Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 9
1.1. Причины формирования мочарных ландшафтов 10
1.2. Генезис почв мочарных ландшафтов 13
1.3. Особенности почвообразования почв мочарных ландшафтов ... 15
1.4. Номенклатура и классификация 19
1.5. Морфологические особенности почв мочарных ландшафтов . 23
1.6. Общая физико-химическая характеристика свойств почв мочарных ландшафтов 24
1.7. Сельскохозяйственное использование мочарных ландшафтов 29
Глава 2. Характеристика объектов исследований 33
2.1. Физико-географическая характеристика Октябрьского района... 33
2.1.1. Рельеф и геоморфология 33
2.1.2. Геолого-гидрологическая характеристика 34
2.1.3. Климат 36
2.1.4. Почвообразующие породы 38
2.2. Физико-географическая характеристика Зерноградского района 40
2.2.1. Рельеф и геоморфология 40
2.2.2. Геолого-гидрологическая характеристика 41
2.2.3. Климат 42
2.2.4. Почвообразующие породы 44
2.3. Естественная растительность почв мочарных участков 46
2.4. Описание почвенного покрова объектов исследований 49
2.4.1. Почвенный покров Октябрьского района 50
2.4.2. Почвенный покров Зерноградского района S3
Глава 3. Методика исследования 57
Глава 4. Влияние локального переувлажнения на химические и физические свойства чернозема обыкновенного 63
4.1. Физико-химические свойства почв мочарных ландшафтов Октябрьского района 63
4.2. Физико-химические свойства почв мочарных ландшафтов Зерноградского района 70
4.3. Некоторые физические свойства почв мочарных ландшафтов Октябрьского района 85
4.4. Физические свойства почв мочарных ландшафтов Зерноград-ского района 88
4.4.1 .Гранулометрический состав и гигроскопическая влажность 88
4.4.2. Плотность почв мочарных ландшафтов 92
4.4.3. Структурное состояние почв мочарных ландшафтов 95
Глава 5. Изменение минеральной и органической части черноземов обыкновенных карбонатных при развитии локального переувлажнения 102
5.1. Минералогический состав некоторых почв локально переувлажненных ландшафтов Октябрьского района 102
5.2. Минералогический состав почв локально переувлажненных ландшафтов Зерноградского района 109
5.3. Влияние локального переувлажнения на содержание общего гумуса почвы и его качественный состав 121
5.3.1. Качественный состав гумуса почв локально переувлажненных ландшафтов Октябрьского района 123
5.3.2. Качественный состав гумуса почв локально переувлажненных ландшафтов Зерноградского района 128
5.3.3. Особенности качественного состава гумуса илистой фракции локально переувлажненных почв 134
5.3.4. Особенности качественного состава гумуса тонкопыле-ватой фракции локально переувлажненных почв 143
Выводы 149
Список литературы 152
Приложения 166
- Особенности почвообразования почв мочарных ландшафтов
- Физико-географическая характеристика Зерноградского района
- Физико-химические свойства почв мочарных ландшафтов Зерноградского района
- Минералогический состав почв локально переувлажненных ландшафтов Зерноградского района
Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время, одним из основных факторов, обуславливающих изменение биосферы является производственная деятельность человека, что накладывает своеобразный отпечаток на большинство происходящих в ней процессов. Именно это обстоятельство, а также особенности общей гидрологической обстановки ландшафтов, определяют на юге страны (Ростовская область, Краснодарский край, Ставропольский край) и прилегающих государств (Украина, Молдавия) расширение площадей, занятых переувлажненными почвами.
Автоморфные черноземы подвергаются интенсивному переувлажнению, не соответствующему экологии этих почв, приобретают признаки гидроморфизма, что и приводит к их деградации. В результате этого процесса огромные массивы пахотных почв, ранее используемые для размещения сельскохозяйственных культур, существенно снизили или полностью утратили свое плодородие. Так как переувлажнение имеет локальный характер, то вследствие этого нарушается однородность полей, задерживаются сроки проведения весенних полевых работ. На месте привычного агроландшафта формируется новый тип локально переувлажненного, или так называемого «мочарного» ландшафта, с типичной гидрофильной растительностью и гидроморфными почвами разной степени заболоченности и засоления. Значительное увеличение таких ареалов произошло из-за роста культуры земледелия, направленной на более полное поглощение осадков. К тому же, погрешности в работе масштабных оросительных систем на юге России были причиной весьма значительного поступления воды в грунтовый поток, в результате чего произошло поднятие уровня грунтовых вод на прилегающих к зоне орошения территориях. Интенсивное воздействие избыточного увлажнения на минеральную часть почвы приводит к изменению практически всех ее свойств, в результате чего автоморфные черноземы трансформируются в засоленные, осолонцованные, оглеен-ные, слитые почвы. Необходимость мелиорации почв мочарных ландшафтов ставит задачу всестороннего изучения их свойств и причин неблагоприятного физико-химического состояния. Одним из важнейших показателей плодородия почв является их гумусное состояние; следовательно, его исследование может указать направление мелиорации таких почв и повышения их плодородия.
Цель исследования — изучение изменений черноземов обыкновенных карбонатных с учетом фациальных особенностей, подвергающихся интенсивному переувлажнению, обусловленному различными причинами.
