ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2004, № 1, с. 18-31
УДК 631.4
ГЕНЕЗИС И ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ
ВЫБОР ДИАГНОСТИЧЕСКИХ КРИТЕРИЕВ СУЩЕСТВОВАНИЯ И СТЕПЕНИ ВЫРАЖЕННОСТИ СОЛОНЦОВОГО ПРОЦЕССА
В ПОЧВАХ
© 2004 г. Н. Б. Хитров
Почвенный институт им. ВВ. Докучаева РАСХН, 109017 Москва, Пыжевский пер., 7 Поступила в редакцию 18.07.2002 г.
Представлен развернутый конкретный пример выбора диагностических критериев существования и степени выраженности солонцового процесса в почве на основе предложенного ранее концептуально-методологического подхода. Дано определение понятию "солонцовый процесс". Приведены обоснование и результаты выбора диагностических критериев.
Цель статьи - обосновать выбор диагностических критериев существования степени выраженности солонцового процесса на основе предложенного ранее концептуально-методологического подхода [58, 59]. Этот подход включает две схемы (1 и 2), которые опубликованы раньше [58, 59]. В настоящей статье каждое положение из этих схем используется в качестве своеобразного заголовка отдельных разделов.
Изложение рассуждений и обоснования выбора диагностических критериев солонцового процесса соответствует последовательности положений в предложенных схемах [58, 59].
Положение 1 схемы 1 предполагает формулирование общего представления о диагностируемом процессе с указанием его существенных признаков. Выполним его по отношению к солонцовому процессу.
Представления о солонцовом процессе складывались при исследовании генезиса, свойств солонцов и других почв солонцовых комплексов степной, сухостепной и полупустынной зон.
В конце XIX века народный термин "солонец" не имел четкого применения. Иногда он означал то же, что и "солончак", то есть засоленную почву. В большинстве случаев, по заключению
B.В. Докучаева, ".. .солонцы южной России, как и подзолы северной, - понятия собирательные, под которыми надо разуметь вообще почему-либо неплодородные земли данной местности" [19, с. 388].
На рубеже XIX и XX веков в начальный период исследования солонцов накапливались сведения об их морфологии и свойствах в различных регионах России (В.С. Богдан, А. Остряков,
C.С. Неуструев, Л.И. Прасолов и др.). Часть исследователей (П.А. Земятчинский, Н.М. Сибирцев, К.Д. Глинка, Н.А. Димо) в этот период считали эти почвы близкими к подзолистым. В работах
других (А.Я. Гордягин, Г.И. Танфильев, П.С. Кос-сович) указывается связь образования солонцов с присутствием соды и накоплением аморфной кремнекислоты.
Наиболее важные положения о сущности солонцового процесса были сформулированы в работах К.К. Гедройца в 1912-1928 гг. [12]. В этих работах было экспериментально установлено пептизирующее действие обменного натрия на почвенные коллоиды в условиях низкой концентрации солей в растворе. Объяснение этого явления основано на теории устойчивости и коагуляции ионно-стабилизированных дисперсных систем, которую часто называют теорией Дерягина-Ландау-Фервея-Овербека (ДЛФО) [52, 73]. В жидкости на границе с твердой частицей, имеющей поверхностный заряд, образуется двойной электрический слой за счет притяжения из раствора к поверхности частицы ионов противоположного знака. При взаимодействии таких частиц в жидкой среде действуют молекулярные силы притяжения Ван-дер-Ваальса - Лондона и электростатические силы отталкивания, возникающие при перекрытии одноименно заряженных ионных атмосфер. Если силы притяжения оказываются больше сил отталкивания, происходит слипание частиц и коагуляция. Если наоборот, частицы самопроизвольно отталкиваются друг от друга. В этом случае превышение сил отталкивания над силами притяжения создает силовой (энергетический) барьер, препятствующий сближению частиц. Величина этого энергетического барьера зависит от поверхностного заряда частиц, состава обменных катионов, общей концентрации и состава почвенного раствора. В самом общем виде величина барьера возрастает при увеличении доли обменного натрия на фоне низкой общей концентрации солей в почвенном растворе. Увеличение концентрации солей в рас-
творе даже при очень высоком содержании обменного натрия приводит к сжатию двойных электрических слоев возле поверхности почвенных коллоидов, снижению энергетического барьера и коагуляции.
Сочетание сравнительно повышенного содержания обменного натрия на фоне низкой концентрации солей в растворе в одних случаях является причиной возникновения высокой щелочности раствора вплоть до образования соды, в других -является следствием исходно высокой щелочности раствора, особенно при наличии соды. Первая ситуация возможна при пульсирующем водном режиме или промывании засоленной почвы ультрапресными растворами. Вторая ситуация возникает при поступлении в почву содовых растворов с грунтовыми или оросительными водами. В обеих ситуациях сочетание повышенного содержания обменного натрия на фоне низкой концентрации солей в растворе способствует развитию ряда явлений.
