В. Емкость катионного обмена лесных подзолистых почв различной степени гидроморфизма на примере почв ЦЛГБЗ. Автореф. . канд. биол. наук, 2003.

42. Классификация и диагностика почв СССР. М., 1977, 223 с.

43. Ковда В.А. Почвы Прикаспийской низменности (северо-западной части). М., 1950,255 с.

44. Колесников А.В., Соколова Т.А., Толпешта И.И., Сиземская M.JI. О составе обменных катионов и селективности катионного обмена в целинных солончаковых солонцах Северного Прикаспия // Вестн. МГУ. Сер. 17. Почвоведение, 2002, № 3, с. 12-18.

45. Корнблюм Э.А., Дементьева Т.Г., Зырин Н.Г., Бирина А.Г. Изменение глинистых минералов при образовании южного и илистого черноземов лиманной солоди и солонца. Почвоведение, 1972, № 5, с. 107-113.

46. Кульчицкий Л.И., Орлов Д.С., Алъзубайди А.Х. Поверхностная диссоциация глинистых минералов в водной среде. Вестн. МГУ, сер. биол. и почв., 1968, №1, с. 103-114.

47. Моргун Е.Г., Пачепский Я.А. Селективность ионообменной сорбции в системе СаС12 MgCl2 - NaCl - Н20 - почва. - Почвоведение, 1986, №11,.

48. Орлов Д.С. Органическое вещество почв и теория гумификации. М., 1980.

49. Орлов Д.С. Химия почв. М. 1992. 400 с.6\.Пачепский Я.А. Влияние состава почвенных растворов и обменных катионов на водоудерживание и влагопроводность почв. — Почвоведение, 1989, №3, с. 53-65.

50. Пачепский Я.А. Количественные закономерности ионного обмена в почвах: 1. О сходстве полуэмпирических изотерм обмена для черноземов. Агрохимия, 1984, №7, с.72-80.

51. Пинский Д.Л. Ионообменное поглощение магния почвами. — Агрохимия, 1990, №2, с. 81-90.

52. Пинский Д.Л. Ионообменные процессы в почвах. Пущино, 1997. 165 с.

53. Плодородие почв Казахстана. Алма-Ата, 1991, №7, с. 40-46.

54. Повышение продуктивности полупустынных земель Северного Прикаспия. М., 1989, 200 с.

55. Понизовский А.А., Иванова С.А. Влияние рН раствора на равновесие обмена Ca-Na в почвах. Почвоведение, 1990, №8, с. 53-60.6$.Понизовский А.А., Пинский Д.Л., Воробьева Л.А. Химические процессы и равновесия в почвах. М., 1986. 102 с.

56. Пономарева В.В. Теория подзолообразовательного процесса. М., 1964, 380 с.

57. Прнходъко В.Е., Дронова Т.Н., Соколова Т.А. Глинистые минералы в почвах солонцового комплекса Северного Прикаспия и их изменение под влиянием орошения. Почвоведение, 2000, № 11, с. 1472-1480.

58. Прнходъко В.Е., Соколова Т.А. Влияние орошения на глинистый материал темно-каштановых почв Заволжья. Почвоведение, 1989, № 1, с. 62-71.

59. Прикаспийский регион. Проблемы социально-экономического развития. М.: ВИНИТИ, 1989,440 с.

60. Рагнм-заде А.И. Сравнительное изучение гумусовых и некоторых других кислот как агентов растворения силикатных минералов. Л., 1972, 231 с.

61. Ремезов Н.П. Почвенные коллоиды и поглотительная способность почв. М., 1957. 234 с.

62. Роде А.А. К вопросу о происхождении микрорельефа Прикаспийской низменности. Вопросы географии. 1953, т. 33, с. 249-260.

63. Роде А.А. Климатические условия района Джаныбекского стационара. -Сообщения Лаборатории лесоведения. Вып. 1. М., 1959. с. 3-40.

64. Роде А.А., Польский М.Н. Почвы Джаныбекского стационара, их морфологическое строение, механический и химический состав и физические свойства .- Тр. Почв. Ин-та им. В.В.Докучаева, 1961., том 56, с. 3-214.

65. Романенков В.А. Изменение почвенного поглощающего комплекса солончаковых солонцов под влиянием мелиорации. Дисс. к.б.н., М., 1990.

