Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор и задачи исследования 3
Глава 2. Природные условия и почвы районов иссле дования 28
Глава 3. Объекты и методы исследования 33
Глава 4. Карбонатные новообразования в почвах солонцового комплекса Тургая 37
Глава 5. Гипсовые новообразования в почвах солонцового комплекса Тургая 64
Глава 6. Новообразования легкорастворимых солей почв солонцового комплекса Тургая 90
Глава 7. Солевые новообразования в солончаковых солонцах Северного Прикаспия и их изме нение под влиянием мелиорации 93
Глава 8. Кинетика растворения различных типов карбонатных и гипсовых новообразований в связи с их морфологией 121
Глава 9. Изменение фосфогипса в солонцовых почвах 132
Выводы 142
Список основной использованной литературы 146
Приложение 166
- Карбонатные новообразования в почвах солонцового комплекса Тургая
- Гипсовые новообразования в почвах солонцового комплекса Тургая
- Новообразования легкорастворимых солей почв солонцового комплекса Тургая
- Солевые новообразования в солончаковых солонцах Северного Прикаспия и их изме нение под влиянием мелиорации
Введение к работе
Солевые новообразования являются существенной составляющей частью профиля почв аридных регионов. Состав и свойства солевых аккумуляций самым тесным образом связаны с проблемами генезиса, классификации и диагностики почв. Солевые аккумуляции оказывают большое влияние на состав ППК и почвенного раствора, на водно-физические свойства почвы, на возможности их сельскохозяйственного освоения и мелиорации. Важной особенностью материала солевых новообразования является его значительная динамичность, то есть способность изменяться за сравнительно короткие промежутки времени.
Настоящая работа посвящена изучению новообразований в почвах солонцовых комплексов Тургая и Северного Прикаспия комплексом морфологических, химических и инструментальных методов.
Автор выражает свою искреннюю признательность доктору биологических наук, старшему научному сотруднику кафедры химии почв факультета Почвоведения МГУ Т.А.Соколовой за руководство работой. Автор благодарит кандидата химических наук,доцента Новочеркасского инженерно-мелиоративного института И.Н.Лозановскую,сотрудников лаборатории электронно-микроскопического анализа факультета Почвоведения МГУ инженера ГЛ.Селецкого и кандидата биологических наук, старшего научного сотрудника В.С.Гузева, старшего научного сотрудника кафедры географии почв С.А.Шобу, а также всех сотрудников кафедры химии почв факультета Почвоведения МГУ за оказанную помощь в работе. Автор благодарен заведующему лабораторией генезиса и мелиорации солонцов Почвенного института им .В .В .Докучаева старшему научному сотруднику Э.А.Корнблюму, сотруднику той же лаборатории В.Н.Павлову и старшему научному сотруднику Лаборатории Лесоведения АН СССР Г.П.Максимюк за консультации и помощь при сборе полевого материала.
Карбонатные новообразования в почвах солонцового комплекса Тургая
В почвах были выделены и описаны следующие типы карбонатных новообразований: пропитка с диффузными границами, пропитка с отчетливыми границами, белоглазка с диффузными или отчетливыми границами, прожилки, журавчики.
Пропиточные формы карбонатов представляют собой на срезе пятна белесоватого цвета изометрической или вытянутой формы (в последнем случае они иногда бывают вертикально ориентированы) диаметром 1-40 см, занимают 3-100% площади морфона; материал непрочный. Часто степень пропитки карбонатами возрастает от периферии пятна к центру, что подтверждается изменением окраски от буровато-палевой в краевой части пятен до белесой в центральной их части (рис.ІА). Приуроченности пропиточных форм с отчетливыми границами, которые встречаются нечасто, к какш/нпибо определенным почвам и горизонтам не наблюдается. Они отмечены в горизонтах ВЗ и С лугово-каштановых почв и в горизонтах С и Д полу-гидроморфных солонцов (табл.1, рис.2) на глубинах 50-140 см. Пропитка с диффузными границами чаще всего присутствует в горизонтах В полугидроморфных солонцов на глубинах 30-90 см, но иногда встречаются в других почвах (некоторых гидроморфных солонцах и лугово-каштановых почвах). Белоглазка с отчетливыми границами представляет собой на срезе белесоватые пятна неправильной изометричной формы диаметром 1-3 см, обилие в морфоне 3-8 шт./дат. Часто пятна (или группа пятен) обнаруживает преимущественно горизонтальную или вертикальную ориентацию (рис.ІБ).
