ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2004, № 11, с. 1325-1334
УДК 631.412
ХИМИЯ
почв
ПРИРОДА ЩЕЛОЧНОСТИ ЦЕЛИННЫХ И АГРОГЕННО-ИЗМЕНЕННЫХ ПОЧВ СОЛОНЦОВОГО КОМПЛЕКСА
ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ*
© 2004 г. И. Н. Любимова, А. В. Горобец, В. А. Грачев, Н. С. Никитина
Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН 119017, Москва, Пыжевский пер., 7 Поступила в редакцию 30.12.2002 г.
Изучена природа щелочности целинных и агрогенно-измененных почв солонцового комплекса. Показано, что для целинных почв характерна четкая дифференциация профиля по величине рН паст. В мелиорированных почвах эти различия сглаживаются, прежде всего, за счет увеличения рН паст в поверхностных карбонатных горизонтах. Обнаружено, что для почв изученного солонцового комплекса характерна повышенная доля органической щелочности в составе общей. Высокие индексы насыщенности по отношению к кальциту в карбонатных горизонтах как целинных, так и мелиорированных почв свидетельствуют о том, что часть его легко переходит в раствор, образуя насыщенные и пересыщенные растворы.
Кислотно-основные свойства почв несомненно влияют на процессы катионного обмена, подвижность химических элементов и их доступность растениям, устойчивость минералов, образование соединений в почвах и др. От кислотно-основных свойств почв непосредственно зависят рост и развитие растений, плодородие и мелиоративные особенности почв, выбор форм удобрений и мелиорантов.
В течение многих лет установилась традиция оценивать показатели щелочности для характеристики химических свойств почв семиаридных и аридных областей, к которым относятся и объекты нашего исследования. Определяют две группы показателей, характеризующих щелочность почв. Первая группа показателей характеризует актуальную щелочность или активность ОН-ионов в жидких фазах почвенных систем: почвенных растворов, насыщенных водой почвенных паст, фильтратов из паст, водных почвенных суспензий, водных вытяжек и др. В качестве показателей актуальной щелочности используют величину рН. Вторая группа показателей отражает то количество компонентов, которое обусловливает проявление щелочных свойств почв. Определяют общее содержание этих компонентов или общую щелочность и содержание конкретных соединений или видов щелочности (карбонатная, боратная, органическая и др.), которое выражают либо числом миллимолей эквивалентов анионов-оснований в литре, либо в
пересчете на 100 г почвы [4].
*
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ,
проект 00-04-48374.
Эти группы показателей характеризуют разные аспекты щелочных свойств почв и поэтому не всегда взаимозаменяемы. Часто величину рН рассматривают как интенсивный показатель кислотно-основных свойств почв или как фактор интенсивности, а общую щелочность - фактор емкости [3].
Щелочные свойства почв традиционно связывают с присутствием в жидких фазах почв анионов слабых неорганических и относительно более сильных органических кислот [11, 13 и др.]. В работах Воробьевой [2, 5] приведены уравнения и константы равновесия химических реакций, которые обусловливают проявление щелочности почв этими анионами, и большое внимание уделено щелочности, обусловленной карбонатными
ионами (С03 и НС03).
Проведенные ранее исследования целинных и агрогенно-измененных почв степного солонцового комплекса показали существенные различия в миграции карбоната кальция по профилю агро-генно-измененных почв и возможность его накопления в верхней части пахотного горизонта мелиорированных почв [14]. Цель данной работы -выявить влияние перераспределения карбонатов по профилю почв на изменение их щелочности.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Анализировались пробы почв с участка, на котором проводился опыт по мелиорации солонцов. Опытный участок расположен в Городищенском р-не Волгоградской обл. на южном окончании Приволжской возвышенности в пределах Волго-
Донского междуречья в 18 км к северу от г. Волгограда. Район исследований характеризуется следующими климатическими условиями: среднегодовая температура +7.8°С; среднемесячная температура января -9.5°С, июля +34°С; длительность периода с температурами выше 10°С - 165 дней; средняя многолетняя сумма осадков - 337 мм, из них большая часть выпадает в теплое время года; испаряемость 900-1000 мм в год. Метеорологические условия характеризуются значительной амплитудой колебаний от средних многолетних величин. Территория, на которой расположен участок, расчленена овражно-балочной сетью. Почвообразующие породы представлены засоленными лёссовидными суглинками мощностью до 10 м. Грунтовые воды залегают глубже 10 м.
Поверхность участка имеет хорошо выраженный микрорельеф. Почвенный комплекс трехчленный. Он представлен: солонцами каштановыми степными солончаковатыми высококарбонатными глубокогипсовыми средними, мелкими, корковыми средне- и малонатриевыми (преобладают солонцы средние); светло-каштановыми высококарбонатными слабосолонцеватыми почвами; лугово-каштановыми почвами. Солонцы расположены в микропонижениях.
Полевой опыт по изучению различных мелиоративных обработок на свойства степных солонцов и светло-каштановых солонцеватых почв был заложен в 1973 г. Е.Т. Дегтяревой. Опытный участок не орошался. До 1992 г. на участке высевались однолетние и многолетние травы. С 1993 г. полевые работы на участке не проводились. Многолетние наблюдения за почвами опытных участков показали, что в результате глубоких мелиоративных обработок через 24 года произошло накопление карбонатов в верхних горизонтах этих почв [14].