66. Романенков В.А. Изменение почвенно-поглощающего комплекса солончаковых солонцов при мелиорации. Повышение продуктивности полупустынных земель Северного Прикаспия. М., 1989, с. 48-59.

67. Ъ2.Романенкова Е.К. Карбонаты в целинных и мелиорированных почвах полупустынной зоны (на примере почв Джаныбекского стационара). Автореф. дис. канд. биол. наук. М., 1990.

68. Рыжова JI.B. Количественные закономерности обменной адсорбции Na-Ca и Na-Sr на черноземе, монтмориллоните и гидробиотите. -Почвоведение, 1973, №6, 27-33.

69. Рыжова JI.B., Шаймухаметов М.Ш. Сравнительная характеристика термодинамики обмена ионов Ca-Na в дерново-подзолистой и черноземной почвах. Физико-химия почв и их плодородие. М., 1988, с. 47-55.

70. Сапанов М.К. Экология лесных насаждений в аридных регионах. М., 2003, 247 с.

71. Соколова Т.А., Сиземская М.Л., Сапанов М.К., Толпешта И.И. Изменение содержания и состава солей в почвах солонцового комплекса Джаныбекского стационара за последние 40-50 лет. -Почвоведение, 2000, № 11, с. 1328-1339.

72. Соколова Т.А., Тесленко Л.Н., Романенков В.А. Гранулометрический состав и состав глинистых минералов в целинных и мелиорированных солонцах северного Прикаспия. Биол. науки, 1989, № 12, с. 87-92.

73. Спозито Г. Термодинамика почвенных растворрв, Л., 1984. 240с.

74. Талызина И.В. Химико-минералогическая характеристика лиманной солоди и лугово-каштановой почвы в условиях' северо-западного Прикаспия. Дипл. работа. МГУ, 1990.

75. Толпешта И.И. Влияние орошения на солевое состояние и состав обменных катионов почв солонцового комплекса (на примере почв Палласовской оросительной системы) : Автореф. дисс. канд. биол.наук. Мм 1992.

76. Толпешта И.И., Соколова Т.А., Сиземская М.Л. Сравнительная оценка влияния орошения и агролесомелиорации на солевое состояние почв солонцового комплекса Северного Прикаспия. Вестник МГУ. Серия 17. Почвоведение, 1997, № 1, с. 15-23.

77. Топунова И.В. Изменение запасов легкорастворимых солей в солончаковых солонцах Северного Прикаспия в условиях подъема уровня грунтовых вод. Вестник МГУ. Сер. 17. Почвоведение, 2002, № 4, с. 31-34.

78. ХанД.В. Органоминеральные соединения и структура почвы. М., 1969.

79. Чижикова Н.П., Позняк С.П., Градусов Б.П., Гоголев И.Н. Преобразование минералогического состава черноземов южных юго-запада Украины при орошении. Почвоведение, 1992, № 8, с. 77-87.

80. Щаймухаметов М.Ш., Куракулов С.Н, Реакция обмена Ca-Na в черноземах и прогнозирование влияния оросительных вод на некоторые их свойства. Почвоведение, 1990, №3, с, 88-104.

81. Шаймухаметов М.Ш., Травникова Л.С., Князева И.В.,. Березина Н.В. Термодинамика обмена К-Са в известкованной и неизвесткованной дерново-подзолистой почве. Почвоведение, 1986, №11, с. 52-57,

82. Щикломанов И. А. Влияние хозяйственной деятельности на речной сток. Л., 1989. 334 с.

83. Alperovitch N., Shainberg /., Keren R. Specific effect of magnesium on the hydraulic conductivity of sodic soils. J. Soil Sci., 1981, Vol. 32, p. 543-554.

84. Amrhein C., Suarez D.L. Procedure for determining Na-Ca selectivity in calcareous and gypsiferous soils. Soil Sci. Soc. Amer. J., 1990, Vol. 54, p. 999-1006.

85. Baes A.U., Bloom P.R. Exchange of alkaline earth catons in soil organic maater. Soil Sci., 1988, Vol. 146, p. 6-14.

86. Beckett P.H. The effect cation exchange equilibria of calcium and magnesium. Soil Sci., 1965, Vol. 100, p. 118-123.

87. Bower C.A. Cation exchange equilibria in soils affected by sodium salts. -Soil Sci., 1959, Vol. 88, p. 32-35.

88. Carson C.B., Dixon LB. Potassium selectivity in certain montmorilloitic soil clays. Soil Sci. Soc. Am. Proc., 1972, Vol. 36, p. 838-843.