В центре некоторых белоглазок встречаются плотные карбонатные журавчики. Белоглазка с отчетливыми границами отмечена в горизонтах BS и С всех изученных разрезов лугово-каштановых почв, на глубинах 80-130 см и в других почвах практически не встречается. Белоглазка с диффузными границами на срезе представляет собой палево-серые округлые или неправильно-изометрические пятна диаметром 0,5-3 см в количестве 2-Ю штук на дат, иногда она встречается в сочетании с пропиткой с диффузными границами. Материал непрочный. Белоглазка с диффузными границами отчетливо приурочена к горизонтам В2 и ВЗ автоморфных и полугидроморфных солонцов (глубины 20-50 см), редко встречается в лугово-каштановых почвах, совсем не втречена в гидроморфных солонцах и соло дях.
Карбонатные прожилки представлены изометричными и вытянутыми стяжениями белесоватого цвета, иногда с признаками вертикальной ориентации (рис.IB), размер пятен 0,5-7 мм, обилие 20-50 штук на дм2. Материал непрочный. Карбонатные прожилки встречены почти во всех разрезах солонцов, в солодях и некоторых лугово-каштановых почвах, главным образом, в нижней части профиля в горизонтах С и Д на глубинах 80-130 см. Только в гидроморфных солонцах они встречаются в вышележащих горизонтах А и Б на глубинах 30-60 см.
Журавчики имеют правильную эллипсовидную форму, размер 2-4 мм, прочноватые, хорошо отделяются от вмещающего материала, встречаются в горизонтах В,С и Д некоторых разрезов лугово-каштановых почв, образуя центральную часть белоглазки (рис.ІБ).
Таким образом, в распределении отдельных типов карбонатных новообразований по разным почвам и горизонтам наблюдаются определенные закономерности. В лугово-каштановых почвах преобладающей формой карбонатных новообразований является белоглазка,чаще всего с резкими границами, реже пропитка с отчетливыми границами в горизонтах ВЗ и С. В некоторых случаях в горизонтах В этих почв присутствуют белоглазки и пропитки с диффузными границами (табл.1, рис.2). Во всех исследованных автоморфных и в большинстве полутидроморфных солонцов карбонаты представлены сочетанием белоглазки, реже пропитки, с диффузными границами в горизонтах В2 и ВЗ с карбонатными прожилками в горизонтах С. Гидро-морфным солонцам свойственны прожилки карбонатов, которые могут встречаться в различных генетических горизонтах. В изученных со-лодях преобладающей формой карбонатных скоплений являются так же, как и в гидроморфных солонцах, прожилки, обычно обнаруживаемые на глубине 70-100 см, реже отмечается пропитка с диффузными границами. В солончаках и вторичнозасоленных солонцах карбонатные аккумуляции отмечены только в двух разрезах из восьми и представлены прожилками и пропиткой с диффузными границами. Помимо различных карбонатных аккумуляций, в пределах карбонатных горизонтов всех изученных почв содержатся рассеянные карбонаты, которые не видны простым глазом, но обнаруживаются по вскипанию материала от HCI. Во многих из исследованных разрезов, независимо от их классификационной принадлежности, наблюдается висячий" карбонатный горизонт, то есть в пределах почвенного профиля находится нижняя граница вскипания. Это явление обычно связано с подстиланием среднесутлинистых отложений карбонатными песками и супесями. Верхняя граница карбонатного горизонта закономерно связана с условиями рельефа, в которых развиваются различные почвы солонцового комплекса. В почвах понижений ее глубина варьирует от 30 до 100 см в лутово-каштановых почвах и от 40 до 130 см - в солодях. В автоморфных и полутидроморфных солонцах граница вскипания колеблется в более узких пределах - от 20 до 50 см. Все изученные разрезы гидроморфных солонцов вскипают с глубины 20 см.