Исследования проводили на целинных солонце каштановом степном солончаковатом высококарбонатном глубокогипсовом среднем малонатриевом тяжелосуглинистом1 (разр. 1-97) и светло-каштановой высококарбонатной слабосолонцеватой тяжелосуглинистой почве (разр. 2-97), и мелиорированных почвах после трехъярусной вспашки (на 40-45 см) - агроземе солонцовом светлом типичном2 (разр. 5-97) и агроземе аккумулятивно-карбонатном со светлым гумусовым горизонтом (разр. 6-97). Некоторые химические свойства исследуемых почв приведены в табл. 1. Индексацию горизонтов и классификационное положение мелиорированных почв солонцовых
1 В соответствии с "Классификацией почв России" 1997 г. -солонец светлый типичный и каштановая солонцеватая почва.
2 Далее по тексту "агрозем солонцовый".
3 Далее по тексту "агрозем аккумулятивно-карбонатный".
комплексов осуществляли в соответствии с Классификацией почв России 1997 г. [12].
Известно, что для расчета химических равновесий следует использовать данные ионного состава равновесного почвенного раствора, так как при широком соотношении почвы и воды, используемом в методе водной вытяжки, резко смещаются химические равновесия, свойственные реальным почвам. Выделение почвенных растворов классическими методами крайне трудоемко [4]. По этим причинам для оценки показателей щелочности почв и проведения термодинамических расчетов выделяли фильтраты из насыщенных водой почвенных паст [17]. С некоторыми допущениями можно полагать, что ионный состав фильтратов из паст близок к составу почвенных растворов.
В фильтратах из насыщенных водой почвенных паст определяли общую, а также карбонатную и органическую виды щелочности методом прямого и обратного потенциометрического титрования [9]. Значения pH измеряли потенциомет-рически непосредственно в почвенных пастах, в фильтратах из паст, а также в водных почвенных суспензиях (1 : 5). Степень засоления почв оценивали методом водной вытяжки (1 : 5) [1]. В фильтратах из паст и водных вытяжках определяли концентрацию анионов и катионов традиционными методами [4].
Содержание в почвах гумуса определяли по методу Тюрина [1], содержание карбонатов - ал-калиметрически по методу Козловского [7]. Содержание гипса в почвах рассчитывали по разности между количеством сульфатов, извлекаемых
из почвы 0.2 М HCl [1], и содержанием SO4 , переходящим в фильтрат из насыщенной водой почвенной пасты [17].
Для интерпретации полученных экспериментальных результатов и выявления механизмов, контролирующих величину pH паст и концентрацию карбонатных ионов в фильтратах из паст, проводили термодинамические расчеты карбо-натно-кальциевых равновесий с помощью компьютерных программ LIBRA [16] и MINTEQA2 (U.S. Environmental Protection Agency) [20]. При проведении расчетов допускали, что суточное настаивание насыщенных водой почвенных паст обеспечивает достижение равновесия между твердыми и жидкими фазами почв.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты определения pH, общей и различных видов щелочности (карбонатной и органической) фильтратов из насыщенных водой почвенных паст приведены в табл. 2 и 3. Для верхних некарбонатных горизонтов целинных солонца и
Таблица 1. Химические свойства почв опытного участка
Горизонт Глубина, см рН суспензии (1 : 5) Гумус Сумма солей (водная вытяжка) CaCO3 Гипс
%
Разр. 1-97. Солонец средний
AY 0-1(6.5) 6.88 1.88 0.032 следы не обн.
AYEL 1(6.5)-10(14) 7.50 2.39 0.018 » »
BSN 10(14)-22(28) 7.87 1.62 0.051 » »
BSNml 22(28)-25(30) 8.42 не опр. 0.102 3.21 следы
BCAml 25(30)-31(40) 8.86 » 0.073 7.80 »
BCAbn 28(40)-50(68) 9.62 » 0.110 10.2 0.10
BCA'bn 50(68)-80(91) 9.32 » 0.173 6.80 0.18
BCAcs2, bn 80(91)-99(107) 8.47 » 1.628 4.41 14.2
BCcs2, bn, s 82(107)-130 8.70 » 1.413 4.59 3.40
BC'cs2, bn, s 98(101)-130 9.05 » 1.142 5.41 1.49
Разр. 2-97. Светло-каштановая солонцеватая почва
AY 0-2(5) 7.68 3.37 0.027 следы не обн.
AY' 2(5)-13(18) 7.44 2.52 0.017 » »
BMKsn 13(18)-31(38) 7.43 1.79 0.019 » »
BMKml 31(35)-45(50) 8.58 не опр. 0.055 7.21 »
BCAbn 45(50)-66(76) 8.68 » 0.054 6.00 следы
BCA'bn 66(70)-78(88) 9.00 » 0.070 7.21 »
BCml 78(88)-130 9.27 » 0.098 6.21 »
Разр. 5-97. Агрозем солонцовый
PYml 0-10(18) 8.17 1.49 0.053 2.59 не обн.
PY'hr, ml 10(18)-25(44) 8.48 1.45 0.090 2.00 »
[0.5BSN + 0.5BCAml] 25(42)-32(55) 8.50 1.32 0.101 3.59 »
BSNhr* 39(49)-43(55) 8.47 1.71 0.107 0.59 »
BCAbn 36(55)-60 9.14 не опр. 0.116 9.80 »
Разр. 6-97. Агрозем аккумулятивно-карбонатный
PYhr, ml 0-1(6) 8.06 1.62 0.050 3.00 не обн.
PY'hr, ml 1(6)-4(12) 8.13 1.62 0.053 2.59 »
PY''hr, ml 4(12)-30(50) 8.00 1.96 0.091 0.59
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.