Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ПРИЧИНЫ, ОБУСЛОВЛИВАЮЩИЕ ФИЗИЧЕСКУЮ СОЛОНЦЕВАТОСТЬ ПОЧВ (ЖТЕРАТУРНЬЕ ОБЗОР) .... 13
ГЛАВА II. ПОЧВЫ ЛУГОВО-СОЛОНЦОВОГО КОМПЛЕКСА И УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ 26
1. Природные условия 26
2. Свойства почв . . . 29
ГЛАВА III. УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ СОЛОНЦЕВА-ТОСТИ В ПОЧВАК-ЛУГОВО-СОЛОНЦОВОГО КОМПЛЕКСА 54
1. Условия увлажнения и засоления почв комплекса 54
2. Особенности пространственного изменения факторов, обусловливающих физическую солон-цеватость почв 66
3. Связь показателей физической солонцеватости с обусловливающими их факторами 71
ГЛАВА ІV. ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ. МЕЛИОРАЦИИ НА ИЗМЕНЕНИЕ ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИХ CBdtCTB КОРКОВЫХ СОЛОНЦОВ 82
1. Морфологическое строение 83
2. Структурность ..... 86
3. Плотность сложения и пористость 97
4. Водопроницаемость 105
5. Набухаемость 109
ГЛАВА V. РЕЖИМ ВЛАЖНОСТИ КОРКОВЫХ СОЛОНЦОВ И ЕГО ИЗМЕНЕНИЕ ПРИ ХИМИЧЕСКОЙ. МЕЛИОРАЦИИ .... 115
1. Погодные условия в годы исследований . . . 115
2. Режим влажности корковых солонцов без мелиорации 115
3. Влияние гипсования на изменение режима влажности коркових солонцов ...... 128
4. Влияние кислования на изменение режима влажности корковых солонцов 134
ГЛАВА VІ. ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОЕ МЕЛИОРАЦИИ НА УРОЖАИ. .СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР И ЭКОНОМИ ЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИЕМОВ ХИМИЧЕСКСЖ
МЕЛИОРАЦИИ 141
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 150
ЛИТЕРАТУРА 153
ПРИЛОЖЕНИЯ 177
- ПРИЧИНЫ, ОБУСЛОВЛИВАЮЩИЕ ФИЗИЧЕСКУЮ СОЛОНЦЕВАТОСТЬ ПОЧВ (ЖТЕРАТУРНЬЕ ОБЗОР)
- Природные условия
- Особенности пространственного изменения факторов, обусловливающих физическую солон-цеватость почв
- Морфологическое строение
- Погодные условия в годы исследований
Причины, обусловливающие физическую солонцеватость почв (жтературнье обзор
Согласно определения И.Н.Антипова-Каратаева (1953) физическая солонцеватость определяется весьма характерным специфическим распределением физических свойств по профилю солонцов, иллювиальная часть которых отличается значительным накоплением илистых частиц, их сильной гидрофильностью и пептизируемостью, высоким содержанием связанных форм воды, слабой водопроницаемостью, бесструктурностью в агрономическом отношении и другими физическими свойствами, неблагоприятными для сельскохозяйственного производства.
Одной из основных причин, обусловливающих специфические физические свойства иллювиальных горизонтов солонцов, является состав и соотношение обменных катионов в их поглощающем комплексе. К настоящему времени по этому вопросу в литератзгре накоплен богатый экспериментальный материал. По мере накопления данных в разные годы полученные результаты неоднократно в той или иной степени обобщались и систематизировались. Наиболее обстоятельными, в этом отношении, сводками являются известные работы
И.Н.Антипова-Каратаева (1953) и К.П.Пака (1975), в которых данный вопрос освещался в первом случае по состоянию на начало
50-х и во втором - 70-х годов. Суммируя изложенные в этих работах основные положения, отметим, что в вопросе о роли поглощенных катионов в проявлении физической солонцеватости единства мнений не существует.
Многие исследователи, начиная с К.К.Гедройца и И.Н.Антипова-Каратаева, основным фактором, определяющим отрицательные физические свойства солонцов, считают насыщенность почвенного поглощающего комплекса натрием. В вопросе об источниках натрия в поглощающем комплексе существует несколько точек зрения. По К.К.Гедройцу (пит. 1955) накопление натрия происходило на стадии солончака, засоленного нейтральными натриевыми солями, при рассолении которого натрий оставался в поглощенном состоянии. По К.Д.Глинке (1926) обогащение натрием происходит в результате попеременного засоления -рассоления почвы растворами нейтральных солей. По В.Р.Вильямсу (1949) накопление натрия осуществляется на луговой стадии незасоленных почв под воздействием слабоминерализованных содовых растворов. Данная точка зрения была принята и получила дальнейшее развитие в работах И.Н.Антипова-Каратаева (1953), В.Д. Ковды.(1937, 1946, 1947), Н.И.Базилевич (1953, 1965) и других исследователей солонцовых почв.