Гипсовые новообразования в почвах солонцового комплекса Тургая
В почвах солонцовых комплексов Тургая выделены следующие типы гипсовых новообразований: прожилки, вкрапленники, кутаны, неагрегированные гнезда, агрегированные гнезда, гнезда-"розы", сферолиты. При изучении гипсовых аккумуляций в достаточно большом числе разрезов выявляется некоторая приуроченность определенных новообразований к тем или иным почвам и горизонтам (рис.2, табл.4). Прожилки встречаются в некоторых полугидроморфных и гидроморфных солонцах в горизонтах В2 и ВЗ на глубинах 20-60 см. Вкрапленники найдены в почвах различных типов (каштановых, некоторых автоморфных и полугидроморфных солонцах, луговых почвах) в горизонтах С и Д на глубинах от 50 до 150 см. Гипсовые кутаны встречаются в горизонтах ВЗ и С на глубинах 60-100 см полугидроморфных солонцов. Неагрегированные гнезда найдены в полугидроморфных солонцах в горизонтах ВЗ и С (глубины соответственно 30-55 и 70-120 см). Агрегированные гнезда приурочены, главным образом, к горизонтам С автоморфных солонцов (глубины 80-170 см) и редко встречаются в полугидроморфных солонцах. Агрегированные гнезда типа "розы" встречаются в горизонтах С и Д полугидроморфных и гидроморфных солонцов и лутовой-каштановых почв (глубины 55-160 см). Гипсовые сферолиты были обнаружены только в одном разрезе луговой почвы лимана в горизонте С на глубине 2 м и в данной главе не рассматриваются. Гипсовые прожилки представляют собой белые непрочные скопления гипса неправильно-вытянутой формы; преобладающие размеры - по длинной оси 3-8 мм, по короткой оси - 0,5-1 мм; иногда они ориентированы в вертикальном направлении; заключены в педах или порах, не вскипают, обилие 10-30 штук на дат вертикальной стенки разреза. При исследовании с помощью РЭМ обнаруживается их кристаллическое строение (рис.7), преобладающие размеры кристаллов 0,001-0,01 мм, преобладающая форма -тонкопризматическая (рис.7А, 7Б), линзовидная (рис.7В); встречаются также вытянутые веретенообразные кристаллы. Между кристаллами преобладают контакты соприкосновения, взаимной ориентации кристаллов не наблюдается. Большая часть наиболее мелких кристаллов характеризуются правильными идиоморфными очертаниями, в то время как крупные кристаллы имеют более сглаженные "оплавленные" формы. Гранный микрорельеф индивидуальных кристаллов гипса в прожилках довольно разнообразен. Отдельные участки поверхности, даже в пределах одного кристалла, могут иметь канальчатый, паутино-каналь-чатый и покато-слоистый микрорельеф (рис.7В, 7Г). В большинстве . мелких кристаллов формируются прямолинейно-слоистые и криволинейг-но-слоистые типы микрорельефа (рис.ТБ). Какойчдибо приуроченности отдельных типов форм кристаллов и морфоскульптур их поверхности к определенным типам почв солонцового комплекса не выявлено.