89. Chhabra B.S., Thakur D.S., Bajpai S.K. Free bonding energy between cations of Entisols, Inseptisols and Alfisols of India. J. Ind. Chem. Soc., 2002, Vol. 79, p. 616-619.

90. Chi C.L., Emerson W.W., Lewis D.G. Exchangeable calcium, magnesium and sodium and the dispersion of illites in water. Aust. J. Soil Res., 1977, Vol. 28, p. 243-253.

91. Deist A. Factors affecting the availability of potassium in soils. -Potassium Research-Rewiew And Trends. International Potash Institute, 1979, p. 75-98.

92. Deist J., Talibudeen O. Thermodynamics of K-Ca ion in soils. Eur. J. Soil Sci., 1967, Vol. 18, No. l,p. 138-148.

93. Eberl D. Alkali cation selectivity and fixation by clay minerals. Clays and Clay Min., 1980, 1980, Vol. 28, p. 161-172.

94. Evangelou V.P., Phillips R.E. Comparison between the Gapon and Wanselow selectivity coefficients. Soil Sci. Soc. Am. J., 1988, Vol. 52, p. 379-382.

95. Feigenbaum S., Bar-Tal A., Portnoy R., Sparks D.L. Binary and ternary exchange of potassium on calcareous montmorillonitic soils. Soil Sci. Soc. Amer. J., 1991, Vol. 55, p. 49-56.

96. Fletcher R., Holtzclaw K.M., Jouany C., Sposito G., Le Vesque C.S. Sodium-calcium-magnesium exchange reactions on a montmorillonitic soil. II. Ternary exchange reactions. Soil Sci. Soc. Am. J., 1984, Vol. 48, p. 1022-1025.

97. Fletcher R., Sposito G., Le Vesque C.S. Sodium-calcium-magnesium exchange reactions on a montmorillonitic soil. I. Binary exchange reactions. Soil Sci. Soc. Am. J., 1984, Vol. 48, p. 1016-1021.

98. Frenkel H., Alperovitch N. The effect of mineral weathering and soil solution concentrations on ESR-SAR relationships of arid and semi-arid soils from Israel. J.Soil Sci., 1984, Vol. 35, p. 367-372.

99. Frenkel H., Amrhein C., Jurinak J.J. The effect of exchangeable cations on some mineral weathering. Soil Sci. Soc. Amer. J., 1983, Vol. 47, p. 649653.

100. Gheyi H.I., van Bladel R. Calcium-sodium and calcium-magnesium exchange equilibria on some calcareous soils and a montmorillonitic clay. -Agrochimica, 1975, Vol. 19, p. 468-479.

101. Gupta R.K., Bhumbla D.K., Abrol LP. Release of exchangeable sodium from alkali soil upon sediment application role of variable charge and exchangeable cation hydrolisis. - Soil Sci., 1985, Vol. 139, p. 312-318.

102. Gupta R.K., Bhumbla D.K., Abrol LP. Sodium-calcium equilibria in soils as affected by calcium carbonate and organic matter. Soil Sci., 1984, Vol. 138, p. 109-115.

103. Kachoyi G.J., Poonia S.R., Mehta S.C., Siyag R.S. Sodium-calcium exchange equilibria in relation to electrolyte concentration and calcium carbonate in soils. J. Ind. Soil Sci., 1996, Vol. 44, p. 657-661.

104. Keren R., Shainberg L, Klein E. Settling and flocculation value of sodium-montmorillonite particles in ageous media. Soil Sci. Soc. Am. J., 1988, Vol. 52, p. 67-80.

105. Kerr H. W. The nature of identification and composition of the soil alumo-silicate active in base exchange and soil acidity. Soil Sci., 1928, Vol. 24, p.309-335.

106. Knibbe W.G., Thomas J. Calcium exchange coefficients in clay fractions of some vertisols. Soil Sci. Soc. Am. Proc., 1972, Vol. 36, p. 568-572.

107. Krishnamoorthy C., Overstreet R. An experimental evaluations of ion-exchange relationships. Soil Sci., 1950, Vol. 69, p. 41-53.

108. Krishnamoorthy C., Overstreet R. Theory of ion-exchange relationships. -Soil Sci., 1949, Vol. 68, p. 307-315.

109. Kumar R., Mehta S.C., Singh M. Potassium-calcium exchange equilibria in some soils of Haryana. Agrochimica, 1997, Vol. 41, p. 171-176.