Изучение роли натрия в физической солонцеватости было и остается до настоящего времени предметом многочисленных исследований как у нас в стране, так и за рубежом. Большой интерес представляют работы, вскрывающие зависимость между поглощенным натрием и структурностью почв. На существование такой связи имеются указания в работах, выполненных еще в тридцатые годы (Ратнер, 1935; Шаврыгин, 1936 и др.). В настоящее время предпринимаются попытки выразить эти связи в виде статистических закономерностей.
Природные условия
В настоящее время в Западной Сибири накоплено огромное количество данных о связи почв и факторов почвообразования (Гор-шенин, 1922, 1939, 1955; Винокуров, 1923; Неуструев, 1925; Петров, 1948; Кучин, 1939; Базилевич, 1949, 1953, 1965; Цига-нов, 1950, 1953; Коляго, 1968а, 19686; Градобоев, Прудникова, Сметании, I960; Ковалев, Трофимов, 1966, 1968; Трофимов, Панин, 1966; Селяков, 1966; Каретин, 1982 и др.). многочисленными исследованиями установлено, что условия почвообразования в лесостепной зоне региона, в том числе и в лесостепи Ишим-Иртыш-ского междуречья, способствуют развитию общего гумусоаккумуля-тивного процесса. На этом фоне широкое развитие получили процессы заболачивания, засоления, осолонцовывания, осолодения и т.д. По этой причине почвенный покров зоны характеризуется большой неоднородностью.
Закономерности мезо- и микронеоднородности на ограниченных участках почвенных комплексов и, в частности, в комплексах с участием солонцов, остаются слабо изученными. В литературе имеется лишь незначительное количество работ, в той или иной мере освещающих данную проблему (Горшенин, Баранов, 1927; Орловский, 1955; Структура биогеоценозов Барабы, 1975, 1976; Курачев, Рябова, 1976, 1981; Панин, Рябова, 1970; Панин, Елизарова, Шка-руба, 1977). Следует заметить, что все эти работы выполнены в условиях Барабинской низменности и, естественно, всего многообразия природных условий Западной Сибири не охватывают.
Приведем краткую характеристику условий почвообразования, под влиянием которых формируется один из характерных для л Ишим-Иртышской лесостепи лугово-солонцовых комплексов почв.
По рельефу на изучаемом участке лугово-солонцового комплекса обнаруживаются формы поверхности, характерные для геоморфологического района - озерно-аллювиальная неогеновая равнина (Ишимская степь), в состав которой входит междуречье Ишим-Иртышской лесостепи, В результате нивелирной съемки выделены следующие элементы рельефа: болотное понижение, приболотная терраса, водораздельное повышение и колочное понижение (см. рис.1). Наиболее высокие отметки характерны для водораздельного повышения. Его средняя относительная высота в системе нивелирной съемки опытного поля Голубковского стационара составляет 10,93 м. Превышение водораздела над приболотной террасой составляет 0,78, над колочным понижением - 0,97 и над днищем болота -1,64 м:. Каждый элемент мезорельефа характеризуется четковыражен-ным микрорельефом.
Почвообразующими породами изучаемой территории являются четвертичные отложения легко- и среднеглинистого механического состава. Мощность этих отложений не велика и составляет 290-310 см. Лишь в колочном понижении и на его периферии она возрастает до 370-410 см (см. рис.1). Четвертичные породы подстилаются неогеновыми глинами, которые характеризуются большой плотностью, вязкостью и обладают исключительно низкой водопроницаемостью (Семенкин, 1971), поэтому они служат водоупором для грунтовых вод.
Особенности пространственного изменения факторов, обусловливающих физическую солон-цеватость почв
Физическая солонцеватость почв проявляется в их свойствах. Как отмечалось в литературном обзоре, показателями физической солонцеватости являются: обогащенность иллювиального горизонта солонцов тонкодисперсной фракцией, характеризующейся повышенной гидрофильностью; слабая мобильность почвенной влаги, обусловленная высоким содержанием связанных форм воды; высокая плотность сложения, низкая пористость и т.д. Основными факторами, обусловливающими физическую солонцеватость, являются: состав и соотноше-ние поглощенных катионов, обогащенность почвенного профиля щелочными солями, водопептизируемый ил, выступающий одновременно как фактор и показатель физической солонцеватости.