Гипсовые вкрапленники представляют собой белые непрочные скопления неправильно-изометрической формы, размером 2-8 мм,входят в состав структурных отдельностей в количестве 20-100 штук на I дм2 стенки разреза, некоторые образцы вскипают. Мезо- и микроморфологические наблюдения обнаруживают кристаллическое строение гипсовых вкрапленников (рис.8). Упаковка кристаллов характеризуется преобладанием контактов соприкосновения. Размеры кристаллов варьируют от 0,001 до 0,05 мм. Разнообразна и форма кристаллов - наряду со строго идиоморфными тонкопризматическими (рис.8А) встречаются неправильно-изометрические и неправильно-вытянутые кристаллы (рис.8В, 8Г). На идиоморфных кристаллах преобладающими формами микрорельефа являются криволинейно-слоистый, прямолинейно-слоистый, бугристо-слоистый (рис.8А, 8Б). Эти формы морфо-скульптур выражены на верхних гранях кристаллов, в то время как боковые грани и ребра имеют правильные прямолинейные очертания и гладкую поверхность. Кристаллы неправильно-изометрической и неправильно-вытянутой формы характеризуются ступенчато-бугорчатым микрорельефом (рис.8Г, 8Д). По имегопрімся данным, идиоморфные кристаллы чаще всего встречаются во; вкрапленниках из горизонтов С и Д полугидроморфных и автоморфных солонцов на бурых суглинках и супесях, а кристаллы неправильно-вытянутой формы - в гипсовых вкрапленниках из горизонтов Д каштановых и лугово-каштановых почв, содержащих каолинитовую глину. В последнем случае иногда наблюдается расслаивание кристаллов по плоскостям спайности и некоторый сдвиг слоев по отношению к другим (рис.8Г, 8Д).
Гипсовые кутаны представляют собой двумерные неправильной формы скопления гипса преимущественно на боковых гранях структурных отдельноетей, вертикально ориентированные, с размерами 5-40 мм, толщиной 0,1-1 мм; покрытие поверхности связное или островное. Материал желтоватоеелый, непрочный, не вскипает. Ме-зо-и микроморфологические наблюдения обнаруживают кристаллическое строение кутан (рис.9). Упаковка кристаллов характеризуется преобладанием контактов прилегания и соприкосновения. Часть кристаллов ориентированы параллельно друг другу по направлению базальних граней (рис.9В, 9Г). Размеры кристаллов варьируют от 0,01 до I мм. Форма кристаллов разнообразна: встречаются тонкопризматические частицы почти идиоморфных очертаний (рис.9В, 9Г), дискообразные, неправильно-изометрические и неправильно-вытянутые кристаллы (рис.9А-9В). Часто на поверхности крупных кристаллов неправильно-изометрической формы появляются более мелкие близкие к идиоморфным кристаллы (рис.9В).
Новообразования легкорастворимых солей почв солонцового комплекса Тургая
Новообразования легкорастворимых солей в исследованных почвах Тургая представлены двумя морфологическими формами: 1) агрегатами белых удлиненных волокнистых кристаллов и 2) налетами белых чешуйчатых кристаллов.
Агрегаты удлиненных кристаллов встречаются в виде выпотов, главным образом, на боковых гранях педов и располагаются в нижележащих горизонтах профиля солончаков и ряде полугидроморфных солонцов и солодей (рис.2). Нам не удалось провести детального исследования этих агрегатов, поскольку при высушивании и транспортировке материал новообразований легко осыпается с поверхности педов (следствие непрочной связи с внутрипедной массой и уд-. линейной формой кристаллов). Налеты развиваются на поверхности солончаков и реже встречаются на боковых гранях педов в полугидроморфных солонцах. Микроморфологические исследования показывают, что налеты являются агрегатами рыхлоупакованных мелких кристаллов размером 0,001 мм, имеющих форму оплавленных чешуек, что может свидетельствовать об их растворении (рис.15). Как показали результаты термического и рентгеновского анализов,основным минералом налетов является астраханит. На рентгенограммах он диагностируется по рефлексам 4,6[210,011] ; 3,85[2Il] ; 3,18 [l2I,2Xl]; 2,80[2I,40Q] ; 2,65[401,3lf] ; 2,ЗІ[231,321] (рис.16), щ. что в пределах ошибки измерения соответствует набору стандартных рефлексов, приведенных в картотеке ЗСР2)5[Ї93] . Как видно из данных рентген-дифрактометрии, примеси представлены кварцем, гипсом и, вероятно, глинистым материалом.