110. Ladelout H. The physical chemistry of equilibria involving potassium in soils. Potassium Research-Rewiew And Trends. International Potash Institute, 1978, p. 65-74.

111. Levy R., Tanji K.K., Whittig L.D. Effect of precipitation of alkaline earth carbonates and magnesium hydroxide on Na-Ca-Mg exchange in Wyoming bentonite. Soil Sci. Soc. Amer. J., 1983, Vol. 47, p. 906-912.

112. Marsi M., Evangelou V.P. Chemical and physical behavior of two Kentucky soils. I. Sodium-calcium exchange. J. Environ. Sci. and Health, 1991, Vol. 26, p. 1147-1176.

113. McBride M.B. Interpretation of the variability of selectivity coefficients for exchange between ions of unequal charge on smectites. Clays And Clay Min., 1980, Vol. 28, p. 161-172.

114. McBride M.B., Murray В. An interpretation of cation selectivity variations in M^M4" exchange on clays. -Clays and Clay Minerals, 1979, Vol. 27, p. 417-422.

115. Mehta S.C., Poonia S.R., Pal R. Dependence of selectivity coefficients on sodium saturation of soils. J. Ind. Soc. Soil Sci., 1985, Vol. 33, p. 15-19.

116. Minato H., Inove A. Ca-K exchange reaction and interstratification in montmorillonite. Clays and Clay Minerals, 1979, Vol. 27, 393-401.

117. Muneer M„ Oades J.M. The role of Ca-organic interaction in soil aggregate stability. III. Mechanisms and vodels. Aust. J. Soil Res., 1989, Vol. 27, p. 411-423.

118. Oster J.D., Shainberg I. Exchangeable cation hydrolisis on soil weathering as affected by exchangeable sodium. Soil Sci. Soc. Am. J., 1973, Vol. 37, p.70-75.

119. Paliwal K.V. Validity of Gappn's constant in predicting soil sodicity. -Annals of Arid Zone, 1987, Vol. 6, p. 75-78.

120. Poonia S.R., Mehta S.C., Pal R. Sodificaion of soil in relation to organic matter, total electrolyte concentration and nature of cations and anions. J. Ind. Soil. Sci., 1984, Vol. 32, p. 663-668.

121. Poonia S.R., Mehta S.C., Pal R. The effect of electrolyte concentration on calcium-sodium exchange equilibria in two soil samples of India. -Geoderma, 1984, Vol. 32, p. 63-70.

122. Pratt P.F., Grover B.L. Monovalent-divalent cation exchange equilibria in soils in relation to organic matter and type of clay. Soil Sci. Soc. Amer. Proc., 1964, Vol.28, p. 32-35.

123. Quirk J.P., Aylmore L.A.G. Domains and quasi-crystalline regions in clay systems. Soil Sci. Soc. Amer. J., 1971, Vol. 35, No. 4.

124. Rhue R.D., Mansell R.S. The effect of pH on sodium-calcium and potassium-sodium exchange selectivity for Cecil soil. Soil Sci. Soc. Amer. J., 1988, Vol. 52, p. 641-647.

125. Rich СЛ., Black W.R. Potassium exchange as affected by cation size, pH and mineral structure. Soil Sci., 1964, Vol. 97, p. 384-391.

126. Robbins C.W., Carter D.L. Selectivity coefficients for calcium-magnesium-sodium-potassium exchange in eight soils. Irrig. Sci., 1983, Vol.4, p. 95-102.

127. Schainberg I., Kaisermann A. Kinetics of the formaion and breakdown of Ca-montmorillonite tactoides. Soil Sci. Soc. Am. Proc., 1969, Vol. 33, p. 547.551.

128. Schwertmann U. Die selective Kationensorption der Tonfraktion einiger Boden aus Sedimenten. Zeitschrift Pflanz. Dung. Bodenk., 1962, Vol. 96, p. 9-25.

129. Shainberg /., Letey J., Response of soils to sodic and saline conditions. -Hilgardia., 1984, Vol. 52, p. 1-57.

130. Shainberg I., Oster J.D., Wood J.D. Sodium-calcium exchange in montmorillonite and illite suspensions. Soil Sci. Soc. Am. J., 1980, Vol. 44, p. 960-964.

131. Shainberg I., Otoh H. Size and shape of montmorillonite paricles saturated with Na-Ca ions. Isr. J.Chem., 1968, Vol. 6, p. 251-259.