Прежде чем приступить к обсуждению результатов изучения за-висимостей между показателями физической солонцеватости и обусловливающими их факторами, рассмотрим некоторые вопросы пространственного изменения свойств почв, обусловливающих проявление физической солонцеватости. При сопоставлении данных водных вытяжек из почв, залегающих на разных элементах участка изучаемого комплекса (прилож.7) четко прослеживается закономерность - при движении от болота к во-доразделу степень засоления возрастает от незначительной, в черно земно-луговой карбонатной, до очень сильной, в верхних горизонтах коркового солонца водораздела, а далее, на участке между водоразделом и колочной западиной, снова уменьшается, максимум солей перемещается из верхних горизонтов в нижние.
Параллельно с изменением степени засоления изменяется и его химизм - от гидрокарбонатно-кальциевого, в черноземно-луговой карбонатной почве, до сульфатно-содового и содово-сульфатного, в солонцах водораздела и его склона к колочному понижению. Характер засоления меняется в основном за счет изменения содержания анионов Н(?05 жСО$ и катионов Jfa , т.е. за счет изменения содержания соды, которая в почвах приболотной террасы обнаруживается лишь в незначительных количествах, а максимальные ее значения приурочены к верхним горизонтам солонца водораздела и средней части профиля почв склона к колочному понижению .
В прямой зависимости от характера и степени засоления почв находится и состав их обменных катионов. Наиболее благоприятный состав поглощенных катионов у черноземно-луговой карбонатной почвы, которая отличается наименьшей степенью засоления и гид рокарбонатнокальциевым типом химизма (прилож.6). Поглощающий комплекс этой почвы в основном насыщен кальцием (87-89$). Содержание магния и натрия составляет незначительную величину (II-13$). По мере удаления от болота, с возрастанием засоления и увеличением среди солей количества соды, почвы, поглощающий комплекс которых насыщен кальцием, вначале сменяются почвами с преобладанием обменного магния, а затем - натрия. Так, в горизонте АВ черноземно-луговой солонцеватой почвы, по сравнению с черноземно-луговой карбонатной, содержание поглощенного кальция уменьшилось почти в 2 раза, за счет этого количество магния возросло более чем в 5 раз. Насыщенность поглощающего комплекса натрием остается слабой. У коркового солонца водораздела, где ниабольшая степень засоления и среди солей преобладает сода, доминирующее положение занимает натрий, в значительной степени вытеснивший из поглощающего комплекса другие катионы. В горизонте Ik, содержание натрия составляет 76,8$ от суммы, а на долю кальция и магния приходится лишь 23,2$.
Морфологическое строение
Внешний облик почв является прямым отражением почвообразовательных процессов как в случае естественного их залегания, так и при вовлечении в хозяйственный оборот.
При химической мелиорации внешний облик почвы резко меняется, на гипсованном варианте опыта, уже через год, выступающие на поверхности глыбы, образованные в результате вспашки, даже при незначительном усилии легко рассыпаются на мелкие отдельности. Поверхность почвы утратила характерный белесоватый "налет" от кремнезема. Почва быстро пришла в состояние физической спелости. Вызванные действием гипса изменения в морфологии обнаруживаются в основном только в пахотном горизонте, который характеризуется комковатой, при высыхании пылевато-комковатой тонкопористой структурой. С течением времени, начиная с шестого года после мелиорации, размер и механическая прочность агрегатов постепенно возрастают. Однако внешний облик отдельностей даже на десятый год .последействия резко отличается от исходной
структуры своим;сложением, отсутствием ореховатости и т.д.
В первые годы, после внесения мелиоранта, во всей толще пахотного слоя визуально выделялись зерна нерореагировавшего
гипса ввиде белых вкраплений, что свидетельствует о его слабой растворимости в щелочной среде. Подобное явление отмечалось в опытах А.М.Можейко (1946) и А.М.Гринченко (1940). Они объясняли это тем, что в присутствии соды на поверхности кристаллов гипса образуется защитная пленка карбоната кальция (Антипов-Каратаев, 1953) или органического вещества, которое переходя в устойчивое коллоидное состояние снижает растворимость гипса (Можейко, 1946). Не отрицая положительного мелиоративного воздействия гипсования на содовых солонцах А.М.Можейко оценивает факт "пассивирования" гипса как явление отрицательное, считая что гипсовые скопления, покрытые органической пленкой, практически теряют растворимость и в дальнейшем мелиорирующего влияния не оказывают. Обобщая многочисленные результаты исследований по вопросу гипсования содовых солонцов,выполненных в различных регионах страны, К.П.Пак (1975), на наш взгляд, вполне обоснованно делает заключение о том, что факт низкой растворимости гипса в щелочных почвах значительно преувеличен. В нашем опыте на пятый год после мелиорации, в слое 0-10 см, и на десятый, - во всем пахотном горизонте, визуально вкрапления гипса выделить не удается. Таким образом, непрореагировавший сразу после внесения гипс не является пассивным включением в почве. Реакция взаимодействия, вероятно значительно замедленная, не прекращается. Следовательно, гипс, растворяясь постепенно, поддерживает положительные изменения в почве и в течение длительного времени препятствует реставрации солонцовых свойств.