Изменение солевых новообразований в солонцах под влиянием мелиоративного воздействия изучалось на основе сравнительного анализа данных для разрезов целинного и мелиорированного солончаковых солонцов, заложенных на территории Джаныбекского стационара Лаборатории Лесоведения АН СССР в Северном Прикаспии. Почвам - отдельным членам солонцовых комплексов Северного Прикаспия -свойственно слабое пространственное варьирование свойств, в том . числе касающихся содержания и состава солевых новообразований. Это дает возможность оценить изменения солевых новообразований под влиянием мелиорации, сопоставляя данные для единичных разрезов.
Разрез целинного солончакового солонца был заложен в откры-той степи под целинной растительностью. Разрез мелиорированного солончакового солонца был заложен под посевом озимой пшеницы на опытном участке, который в течение 24 лет подвергался мелиоративному воздействию по системе, разработанной на Джаныбекском стационаре [к]. В соответствие с этой системой, основными мелиоративными мероприятиями являются: глубокая плантажная вспашка с целью вовлечения гипса, находящегося в подсолонцовом горизонте, в пахотный слой, то есть с целью самомелиорации и посадка однорядных древесных кулис из мелколистного вяза на расстоянии 40 м друг от друга, осуществляющих снегонакопительные функции; благодаря накоплению снега древесными кулисами почвы межкулисных пространств получают дополнительно ежегодно до 100 мм влаги [l2j. В целинном солончаковом солонце карбонатные новообразования представлены пропиткой и белоглазкой с диффузными границами, приуроченными к солонцовому и в меньшей степени - к первому подсолонцовому горизонту (рис.17А). Пропитка представляет собой на срезе пятна неправильной формы светло-палевого цвета, часто вертикально ориентированные, размером 3-8 см, обилием 2- 3 шт/даг, белоглазка представлена палево-белесыми изометричными стяжениями размером 0,2-1 см, обилием 1-5 шт/дм2; и пропитка, и белоглазка имеют диффузные границы и бурно вскипают от HCI. Микроморфологические исследования показывают, что материал окристаллизован (рис.20А). Кристаллы имеют вытянутую форму, размеры 1- 3 мкм по длинной оси, упаковка кристаллов рыхлая, между кристаллами преобладают контакты соприкосновения, взаимной ориентации кристаллов не обнаруживается. По данным рентгеновского и термического анализов единственным карбонатным материалом в пропитке и белоглазке является кальцит (рис.18,19). Величина межплоскостного о расстояния 3,03 А свидетельствует о том, что карбонатный материал характеризуется низким содержанием Ma [l4]. Ha кривых ДТА (рис.19) карбонаты дают отчетливые эндотермические эффекты в диапазоне температур 700-900, что сопровождается соответствующей потерей веса за счет диссоциации карбонатов. По данным термического анализа в препарированных образцах белоглазки содержится 30-40$ карбонатов. Рентгеновский и термический анализ, а также мезоморфологические наблюдения выявляют наличие в составе примесей в карбонатных новообразованиях кварца, полевых шпатов и глинистых минералов.
Солевые новообразования в солончаковых солонцах Северного Прикаспия и их изме нение под влиянием мелиорации
Исследование на мезо- и микроморфологическом уровне обнаруживает окристаллизованность материала (рие.20Б Д). Преобладающие размеры кристаллов 0,0143,1 мм, форма линзовидная, призматическая или удлиненно-призматическая, часто идиоморфная. С глубиной упаковка кристаллов становится более плотной. Контакты соприкосновения между кристаллами в прожилках на глубине 20-50 см (рис.20Б) сменяются на глубине 70 см контактами прилегания (рис.20Д). Поверхность кристаллов в верхних горизонтах - бугристо-конусовидная (рис.20Б), ниже - зеркально-гладкая (рис.20Д).