Комплексная оценка экологического состояния переувлажняемых черноземов включает анализ изменений физических и химических свойств почв для каждого района исследования, имеющих свои почвенно-экологические особенности. Особое внимание в исследовании уделено изучению влияния локального переувлажнения на содержание и качественный состав гумуса чернозема обыкновенного, и его распределение по гранулометрическим фракциям почвы.
Задачи исследования: 1. Изучить влияние локального переувлажнения на черноземы и выявить сходство или отличия для почв локально переувлажненных ландшафтов Зерноградского и Октябрьского районов Ростовской области.
2. Исследовать морфологические и физико-химические особенности почв локально переувлажненных ландшафтов.
3. Изучить трансформацию органической и минеральной части черноземных почв при длительном переувлажнении.
Положения, выносимые на защиту: 1. В локально переувлажненных ландшафтах ведущим фактором почвообразования выступают почвенно-грунтовые воды, которые вызывают характерные изменения в свойствах черноземов, в значительной степени нивелирующие особенности рельефа и почвообразующих пород.
2. Характер изменения свойств черноземов при развитии локального переувлажнения зависит от степени переувлажнения и, отчасти, от свойств самой почвы.
3. Трансформация гумусного состояния почв локально переувлажненных ландшафтов характеризуется увеличением общего содержания гумуса, его фульва- тизацией, упрощением структур молекул гуминовых кислот и закреплением гумуса минеральной частью почвы.
4. В минералогическом составе переувлажненных почв наблюдается увеличение содержания минералов группы иллитов и уменьшение — группы хлоритов. Ил-литизация сопровождается ростом в составе гумуса веществ, прочно связанных с глинистыми минералами.
5. Переувлажнение способствует изменению физических свойств черноземов: увеличению их плотности, изменению структурного состояния, увеличению гигроскопической влажности и некоторому увеличению содержания физической глины за счет илистых частиц. Специфика химических свойств определяется особенностями почвообразующих пород, минерализацией и химизмом грунтовых вод.
Научная новизна исследования. Впервые изучены физические и химические свойства, а также минералогический состав почв локально переувлажненных ландшафтов левобережья Нижнего Дона и обозначены их региональные особенно
стн. Впервые для Нижнего Дона показаны сходство и различия в свойствах почв мочарных ландшафтов, развивающихся на разных почвообразующих породах и в различных условиях рельефа. Оценено изменение содержания и химических свойств карбонатных почв, испытывающих современное переувлажнение. Впервые изучен минералогический состав переувлажненных почв Зерноградского района. Показано изменение фракционно-группового состава гумуса. Для этой категории почв впервые получены данные о фракционно-групповом составе гумуса илистой части и пылеватой фракции по профилю почв, что позволило выявить направление, в котором идет трансформация гумусовых веществ.
Теоретическая значимость. Всестороннее изучение свойств почв локально переувлажненных ландшафтов позволяет понять процессы, происходящие при сезонном гидроморфизме, и их отличие от общего направления почвообразования в других типах гидроморфных почв.
Практическая значимость. Эффективная мелиорация избыточно увлажненных почв невозможна без познания сути происходящих изменений и теоретического обоснования применяемых методов рекультивации. Результаты исследования позволяют судить о направленности почвообразования при развитии переувлажнения и могут служить теоретической основой для разработки мелиоративных приемов. Результаты исследования могут быть использованы природоохранными, производственными и научными организациями, а также при планировании сельскохозяйственного производства: разработке структур посевных площадей, организации землепользования. Выделены наиболее характерные показатели локально переувлажненных почв, которые могут использоваться при диагностике. Полученные результаты используются в учебном процессе в Ростовском государственном университете и Донском государственном аграрном университете.
Методика исследования. С целью выполнения поставленных задач, и учитывая специфику объекта исследования, в двух районах Ростовской области (Зерно-градском и Октябрьском) заложили 17 полнопрофильных почвенных разрезов. В ходе работы во всех отобранных образцах определяли основные почвенно-диагностические показатели, такие как гигроскопическая влажность, максимальная гигроскопическая влажность, анализ водной вытяжки по ГОСТ 26424-85 — 26428-85, содержание гумуса по Тюрину со спектрофотометрическим окончанием по Ор-лову-Гриндель, рНводн. по ГОСТ 264223-85, карбонаты по Кудрину. Качественный состав гумуса в почве, в илистой части ( 0,001 мм) и в тонкопылеватой (0,005—0,001 мм) фракции определяли по схеме Тюрина в модификации Понома
ревой—Плотниковой (1975). Также проводился анализ гранулометрического состава по Качинскому (подготовка к анализу с пирофосфатом натрия); определялась структура «сухим» и «мокрым» просеиванием по Саввинову и водопрочность агрегатов по Андрианову.
Выборочно в исследуемых пробах проводили ряд дополнительных анализов: определение плотности почвы буровым методом Качинского, а также плотности твердой фазы пикнометрическим методом с использованием неполярных жидкостей; полевой влажности почвы; усадку почвы для образцов с нарушенным и ненарушенным сложением. По методике Горбунова (1963) провели выделение илистой части ( 0,001 мм) и мелкопылеватой (0,005—0,001 мм) фракции.