Внешний облик почвы на кислованном варианте так же, как и в случае гипсования,резко изменился. Примерно через месяц после внесения кислоты структурные отдельности в верхнем 10-сантиметровом слое в значительной степени утратили былую механическую прочность. Почвенные глыбы легко разрушались даже при незначительном на них воздействии.
В отличие от гипса зона влияния кислоты в основном распространяется только на верхний 10-сантиметровый слой. В нижней части пахотного горизонта влияние кислоты проявляется значительно ела-бее и обнаруживается, главным образом, по уменьшению размера ореховатых отдельностей и исчезновению характерного глянца на поверхности структурных агрегатов.
После таяния снега, а также во влажные годы (1973, 1976, 1978), эта часть пахотного горизонта длительное время оказыва-" лась переувлажненной» В сухие годы (1974, 1975, 1981) здесь образовались глыбы тумбообразной формы с диаметром в поперечнике до 15-20 см.
Последействие кислоты на десятый год продолжается, хотя степень ее влияния уже сильно снизилась и значительно уступает гипсу. Уменьшилась мощность мелиорированного слоя. Даже на поверхности почвы появились прочные структурные агрегаты по внешнему виду характерные для контроля. После таяния снега в отдельных микропонижениях наблюдалось в течение длительного времени застаивания воды. Все это свидетельствует о затухании мелиоративного эффекта внесенной 10 лет назад концентрированной серной кислоты.
Погодные условия в годы исследований
Водный режим почв, в том числе и солонцов, во многом определяется погодными условиями, поэтому прежде чем приступить к его характеристике необходимо хотя бы коротко остановиться на метеорологических особенностях периода наших исследований.
Известно, что изменения климатических условий происходят в определенной периодичности. Исследованиями А.В.Шнитникова (1957) и АЛ.Сляднева (1972) для южной части Западной Сибири ус-тановлена 32-35-летняя цикличность колебаний климата. Каждый цикл состоит из двух фаз продолжительностью 16-18 лет. В первой фазе увлажненность уменьшается, усиливается засушливость, во второй наоборот, засушливость уменьшается, а увлажненность нарастает. В 1966 году закончилась нисходящая засушливая фаза. Период наших исследований охватывает среднюю часть фазы. нарастания баланса влаги (Сляднев, 1973). На общем фоне нарастания увлажненности годы периода наблюдений характеризовались значительным разнообразием и изменчивостью погодных условий как по годам, так и внутри года.
Как показывает анализ метеорологических данных ближайших к Голубковскому стационару метеостанций (прилож.1) по температурным условиям холоднее обычного был лишь 1972 год, в котором средняя годовая температура, в том числе за холодный и теплый периоды,оказались ниже средних многолетних данных. Остальные годы, в целом, были теплее обычного. Однако, если их сравнивать по сезонам (теплый и холодный периоды), то также обнаруживаются значительные различия. Умеренно теплым летом и мягкой зимой характеризовались 1971, 1973, 1975, 1978 и 1979 годы. 1974 год отличался резкой контрастностью температур в теплый и холодный периоды. Несколько суровой была зима, настолько жарким выдалось лето, Жарким было лето также в 1976 и 1977 годах, однако зимние периоды характеризовались умеренными морозами.
По количеству осадков (прилож.2) к резко засушливому относится 1974 год, за который, по данным Называевской метеостанции_ годовая сумма составила всего 249 мм, что на 93 мм меньше нормы. Меньше средней многолетней суммы выпало осадков так же в 1971 и 1972 годах, Однако, дефицит до многолетней нормы в эти годы выражен значительно меньше (15 и 3 мм). В остальные годы количество выпавших осадков было больше средней многолетней суммы. Особенно выделяются 1977 и 1979 годы, за которые годовая сумма осадков составила 463 и 504 мм, что больше нормы на 121 и 162 мм.
По характеру распределения осадков наиболее благоприятными являются 1973, 1976 и 1979 годы. Неблагоприятным был характер выпадения осадков в 1978 и, особенно, в 1975 годах, когда в тече-ниє в целом засушливого лета за короткий промежуток времени с ливневыми дождями выпадало до 30% годовой нормы осадков.
Таким образом, как показывает краткий анализ погодных условий период исследований охватывает годы с самыми разнообразными метеорологическими особенностями. Причем, различия обнаруживаются не только по годам, но и внутри года.