Гипсовые вкрапленники представляют собой белые непрочные скопления неправильно-изометрической формы, размером J-5 мм,входящие в состав структурных отдельностей; приурочены к нижней части I подсолонцового горизонта, 2 подсолонцовому горизонту ВЗП и (рис.17А) гипсовому засоленному горизонту. Имеют два максимума скопления на глубине НО см ( 20 шт/даг) и на глубине 160 см 60 шт/дм2. Мезо- и микроморфологические наблюдения обнаруживают кристаллическое строение вкрапленников (рис.20Е), размеры кристаллов 0,014),05 мм, форма в основном призматическая, упаковка довольно плотная (преобладают контакты прилегания). Микрорельеф граней индукционно-слоистый и зеркально-гладкий. Агрегированные гнезда гипса - прочноватые, желтого цвета, неправильно-изометрической округлой формы стяжения, размером 0,5-1,5 см, приурочены ко второму подсолонцовому и гипсовым горизонтам ВЗ[ 2са и ВСQсо, (рис.17А), обилие 1-4 шт/дог. В состав агрегированных гнезд часто входят гипсовые вкрапления. Агрегированные гнезда состоят из довольно плотно упакованных (между кристаллами преобладают выпукло-вогнутые и сутурные контакты) кристаллов. Они имеют неправильную ксеноморфную форму, размеры 0,1-0,3 мм, индукционно-слоистый или зеркально-гладкий микрорельеф граней (рис.20 Ж-3).
Неагрегированные гнезда буровато-палевого или палево-белесого цвета (с глубиной происходит осветление гнезд), непрочные, неправильно-изометричной формы стяжения, размером от 1-1,5 см до 3-5 см, приурочены к I и 2 подсолонцовым горизонтам и к гипсово« му засоленному горизонту. Кристаллы линзовидной (рис.20И),неправильно-вытянутой формы (рис.20М), размерами 0,1-0,2 мм; между кристаллами преобладают контакты соприкосновения и плавающие контакты. Рельеф поверхности бугристо-конусовидный, канальчатый или индукционно-слоистый (рис.20 К-М). Пространство между кристаллами заполнено карбонатно-глинистой плазмой.
Сферолиты ("друзы") - эллипсовидной или неправильной формы, желтовато-палевые прочноватые и прочные образования размером 2-5 см; встречаются в горизонтах ВС (рис.І7А) в количестве 1-2 шт/дм2; обычно внешняя часть сферолита имеет радаально- пучиотое строение и состоит из крупных вытянутых плотноупакованных кристаллов, ориентированных в радиальном направлении. Внутренняя часть сферолитов содержит изометричные рыхлоупакованные скопления гипсовых кристаллов разных размеров. Большая часть сферолитов несет признаки разрушения и растворения в виде многочисленных пустот и трещин, через которые внутрь сферолитов проникает глинистое вещество и другие примеси (рис.20 Н,0). По данным рентгеновского и термического анализов в составе всех типов гипсовых новообразований преобладающим минералом является гипс (рис.18,19).
Содержание гипса в неагрегированных гнездах составляет (по данным термического анализа) 50$, во вкрапленниках и агрегированных гнездах до 90$, в сферолитах 80-90$. Содержание гипса в прожилках нами не определялось ввиду мелких размеров I мм и трудности их препарирования, но по данным мезо- и микроморфологических исследований оно должно быть значительным и сравнимым с содержанием гипса в агрегированных гнездах.
Новообразования легкорастворимых солей представлены единственной морфологической формой - выпотами. На стенках разреза выпоты легкорастворимых солей представляют собой совокупность игольчатых кристаллов белого цвета длиной 0,1-2 мм. Кристаллы ориентированы перпендикулярно боковой поверхности педов, некоторые кристаллы полые (рис.20Д-Е). Обилие кристаллов на боковой поверхности педов составляет до 1000 шт/дог. Выпоты легко растворимых солей приурочены, в основном, к подсолонцовым горизонтам и к горизонтам ВС, могут занимать до 80$ площади горизонта на срезе. По результатам рентгеновского и термического анализов (рис. І8Ж) основным минералом выпотов является астраханит Nct SOif MaSO Ч ЧН О » который диагностируется по отражениям: 4,56; 3,98; 3,80; 3,25; 2,73; 2,732; 2,644; 2,314; 2,113 [l93]. К сожалению, не удалось выяснить, какими минералами представлены в исследованных почвах хлориды. Очевидно, в почвах они кристаллизуются в настолько малых количествах, что не регистрируются ни рентгеновским, ни термическим методом.