Работы в Октябрьском районе вели в составе комплексной экспедиции по проекту № 116 ФЦП «Интеграция». Автор принимал участие в полевых исследованиях, выполнил анализ содержания общего гумуса и его качественного состава, а также анализ минералогического состава. Анализ физико-химических свойств почв этого района выполнен на кафедре агроэкологии Донского аграрного университета. Работы в Зерноградском районе велись в составе комплексной экспедиции по проекту № С0049 ФЦП «Интеграция». Автор принимал участие в полевых изысканиях и анализы выполнены лично автором или при его непосредственном участии студентами кафедры почвоведения и агрохимии РГУ. Анализ минералогического состава почв был выполнен автором в ходе стажировки на кафедре химии почв факультета почвоведения МГУ им. MB. Ломоносова (проект № 30000/1497 ФЦП «Интеграция»). Остальные анализы выполнены лично автором или при участии студентов кафедры почвоведения и агрохимии РГУ. Исследования проводились по стандартным методикам, изложенным в пособиях и руководствах (Аринушкина, 1970; Пономарева, Плотникова, 1975; Орлов, Гришина, 1981; Безуглова, Морозов, 1996; Воробьева, 1998; Вадюнина, Корчагина, 1973). Там, где это было необходимо и возможно, данные обработаны методами математической статистики (Дмитриев, 1972).
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и опубликованы в трудах следующих конференций: Студенческие научно-практические конференции РГУ «Неделя науки» - 1999 - 2003 гг.; Студенческие научные конференции «Актуальные проблемы экологии в сельскохозяйственном производстве», п. Персиановский, 1999 - 2002 гг.; Студенческая научная конференция «Экологические аспекты агропромышленного комплекса», пос. Персианов-сий, 2003; Научная конференция «Экология и биология почв юга России», Ростов н/Д, 2001, 2003 гг.; Всероссийская молодежная научная конференция «Растение и почвы», Санкт- Петербург, 1999 г.; Докучаевские молодежные чтения, Санкт-Петербург, 2000 г.; УШ международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2000», Москва, 2000 г.; ГХ международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2002», Москва, 2002 г.; Всероссийская конференция «Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям», Москва, 2002 г.; Всероссийская научно-практической конференция «Гидроморфные почвы - генезис, мелиорация и использование», Москва, 2002 г.; X международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2003», Москва, 2003 г.; Международная научная конференция «Роль почвы в формировании естественных и антропогенных ландшафтов», Казань, 2003 г.; П Международная конференция «Гу-миновые вещества в биосфере», Москва, 3-6 февраля 2003 г.; XI международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов-2004», Москва, 2004 г.; Международная научная конференция «Экология и биология почв», Ростов н/Д, 2004 г.; IV съезд Докучаевского общества почвоведов, 2004 г., Новосибирск; 1-я научно-практическая конференция «Лкман-чик. Экологические проблемы. Взгляд в будущее», 2004 г., Новороссийск.
Автор глубоко признателен за помощь в работе своему научному руководителю д.б.н., профессору О.С. Безугловой, а также д.б.н., профессору ОТ. Назаренко, к.б.н., доценту И.В. Морозову, и всем сотрудникам кафедры почвоведения и агрохимии, кафедры экологии и природопользования РГУ. Автор выражает искреннюю признательность за помощь сотрудникам факультета почвоведения МГУ д.б.н., профессору Т.А. Соколовой и к.б.н., в.н.с. Т.Я. Дроновой.
Особенности почвообразования почв мочарных ландшафтов
Генезис черноземных почв, подвергающихся сезонному или постоянному локальному переувлажнению, конечно же, обусловлен отличным от автоморфных видов набором элементарных почвенных процессов. Основным фактором воздействия на переувлажнение минерального субстрата является среда, в которой происходит контакт минеральной массы и влаги. При этом определяющим является наличие (или отсутствие) в составе твердой фазы почвы органического вещества. При наличии органического вещества переувлажнение вызывает развитие анаэробиоза. В этом случае возможна консервация органики, развитие глееобразования и сульфатредукции. Переувлажнение провоцирует аккумуляцию грубого гумуса, оторфо-вывание, развитие торфяных и глеевых (оглееных) почв, а также осолошдевание, засоление, загипсовывание и окарбоначивание почв.
Сульфатредукция возможна в присутствии органического вещества в анаэробной среде, возникающей в результате временного или постоянного переувлажнения. Следствием сульфатредукции является восстановление серы сульфатов до сероводорода и образование сульфидов металлов.
Глееобразование — процесс, протекающий в анаэробных условиях при обязательном участии гетеротрофной анаэробной микрофлоры и наличии органического вещества в условиях постоянного или периодического переувлажнения отдельных горизонтов или всего профиля. Глееобразование сопровождается восстановлением окисных соединений металлов и несбалансированным выносом железа (Зайдель-ман, 1998). Степень и глубина оглеения являются основным диагностическим признаком мочаров. Однако если обычно степень оглеения диагностируется по содержанию, подвижного железа, то в мочаристых почвах использование этого показателя невозможно, так как восстановление и растворение железа происходит только после некоторого отмывания почвы от кальция (Зайдельман, Никифоров, Давыдова, 19S6). Именно поэтому в мочаристых почвах содержание подвижных оксидов железа и величина ОВП почти такие же, как в зональных. Следовательно, периодичность переувлажнения, химический состав грунтовых вод, физико-химические характеристики самой почвы создают условия для своеобразного течения глеевого процесса в мочаристых почвах. Смена окислительно-восстановительных условий, приводящая к восстановлению элементов с переменной валентностью и разрушению первичных минералов, не сопряжена с биохимической деятельностью анаэробных бактерий, продукты жизнедеятельности которых - агрессивные низкомолекулярные органические кислоты - разрушают почвенные минералы. Связано это с тем, что профиль мочаристых почв обогащен кальцием, нейтрализующим эти кислоты (Безуглова, Назаренко, 1998).
Следствием оглеения в условиях застойного водного режима оказывается ог-линивание горизонтов почвенного профиля. Оно может иметь относительный и абсолютный характер проявления. В первом случае, увеличение содержания ила связано с предельным разрушением микроагрегатов до элементарных почвенных частиц (ЭПЧ) в условиях интенсивного глееобразования. Во втором, — накопление ила обусловлено дроблением ЭПЧ в результате воздействия на них агрессивных почвенных растворов и увеличением содержания коллоидов в мочаристых почвах (Зайдельман, Никифоров, Давыдова, 1986; Зайдельман, 1992). Вместе с этим наблюдается резкое уменьшение содержания частиц предколлоидного размера. Не исключено, что эволюция гидрологического режима в сторону прогрессирующего подтопления и застоя влаги приведет к усилению отмеченных явлений уже за счет развития оглеения (Назаренко, 1990; Безуглова, Назаренко, 1998).
Развитие слитизации в почвенном профиле при локальном переувлажнении трудно связать с каким-либо одним фактором. Тяжелый гранулометрический состав, по-видимому, необязателен. Так, в черноземно-луговой мочаристой, развитой на опесчанённой глине, морфологически хорошо выражен слитой горизонт. Мон-тмориллонитовый компонент не является доминирующим, так же как и не получило достаточного развития формирование свободных гидрофильных коллоидов минерального состава.
Исследования разных авторов показали, что в почвах мочаристых ландшафтов за счет повышенной дисперсности и высокой степени изоморфных замещений существенно возрастают электроповерхностные энергетические характеристики, что приводит к стабилизации дисперсной системы. Важную роль в этом играют циклы набухания - усадки, а также силы ионно-электростатической природы, возникающие при контрастной смене режима и качества увлажнения. Слитость этого горизонта связывают частично и с иллювиальными явлениями, сопряженными с суспензионным привносом коллоидов, а также с влиянием внутрипочвенного оглини-вания, при котором наблюдается разрушение минералов группы хлорита (Назаренко, 1990). Однако преимущественно слитой горизонт образуется за счет переупаковки и уплотнения мелкоземистых частиц в ходе попеременного увлажнения «- высыхания. Часто меняющееся состояние набухания и усадки приводит к изменению распределения пор по размерам, уменьшается содержание пор инфильтрации и аэрации (Зайдельман, Давыдов, Давыдова, 1993). Не исключено и влияние повышенного содержания в водной вытяжке ионов магния и натрия, способствующих при определенном соотношении пептизации коллоидов (Минкин, Назаренко, Ка-линиченко, 1991).
Засоление почв проявляется, преимущественно, в литогенных мочарах при близком залегании минерализованных фунтовых вод. Их минерализация обусловлена поступлением в поток преимущественно сульфатов натрия, кальция и реже магния из водоупорных третичных соленосних майкопских, скифских глин и других засоленных отложений. Это приводит даже при относительно низкой степени минерализации к формированию солевого профиля, имеющего вид перевернутого конуса, усложненного дополнительными максимумами. Тип засоления нейтральный, с преобладанием сульфатов в анионной части и кальция - в катионной (Минкин, Назаренко, Калиниченко, 1991). Это свидетельствует о превалировании в почве выпотного режима, чередующегося с периодами, когда господствуют нисходящие токи влаги. Такая обстановка приводит к чрезвычайно сложному, сочетанию засоления, осолонцевания и выщелачивания.
Наличие шестоватого гипса в почвообразующих породах и насыщенность сульфатом кальция минерализованных грунтовых вод способствуют развитию за-гипсовывания - процесса вторичной аккумуляции гипса в почвенной толще. Во всех исследованных почвах Восточного Донбасса обнаружены новообразования гипса в поверхностных горизонтах (Назаренко, 1990; Безуглова, Назаренко, 1998).
Окарбоначивание почв (вторичная аккумуляция карбонатов) по данным ОС. Безугловой, О.Г. Назаренко (1998) наблюдаются в почвах относительно легкого гранулометрического состава (ГМС). Форма карбонатных новообразований в почвах зависит от гранулометрического состава. В почвах тяжелого гранулометрического состава происходит растворение карбонатов, так как новообразования последних представлены пропиткой с диффузионными контурами, а признаки растворения хорошо идентифицируются в ходе микроморфологических исследований. В почвах легкого гранулометрического состава наличествуют карбонаты в виде журавчиков или плотной белоглазки с четкими границами.
Физико-географическая характеристика Зерноградского района
По характеру строения поверхности территория Зерноградского района представляет собой плоскую пониженную равнину, слаборасчленённую долинами рек и балками. Балки приурочены к бассейнам рек. Многие из них отличаются значительной выположенностью.
Согласно геоморфологическому районированию территория расположена в пределах Приазовско-Кубанской впадины на Доно-Егорлыкской аккумулятивной равнине. Прорезающие её неглубокие широкие долины степных рек Кагальник, Мечётка, Куго-Ея, Средний Егорлык не нарушают общей равнинности рельефа. Расчленённость территории небольшая - от 0,15 до 0,25 км/км2 .
Хотя на склонах долин и рек местами встречаются формы современного размыва, в целом же водно-эрозионные процессы в пределах Доно-Егорлыкской равнины развиты слабо Глубина местных базисов эрозии - 40-80 м, густота расчленения - около 180 м/км2. Склоны крутизной более 2 занимают лишь 2,5 % территории. В современном изменении рельефа существенную роль играют эоловые процессы (Молодкин, 1980).
На повышении между г. Зерноградом и ст. Мечетинской расположено урочище Большой Бурукчун, представляющее собой совершенно плоскую бессточную область высотой 100—105 м, длиной около 30 км и шириной более 20 км. Из-за исключительно плоской поверхности урочища дождевые и талые воды, не имея стока задерживаются и образуют заболоченные участки различного размера и конфигурации. При выпадении больших осадков в понижениях происходит подтопление населенных пунктов. От границы урочища во все стороны разбегаются реки и балки: Мечетка, Кагальник и Куго-Ея - на запад, Таловка, Хомутец и Сухая Ямута — на север; в систему Западного Маныча - малая Кугульта и малый Егорлык — на восток. Нижние течения рек образуют лиманы и в своих устьях значительно заболочены вследствие малых уклонов рельефа (Отчет о мониторинге земель..., 1998).
Вследствие особенностей рельефа, климата, различия в свойствах водоносных отложений (густота речной сети, а также залегание вод) в пределах описываемого района неодинакова.
Зерноградский район отличается слабой дренированостью. Здесь протекают реки Кагальник, Мечетка, Эльбузд, Куго-Ея. Все реки являются типичными степными реками с бурными паводками весной и после летних ливней. В большую часть тёплого времени года течение медленное из-за незначительного уклона местности. В последние 20—25 лет на этих реках построено большое количество запруд, вследствие чего русла некоторых рек (например, Куго-Ея) представляют собой серию прудов почти сливающихся друг с другом. Балки на данной территории, в основном, сухие. Но в последние годы многие балки (б. Сиротинка, Хоролевская и др.) начали зарастать осоково-тростииковой растительностью и заболачиваться. В связи с развитием линейной эрозии почв наблюдается весьма быстрый рост балок на пахотных землях. Это, например, балка Сиротинка на землях СПК «Ново-Ивановское» или б. Хоролевская на землях ОПХ Сев.-Кав. МИС. Этот процесс также замечен и на других балках территории. В настоящее время на всей территории региона заметно усилился процесс поднятия грунтовых вод к дневной поверхности не только на землях сельскохозяйственного назначения, но и непосредственно в населённых пунктах. К таким населённым пунктам относятся г. Зерноград, х.х. Ново-Ивановский, Ленинка, п. Донской и некоторые другие. В них в последние 2—3 года отмечено появление грунтовых вод в подвалах, повышение уровня воды в колодцах. Вода в подвалах появляется в феврале-марте и сохраняется до июля месяца. Это связано, по всей вероятности, с началом таяния снега, выпадением осадков весной. Установлено, что в развитии почв существенное участие могут принимать лишь подземные воды, залегающие на глубине 4—5 м от поверхности. На большей части территории региона грунтовые воды залегают на глубине 6—9 м. Для подземных вод, приуроченных к лиманам, днищам балок, подножиям склонов, долинам, бессточным замкнутым понижениям, характерно близкое залегание их к поверхности почвы (2—4 м.) (Отчет о мониторинге земель..., 1998). Близкое залегание грунтовых вод (так называемой верховодки) в лиманооб-разных понижениях связано, прежде всего, с почвообразующими породами — пест-роцветными глинами и погребенными в них древними почвами. Атмосферные осадки, стекая в отрицательные элементы рельефа, скапливаются на водоупорных пестроцветных глинах, образуя таким образом «верховодку». В этом случае переувлажнение почвенного профиля наступает в результате сезонного воздействия на почву почвенно-грунтовых вод. Отсутствие стока дождевых и талых вод, их накопление в лиманообразных понижениях, отсутствие дренажа в поч-вообразующих породах приводит к длительному застаиванию гравитационной влаги. Климат Зерноградского района - среднеконтинентальный с амплитудой среднемесячных температур 28,5 и гидротермическим коэффициентом 0,7—0,8. Согласно агроклиматическому районированию Ростовской области он относится к умеренно жаркому району с суммой положительных температур за период активной вегетации 3200—3400. Зима малоснежная, неустойчивая с частым стаиванием снега. Самым холодным месяцем является январь. Среднесуточная температура в январе - 5,5. Однако в отдельные зимы случаются дни, когда температура понижается до 32—36. Лето умеренно жаркое. Среднемесячная температура в июле 22,9, а максимальная - 40—42. Продолжительность вегетационного периода (периода с температурами +5) в среднем 214—216 дней с 31 марта- 2 апреля по 1—5 ноября. Период активной вегетации (период с температурами +10) равен, в среднем 175—179 дней и длится с 17—19 апреля по 12—14 октября. Среднегодовое количество осадков в районе - 435—486 мм. По сезонам года они распределяются неравномерно. Наибольшее количество осадков выпадает в летние месяцы. Однако осадки эти носят, как правило, кратковременный ливневый характер, и значительная часть их скатывается в понижения, не успев впитаться в почву. Попавшая же в почву часть осадков часто не покрывает расходов на транс-пирацию и испарение. Поэтому растения именно в летние месяцы страдают от недостатка влаги. Относительная влажность воздуха в течение вегетационного периода невысокая, что является следствием высоких летних температур, кратковременного характера осадков. Кроме того, в течение вегетационного периода наблюдается, в среднем, 45 засушливых дней, когда относительная влажность воздуха резко уменьшается. Вредное влияние низкой относительной влажности воздуха ещё более усугубляется суховеями. Особенно часты они в июле-августе, когда число дней с суховеями достигает 20—23 дня в месяц. Для данного района характерны частые ветры. Число безветренных дней за год составляет, в среднем, всего 20—30. Среднегодовая скорость ветра 4—5 м/сек. В отдельные дни скорость ветра достигает 15 м/сек и более. Общее число дней с таким сильным ветром, в среднем, за год - 21—22. Максимум их приходится на холодный период.
Физико-химические свойства почв мочарных ландшафтов Зерноградского района
Особенности состава почвенного раствора. В Зерноградском районе зональная почва (разр. 01/5), которая была выбрана в качестве эталонной, в целом характеризуется как незасоленная (сухой остаток колеблется от 0,072 до 0,14 %) (рис.1 Приложения 19). Все остальные исследованные почвы Зерноградского района можно разделить по степени засоления на три группы: слабозасоленные, среднезасоленные я силь-нозасоленные. К первой группе относятся почвы разрезов 01/4 и 01/7. Разрез 01/4 — лугово-черноземная сверхмощная легкоглинистая относится к слабозасоленной по классификации Базилевич-Панковой (1968), а также по суммарному эффекту (0,930 мг.-экв/100 г.). Сухой остаток в профиле колеблется от 0,102 % в горизонте Bj до 0,242 % в горизонте С (приложение 18). Среди анионов в верхних горизонтах преобладают сульфаты, в средней и нижней части профиля - гидрокарбонаты. Среди катионов преобладает натрий с минимумом содержания в горизонте ВС, увеличиваясь к горизонту С (рис. 3 Приложения 19). По всему профилю обнаружено увеличение количества ионов магния и сужение его соотношения с кальцием: в верхних горизонтах оно составляет 2 : 1, а в горизонте ВС и С 5 : 1 и 4 : 1 соответственно. Расчет предположительного солевого состава показывает, что в горизонтах Аь АВ и Bi содержится наибольшее количество Na2SC 4 (2,59, 2,61 мг.-экв /100 г.) и MgCl2 (0,97 и 1,12 мг.-экв /100 г.) и 94 % токсичных солей сосредоточено в горизонте АВ. Учитывая степень токсичности, солевой состав в этих горизонтах хло-ридно-сульфатный и содово-сульфатный. В горизонте В2 NaHCCb - 1,27 мг.-экв /100 г. и MgCl2 1,04 мг.-экв /100 г. Химизм - сульфатно-хлоридный. В горизонте ВС - Na2S04 (1,41 мг.-экв /100 г.) и MgCl2 (0,76 мг.-экв /100 г.). Причем 92 % солей - токсичные - химизм засоления содово-сульфатный. И в породе преобладает NaHCCb (3,20 мг.-экв /100 г.) и MgCl2 (5,26 мг.-экв /100 г.).
По классификации Базилевич-Панковой все горизонты засолены в слабой степени, что совпадает с диагностикой по суммарному эффекту токсичных солей. Степень засоления самая высокая в горизонте Ai (табл. 6) и составляет 0,93 мг.-экв /100 г. Разрез 01/7 - лугово-черноземная карбонатная солончаковатая мощная легкоглинистая почва характеризуется как слабозасоленная и по классификации Базилевич-Панковой и по горизонту АВ (12-41 см), что совпадает с классификацией по суммарному эффекту, который составляет здесь 0,44 мг.-экв /100 г. Сухой остаток увеличивается вниз по профилю от 0,058 до 0,563 %. Среди анионного состава преобладают сульфаты, их содержание возрастает от 0,32 мг.-экв/100 г. в горизонте А! до 6,11 мг.-экв /100 г. в горизонте С. Количество ионов НСОз и СГ растет также вниз по профилю, увеличиваясь от 0,36 мг.-экв /100 г. в горизонте Ai до 0,58 мг.-экв /100 г. в горизонте С; а СГ от 0,13 до 0,80 мг.-экв /100 г. Среди катионов больше всего Na+, с максимумом в горизонте С (3,09 мг.-экв /100 г.) (рис. 4 Приложения 19). Соотношение Са : Mg в среднем равно 1,5. Распределение их по профилю такое же, как и у остальных катионов - содержание увеличивается сверху вниз, что говорит о грунтовом происхождении переувлажнения. Солевой состав в лугово-черноземной карбонатной солончаковатой мощной легкоглинистой почве предположительно следующий. В горизонте А] преобладают соли Са(НСОз)г (0,65 мг.-экв /100 г.) и Na2S04 (0,46 мг.-экв /100 г.), химизм засоления соответственно сульфатно-содовый. Во всех остальных горизонтах преобладают соли CaS04 и Na2S04, но с учетом степени токсичности солей химизм засоления содово-сульфатный в горизонтах АВ, В] и В2 и С, а в горизонте ВС - сульфатный. Наибольший процент токсичных солей в горизонте Bi (75,02 %). По классификации Базилевич-Панковой (1968) горизонт А] характеризуется как незаселенный, горизонт АВ - слабозасоленный, горизонты В] и В2 среднезасоленные и горизонт С - сильно засоленный (табл. 6). Это несколько расходится с оценкой по суммарному эффекту токсичных солей, согласно которой засоление здесь несколько ниже, и горизонт Bi идентифицируется как слабозасоленный (суммарный эффект - 0,64 мг.-экв /100 г.), а горизонт С оценивается как среднезасоленный (суммарный эффект — 1,63мг.экв/100г.) Таким образом, эти почвы имеют одинаковую степень засоления. Это, возможно, объясняется их сравнительно недавним формированием, несмотря на разное происхождение. В образовании почвы разреза 01/4 основное участие принимают атмосферные осадки, стекающие в депрессию рельефа, тогда как почва разреза 01/7 образовалась в результате действия либо выклинивания грунтовых вод, либо под воздействием внутрипочвенного стока. Ко второй группе среднезасоленных почв мы отнесли почвы разрезов 01/1 и 01/8. Разрез 01/8 был заложен в днище небольшой балки, естественный сток которой перерезан насыпью шоссе, а установленный дренаж в полной мере не обеспечивает отток скапливающейся в большом количестве влаги. Почва - лугово-черноземная карбонатная солончаковатая сверхмощная легкоглинистая Предполагаемый состав солей в почвах мочарных ландшафтов, мг.-экв/ЮО г. характеризуется как среднезасоленная (по Базилевич-Панковой), что совпадает с классификацией по суммарному эффекту. Он в горизонте АВ составляет 1,84 мг.экв /100 г. Сухой остаток постепенно возрастает от 0,29 % в горизонте Aj до 1,99 ;% в горизонте ВС (приложение 18). Среди анионов больше всего сульфатов. Их содержание увеличивается вниз по профилю, достигая максимума в горизонте ВС (9,97 мг.экв /100 г.). меньше всего катионов НСОз (0,18 мг.экв /100 г. в горизонте Aj до 0,60 мг.экв /100 г. в горизонте ВС). В катионной части преобладает Na+, возрастая сверху вниз (рис.5 Приложения 19 ). Немного меньше ионов Са+ (с максимумом в горизонте ВС — 5,03 мг.экв /100 г.). Ионов Mg намного меньше, чем ионов Са+ в среднем в 2,5 раза. Эта почва отличается более однородным солевым составом. По предполагаемому солевому составу все ее горизонты имеют сульфатное засоление, кроме Аь который характеризуется хлоридно-сульфатным типом засоления. В горизонтах Аь АВ и Bi преобладает CaS04 (максимум в горизонте В] - 6,07 мг.экв /100 г.), а в горизонте В2 и ВС — Na2SC 4 (максимум в горизонте B2 — 14,45 мг.экв /100 г.). Поскольку источником солей являются грунтовые воды, то степень засоления увеличивается от верхних горизонтов к нижним. Верхние горизонты характеризуются как среднезасолен-ные, а нижние - как сильно и очень сильно засоленные (табл. 6). Оценка степени засоления по суммарному эффекту солей дает несколько иную картину: горизонт В} характеризуется как сильнозасоленный, а горизонты Вг и ВС -среднезасоленные, т.к. суммарный эффект составляет 1,86 и 1,7 мг.экв /100 г. соответственно.
Минералогический состав почв локально переувлажненных ландшафтов Зерноградского района
В исследовании были использованы образцы илистой фракции, выделенной из чернозема обыкновенного карбонатного, развитого на лессовидном суглинке (разрез 01/5), а также из лугово-черноземной карбонатной почве на лессовидном суглинке (разрез 01/3), лугово-черноземной почве на лессовидном суглинке (разрез 01/4) и черноземно-луговой почве на лессовидном суглинке (разрез 01/6) (Приложение 3-6).
Основными компонентами илистой фракции исследованных почв Зерноградского района являются смешанно-слойные иллит-смектитовые образования с преобладанием смектитовых пакетов в кристаллитах. Они диагностируются по межплоскостному расстоянию 1,4-1,5 нм на дифрактограммах исходных препаратов. Насыщение глицерином вызывает расширение решетки до 1,8 - 2,0 нм, что свидетельствует о наличии смектитовой фазы. После прокаливания набухающая фаза сжимается до 1,0 нм (рис. 6-9), что позволяет отнести смешанно-слойное образование к неупорядоченным структурам (Reynolds, 1969; Srodon, 1981), состоящим из слюдоподобных и смектитовых пакетов.
При оценке содержания иллитов кроме количественного содержания и характера профильного распределения была сделана попытка оценки структурного со- стояния независимо от того, представлены иллиты в виде самостоятельной фазы или в составе смешанно-слойных образований. Для этих целей был использован параметр отношения интенсивностей пиков первого и второго порядков на дифрак-тограммах воздушно-сухих образцов илистой фракции. Его величины довольно высокие (4,0-7,8) (табл. 17), что говорит о присутствии триоктаэдрических илли-тов, но нужно учитывать, что это может быть обусловлено и повышенным содержанием железа в октаэдрическом слое диоктаэдрических слюд (Соколова, 1984). Диагностируются также минералы группы каолинитов и хлоритов. Поскольку эти минералы определяются в сумме, то для более четкого представления о качественном соотношении этих двух минералов используют соотношение интенсивностей отражений при 0,70 и 0,47 нм, что соответствует первому и третьему базаль-ным рефлексам хлоритов и первому рефлексу каолинита. По характеру распределения точек судят о том, какой из этих минералов преобладает. Обнаруженный во всех изучаемых разрезах линейный характер распределения (рис. 5) указывает на то, что содержание каолинита невелико, и максимумы при 0,70 нм принадлежат хлоритам.
Такая закономерность была выявлена для черноземных почв (Сизов, Соколова, Дронова, 1989) и почв степного солонцового комплекса (Корнблюм, Демень-тьева, Дронова, 1977), что является особенностью степного почвообразования.
Отношение отражений 003/002 порядков хлорита составляет 0,3-0,4 (табл. 17), что указывает на заполнение железом большинства октаэдрических позиций. Возможно присутствие смешанно-слойной фазы с участием хлорита, т.к. прокаливание при 550 приводит к смещению отражения 001 в сторону меньших значений (1,33-1,38 нм) (рис. 6-9). Чернозем обыкновенный карбонатный (разрез 01/5)
Дифракционная картина чернозема резко отличается от всех остальных разрезов переувлажненных почв мочарных ландшафтов. Первое отличие состоит в том, что все представленные пики хорошо выражены и оформлены. Во-вторых, в профиле почвы ясно диагностируется довольно значительное содержание хлоритов по интенсивным и хорошо выраженным пикам 1,37 нм препаратов, прокаленных при 550 С (рис. 6). Расчет количественного содержания также подтвердил большое количество хлоритов по сравнению с исследованными переувлажненными почвами. Их содержание составило 22-31 %. Профильное распределение хлоритов говорит о том, что они наследуются от почвообразующей породы.
Обнаруженные иллиты характеризуются хорошей окристаллизованностью по всему почвенному профилю. Их содержание изменяется в среднем от 32-33 % в верхней и средней части профиля до 29 % в горизонте С. Установленное накопление иллитов в верхних горизонтах профиля чернозема находит подтверждение в профильном распределении К20 в валовом составе илистой фракции (табл. 16), где содержание уменьшается от 2,47-2,43 % в пахотном и подпахотном горизонтах до 2,17 в горизонте С. Закономерное уменьшение иллитов вниз по профилю было отмечено еще Э.А. Корнблюмом с соавт. (1972а) для некоторых подтипов черноземов. Лабильные силикаты изменяются в следующих пределах: от 38 % до 46 %, причем максимум содержания наблюдается в горизонте В і (табл. 17) - 46 %. Такое распределение характерно для приазовских черноземов, согласно работе Л.Н. Пи-щейко и Н.П. Чижиковой (1977), для которых характерно наибольшее содержание смектитового компонента в горизонте максимальной миграции карбонатов на стыке гумусового и карбонатного горизонта. В целом, можно констатировать, что минералогический состав илистой фракции и профиль распределения глинистого материала типичен для черноземов обыкновенных карбонатных, доказательство чему можно встретить в работах разных авторов (Алексеев, 1977; Корнблюм и др., 1972а, б; Крыщенко и др., 1983; Пищейко и др., 1977; Чижикова, 1974), занимающихся исследованием минералогического состава черноземных почв. Почвы локально переувлажненных ландшафтов.
Во всех исследованных переувлажненных почвах были обнаружены те же основные компоненты минеральной части почвы, что и для черноземов, а именно: минералы группы монтмориллонита, которые представлены двуоктаэдрическими смешанно-слойными иллит-смектитовыми минералами с преобладанием смектито-вых пакетов, минералы группы иллитов, а также минералы группы хлоритов и каолинитов. Очевидные различия в минералогическом составе наблюдаются в проявлении дифракционных картин, процентном содержании и распределении минералов по профилю почвы.
Первым явным отличием переувлажненных почв было заметное ухудшение дифракционных картин всех исследуемых препаратов. Дифракционная картина худшего качества наблюдалась в средних горизонтах всех исследованных локально переувлажненных почв, и в первую очередь ухудшается выраженность пика 1,33-1,89 нм на всех дифрактограммах препаратов (вместо четко выраженного пика наблюдается площадка с несколькими размытыми пиками) (рис. 7-9). В первую очередь это касалось минералов группы иллитов и хлоритов. Наиболее ярко наблюдается на рентгендифрактограммах черноземно-луговой почвы (разрез 01/6) (рис. 7), которая располагается в предполагаемом гидроцентре и, следовательно,