Во-первых, увеличивается доля илистых частиц, не связанных в агрегаты. Обычно в таких ситуациях говорят о пептизации ила. Во многих работах была установлена существенно более высокая доля так называемого водно-пептизи-руемого ила (до 20-90% от общего содержания ила) в солонцовом горизонте по сравнению с другими горизонтами разных почв [2, 15, 10 и др.]. Кроме того, при насыщении обменным натрием смектитовая фаза почв приобретает состояние супердисперсности [62], которое заключается в расширении межслоевого расстояния в воздушно-сухом состоянии с 1.4 нм до 1.6-1.7 нм, а также в разобщении или расслоении кристаллитов сме-шанослойных слюда-смектитовых образований с высоким содержанием смектитовых пакетов на тонкие фрагменты (толщина до 5-10 нм) с малым количеством (3-6) пакетов вплоть до разделения на отдельные пакеты.
Во-вторых, в условиях насыщения обменным натрием на фоне низкой концентрации солей в растворе увеличивается растворимость гумусовых веществ, поскольку гуматы и фульваты натрия по своей природе обладают высокой растворимостью [37].
В-третьих, многие силикатные и алюмосили-катные минералы в щелочной среде разрушаются, подвергаясь так называемому щелочному гидролизу. В результате образуются аморфные соединения кремния, алюминия, железа [8, 27, 42 и др.].
В-четвертых, пептизированные коллоиды и растворенные гумусовые вещества могут перемещаться вниз по профилю почвы. Этим объясняют формирование текстурно-дифференцированного профиля. Он включает облегченный по гранулометрическому составу поверхностный (надсолон-цовый) горизонт, из которого илистые частицы
удаляются, и расположенный под ним более тяжелый по гранулометрическому составу солонцовый горизонт, в котором эти частицы накапливаются в виде натечных кутан на гранях структурных отдельностей [7, 43].
Идея К.К. Гедройца о роли сочетания содержания обменного натрия на фоне низкой концентрации солей в растворе в развитии солонцов побудила к поиску механизмов возникновения такого сочетания. Среди них следует отметить 5 наиболее важных вариантов.
Первый вариант был предложен самим К.К. Гедройцем [12] в виде схемы эволюции почв при рассолении: натриевый солончак —► солонец —- солодь. Этот вариант предполагает первоначальную стадию сильного засоления почвы, на которой накапливается много обменного натрия, но высокая концентрация солей способствует коагуляции всех частиц. Развитие солонцового процесса становится возможным при последующем рассолении (а именно, при снижении концентрации солей в почвенном растворе до величин ниже порога коагуляции) при условии, что обменный натрий сохраняется в достаточном количестве. Последнее возможно в тех случаях, когда в твердой фазе отсутствует гипс и/или растворы, вызывающие рассоление почвы, содержат мало ионов кальция и магния.
Второй вариант предложил К.Д. Глинка [13]. Его суть - накопление обменного натрия при низкой концентрации солей возникает при многократном повторении циклов засоления почвы при поднятии минерализованных грунтовых вод или верховодки в одни сезоны года и последующего рассоления верхних горизонтов атмосферными осадками и/или водами поверхностного притока в другие сезоны года.
Возможность последовательного накопления обменного натрия в этой ситуации обусловлена двумя факторами: 1) соотношением содержания обменных катионов и катионов в почвенном растворе и 2) концентрацией кальция в водах, вызывающих сезонное частичное рассоление верхних горизонтов почвы. Емкость катионного обмена (ЕКО) почвы существенно больше суммарного содержания катионов в почвенном растворе, если последнее выразить на единицу массы почвы. Эти величины сопоставимы только при очень сильном засолении почвы. Например, в почвенном растворе 50 г/л при влажности 30% находится приблизительно 20-27 мг-экв/100 г почвы катионов, в каштановых почвах ЕКО составляет 2030 мг-экв/100 г почвы. При отсутствии засоления общее количество катионов в почвенном растворе составляет 0.3-0.5 мг-экв/100 г почвы (концентрация солей 1 г/л при влажности 30%), что в десятки и сотни раз меньше суммарного количества обменных катионов. За счет этого вытеснение
небольшого количества обменного катиона (натрия) из почвенного поглощающего комплекса сопровождается резким повышением концентрации этого катиона в растворе, что существенно влияет на ионообменное равновесие. Вторым фактором накопления обменного натрия в почве в цикле засоление-рассоление является очень низкая концентрация кальция в атмосферных осадках. Такие ультрапресные воды могут вызывать замещение и оттеснение вниз солевого почвенного раствора, тогда как ионообменные реакции почти не меняют содержание обменного натрия (чрезвычайно мало общее содержание кальция в растворе).
Третий вариант формирования условий развития солонцов - засоление почвы содовыми грунтовыми водами, не проходя стадии солончака [8, 29]. В этом случае накопление обменного натрия происходит достаточно быстро за счет вытеснения кальция и магния из почвенного поглощающего комплекса и их осаждения в виде карбонатов в щелочной среде (рН > 8.5) и избытке карбо-
2_ _ нат-(С03 ) и гидрокарбонат-(НС03) ионов в
растворе. При этом гидрокарбонатно-натриевые или содовые растворы могут имет
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.