132. Shalsha E.B., Pratt P.F., Andrade L.B. Potassium-calcium exchange equilibria in volcanic-ash soils. Soil Sci. Soc. Am. J., 1979, Vol. 43, p. 891-896.

133. Shaviv A., Mattigod S.V., Pratt P.F., Joseph H. Potassium exchange in five southern California soils with high potassium fixation capacity. Soil Sci. Soc. Amer. J., 1985, Vol. 49, p. 1128-1133.

134. Slade P.G., Stone P. A. Radoslovitch E.W. Interlayer structures of the two-layer hydrates of Ca- and Na-vermiculites. Clays and Clay Minerals, 1985, Vol. 33, p. 51-61.

135. Sommerfeldt G.T. Effects of anions in the system on the amount of cations adsorbed by soil minerals. Soil Sci. Soc. Amer. Proc., 1962, Vol. 26, p. 141-144.

136. Sposito G. The surfase chemistry of soils. Oxford, 1984. 234 p.

137. Sposito G. The thermodynamics of the soil solution. Oxford, 1981. 153p.

138. Sposito G. Thermodynamics of the soil solution. Soil physical chemistry. Boca Raton, Flo.: CRC Press, 1986, p. 147-178.

139. Sposito G., Holzclaw K.M. Selectivity in Na-Ca, Na-Mg and Ca-Mg exchange on Wyoming bentonite at 298K. Soil Sci. Soc. Amer. J., 1983, Vol. 47, No. 5.

140. Sposito G., Holzclaw K.M., Charlet L., Jouany C., Page A.L. Sodium-calcium and calcium-magnesium exchange on Wyoming bentonite in chloride and perchlorate ionic media. Soil Sci. Soc. Amer. J., 1983, Vol. 47, p. 51-56.

141. Sposito G., Le Vesque C.S. Sodium-calcium-magnesium exchange on Silver Hill illite. Soil Sci. Soc. Am. J., 1983, Vol. 47, p. 917-921.

142. Suarez D.L., Zahow M.F. Ca-Mg exchange selectivity of Wyoming bentonite in chloride and perchlorate solutions. Soil Sci. Soc. Amer. J., 1989, Vol. 53, No. l,p. 53-57.

143. Thellier C., Sposito G. Influence of electrolyte concentration on quaternary cation exchange by Silver Hill illite. Soil Sci. Soc. Amer. J., 1989, Vol. 53, p. 705-711.

144. Thellier C., Sposito G. Quaternary cation exchange by Silver Hill illite. -Soil Sci. Soc. Amer. J., 1988, Vol. 52, p. 979-985.

145. Thomas G.W. Historical developments in soil chemistry: cation exchange. Soil Sci. Soc. Amer. J., 1977, Vol. 41, p. 230-237.

146. Tucker B.M. The partioning of exchangeable magnesium, calcium and sodium in relation to their effects on the clay Australian subsoil dispersion. -Aust. J. Soil Res., 1985, Vol. 36, p, 405-416.

147. Udo E.J. Thermodynamics of K-Ca and Mg-Ca exchange reactions on a kaolinitic soil clay. Soil Sci. Soc. Amer. J., 1978, Vol. 42, p. 556-560.

148. US salinity Laboratory Staff. Diagnosis and improvement of saline and alkali soils. USDA Handbook 60. Washington D.C., 1954.

149. Van Bladel R., Gheyi H.R. Thermodynamic study of Ca-Na and Ca-Mg exchange reactions in calcareous soils. Soil Sci. Soc. Amer. J., 1980, Vol. 44, p. 938-942.

150. Wada S.-I., Seki H. Exchange equilibria on a smectitic soil: modelling the variation of selectivity coefficient. J. Soc. Soil Sci. Plant.Nutr., 1994, Vol. 41, p. 629-636.

151. Wanselow A.P. Equilibria of the base-exchange reaction of bentonites, permutites, soil colloids and zeolites. Soil Sci., 1932, Vol. 32, p. 95-113.

152. Weir A.H. Potassium retention in montmorillonite. Clay Min. Bull., 1965, Vol. 6, p. 17-22.

Информация о работе

Колесников, Александр Владимирович
кандидата биологических наук
Москва, 2004
ВАК 03.00.27

Диссертация

Закономерности катионного обмена в лугово-каштановых почвах Северного Прикаспия - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы