Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Определение понятия «засоленные почвы». Некоторые общие вопросы миграции и аккумуляции солей в почвах, специфика процессов засоления почв на территории Прикаспийской низменности 6
Глава 2. Природные условия и почвы Джаныбекского стационара. Некоторые вопросы эволюции почв. Принципьі и агротехника мелиорации почв солонцового комплекса 17
Глава 3. Объекты, методология и методы исследования 44
Глава 4. Динамика уровня, минерализации и состава грунтовых вод под целинными солончаковыми солонцами с 1950-х г.г. по настоящее время 48
Глава 5 . Изменение содержания, состава и запасов легкорастворимых солей в целинных солончаковых солонцах по современным данным по сравнению с результатами, полученными в 1950-1960-е г.г 53
Глава 6. Взаимодействие засоленных горизонтов целинного солончакового солонца с минерализованными грунтовыми водами в условиях модельного лабораторного опыта 64
Глава 7. Изменение запасов легкорастворимых солей в солончаковых солонцах в результате длительной агролесомелиорации 77
Глава 8. Динамика уровня, минерализации и состава грунтовых вод под мелиорируемыми участками 96
Глава 9. Морфологи, распределение, содержание и запасы карбонатов кальция в целинных и мелиорируемых солончаковых солонцах 100
Выводы 117
Список литературы 119
Приложения 130
- Природные условия и почвы Джаныбекского стационара. Некоторые вопросы эволюции почв. Принципьі и агротехника мелиорации почв солонцового комплекса
- Динамика уровня, минерализации и состава грунтовых вод под целинными солончаковыми солонцами с 1950-х г.г. по настоящее время
- Взаимодействие засоленных горизонтов целинного солончакового солонца с минерализованными грунтовыми водами в условиях модельного лабораторного опыта
- Изменение запасов легкорастворимых солей в солончаковых солонцах в результате длительной агролесомелиорации
Введение к работе
На обширной территории глинистой полупустыни северной части Прикаспийской низменности основной фон почвенного покрова составляют почвы солонцовых комплексов, в составе которых более 50% приходится на солончаковые солонцы. С конца 1970-х годов до середины 1990-х годов на этой территории наблюдался подъем уровня грунтовых вод со средней скоростью 11 см/год, что привело к появлению верхней границы капиллярной каймы в пределах нижней части почвенного профиля. Поскольку под солончаковыми солонцами грунтовые воды характеризуются повышенной минерализацией, их подъем не мог не привести к изменению водно-солевого режима и, следовательно, солевого состояния солончаковых солонцов и возможностей их мелиорации и хозяйственного использования. Необходимость оценки современного солевого состояния солончаковых солонцов в условиях подъема минерализованных грунтовых вод на целине и на участках, где эти почвы были коренным образом изменены с помощью системы агролесомелиоративных мероприятий, обусловило актуальность настоящей работы.
Основной целью работы является характеристика современного солевого состояния целинных и мелиорированных солончаковых солонцов и сравнительный анализ с данными, полученными в 1950-1960-е годы, когда уровень грунтовых вод стоял на 1,5-2 м глубже, чем в настоящее время.
Задачи работы:
Провести сравнительный анализ современных данных по уровню, минерализации и составу грунтовых вод под целинными солончаковыми солонцами с соответствующими результатами, полученными в 1950—1960-е годы.
Оценить запасы легкорастворимых солей и карбонатов в почвенно-грунтовой толще целинных солончаковых солонцов и сравнить эти результаты с соответствующими данными, полученными в 1950-1960-е годы.
Дать сравнительный анализ запасов легкорастворимых солей и кар-
4 бонатов в почвенно-грунтовой толще целинных и мелиорируемых солончаковых солонцов по современным данным.
Изучить динамику запасов легкорастворимых солей в солончаковых солонцах на участках с разными сроками воздействия агролесомелиорации.
В условиях модельного лабораторного опыта исследовать реакции и механизмы взаимодействия засоленных горизонтов целинных солончаковых солонцов с минерализованными грунтовыми водами.
Охарактеризовать минералогический состав солевых выцветов, образующихся в условиях модельного опыта при взаимодействии засоленных горизонтов солончаковых солонцов с грунтовыми водами и сравнить с составом солевых выцветов, образующихся в этих почвах в природных условиях.
Очевидно, что выполнение поставленной цели и большинства задач требовало наличия данных, полученных на целинных и мелиорированных участках в 1950-1960-е годы, то есть в период более глубокого залегания уровня грунтовых вод. Кроме того, для выявления изменений показателей солевого состояния почв за последние десятилетия на фоне большого пространственного варьирования этих показателей, было необходимо располагать массовыми данными, дающими возможность статистической обработки материала.
Данная работа выполнена на Джаныбекском стационаре Института лесоведения РАН. В настоящее время стационар находится на территории двух государств - Российской Федерации (Палласовский р-н Волгоградской обл.) и Республики Казахстан (Джаныбекский р-н Западно-Казахстанской обл.). Поскольку территория Джаныбекского стационара типична для междуречья Волги и Урала в пределах северной части Прикаспийской низменности, выводы диссертации могут быть распространены на весь этот обширный географический регион.
Основной задачей стационара вначале была разработка способов выращивания полезащитных лесных насаждений в исконно безлесной глинистой полупустыне с широким распространением засоленных почв. В даль-
5 нейшем, стационар перешел к новой, более широкой задаче - разработке методов земледельческого освоения почв, в богарных условиях, с использованием системы агролесомелиоративных мероприятий.
Начиная с момента создания стационара весной 1950 года, на его территории проводились систематические почвенные исследования, в том числе - глубокое изучение водно-солевого режима солончаковых солонцов. По солевому состоянию почв солонцового комплекса накоплен огромный фактический материал. В качестве одного из основных показателей солевого состояния почв в работе используются запасы солей по полуметровым интервалам, поскольку опубликованный за прошлые годы фактический материал представлен именно в такой форме.
Экспериментальный материал для настоящей работы был собран в течение полевых сезонов 1999, 2000 и 2001 годов. Автор принимал непосредственное участие в проведении полевых исследований, отборе образцов и проведении анализов водных вытяжек. Эта большая работа проводилась коллективом сотрудников, студентов и аспирантов под руководством и при непосредственном участии к.б.н. М.Л. Сиземской и к.б.н. М.К. Сапанова, и соответствующие данные по составу водных вытяжек и грунтовых вод использованы автором с их разрешения. Статистическая обработка полученных массовых данных и проведение модельного эксперимента, а также интерпретация полученных данных принадлежат автору данной работы.
Автор выражает сердечную признательность и благодарность своему научному руководителю - профессору, доктору биологических наук Т.А. Соколовой за постоянное внимание и помощь в написании диссертации, а также с.н.с. Т.Я. Дроновой и н.с. И.И. Толпешта за помощь и консультации. Автор признателен М.Л. Сиземской и М.К. Сапанову за предоставленную возможность сбора материала и использования неопубликованных данных. Автор благодарен студентам и аспирантам Н.Н. Бычкову, А.В. Колесникову, Н.И. Сотневой и Б.Т. Рыскалиевой за помощь в проведении полевых исследований.
Природные условия и почвы Джаныбекского стационара. Некоторые вопросы эволюции почв. Принципьі и агротехника мелиорации почв солонцового комплекса
Джаныбекский стационар РАН был организован весной 1950 года в составе Комплексной научной экспедиции АН СССР по вопросам полезащитного лесоразведения под руководством и при непосредственном участии академика В.Н. Сукачева и профессора А.А. Роде, с первоначальной целью разработки способов выращивания древесных насаждений в исконно безлесной полупустыне Прикаспийской низменности. В дальнейшем, опираясь на полученные результаты, стационар перешел к новой, более широкой задаче — разработке методов земледельческого освоения почв солонцового комплекса полупустыни, в богарных условиях, с применением снегонакопительных и полезащитных насаждений.
Земли Джаныбекского стационара около 1000 га с лесными насаждениями разного назначения (150 га) расположены по обе стороны границы Российской Федерации (Палласовский р-н Волгоградской обл.) и Республики Казахстан (Джаныбекский р-н Западно-Казахстанской обл.). Джаныбекский стационар заложен на территории, характерной для значительной части глинистой полупустыни Прикаспийской низменности междуречья Волги и Урала. Природные условия и почвы Джаныбекского стационара были подробно охарактеризована в работе А.А. Роде и М.Н. Польского (Роде, Польский, 1961).
Климат. Климат отличается засушливостью. Среднегодовая сумма осадков (за период 19501996 г.г.) составляет 298 мм (амплитуда по годам от 152 до 498 мм) (Соколова и др., 2000), испаряемость 900-1000мм, что почти в три раза превышает количество осадков. При этом сухие и влажные годы чередуются не хаотично, а объединяются в сухие и влажные многолетние пе 18 риоды. Так, 1950/51-1953/54 и 1962/63-1968/69 гидрологические годы характеризовались пониженным атмосферным увлажнением, а 1955/56-1961/62 гидрологические годы - повышенным увлажнением (Биогеоценотические основы..., 1974).
По данным Динесмана Л.Г., изучавшего изменение климата Северного Прикаспия, начиная с середины 18 века, увлажненность постепенно возрастала (Динесман, 1960). Максимальной величины она достигла в начале 19 века, потом стала понижаться, но эта закономерность неоднократно нарушалась более или менее длительными периодами повышенного увлажнения.
Среднегодовая температура воздуха 6,9. Летом иногда фиксируется температура до +42, зимой - до -38. Коэффициент увлажнения в теплые месяцы колеблется от 0,12 до 0,42, а за год в среднем составляет 0,31 (Роде, 1959).
Рельеф и гидрографическая сеть. Район отличается почти идеальной равнинностью. Гидрографическая сеть развита весьма слабо и представлена редкими ложбинами и балками, связанными с долиной рек Горькой, Табыл-ды-Сая, Хары и других, а также с замкнутыми бессточными впадинами озер Хаки, Эльтон, Боткуль, Горькое и др.
Ложбины и балки, как правило, дренируют очень неширокую полосу и чаще всего выклиниваются уже на небольшом расстоянии от речных долин и бессточных впадин. Вследствие этого большая часть озерно-лиманной депрессии не имеет общего стока, и перераспределение поверхностных вод, главным образом, весенних талых, связано с их стеканием в замкнутые понижения мезо- и микрорельефа, т. е. имеет чисто местный характер.
При общей равнинное эта часть Прикаспийской низменности имеет хорошо выраженный мезо- и микрорельеф. Особенность рельефа состоит в том, что амплитуды высот, относящихся к формам мезорельефа (2-3 м), не так уж сильно отличаются от амплитуды высот форм микрорельефа, которая измеряется величинами от нескольких сантиметров до нескольких дециметров. Значительно большее различие су 19 ществует в пространственной протяженности форм микро- и мезорельефа. Образования, которые относятся к мезоформам (лиманы, падины), имеют поперечник от сотни метров до нескольких километров, в то время как поперечники микрозападин и микроповышений (формы микрорельефа) измеряются метрами или немногими десятками метров. Основными элементами мезорельефа озерно-лиманной депрессии являются лиманы, большие падины и межпадинная равнина.
Лиманы представляют собой округлые или овальные замкнутые понижения с относительной глубиной 1,5-2,5 м, достигающие в поперечнике от 500-600 м до нескольких километров.
Большие падины также представляют собой замкнутые понижения, но меньшего размера и меньшей глубины. Их относительная глубина обычно не превышает 1-1,5 м. Они имеют вытянутую или, реже, округлую форму. Площадь их варьирует от 1-1,5 га до сотни гектаров, а иногда и более. Межпадинная равнина, составляющая основной фон этой части низменности, обладает хорошо развитым микрорельефом. Ее поверхность испещрена микропонижениями (западинами), относительная глубина которых достигает 50 см. Они имеют форму округлых замкнутых понижений, которые нередко соединяются между собой в цепочки. Их поперечники варьируют от нескольких метров до 15-20 м. Западины занимают около 20-25% от общей площади межпадинных пространств.
Ход новейшей геологической истории Прикаспийской низменности обусловил то, что в рельефе поверхности сочетаются четыре генетические категории форм: первичные неровности морского дна, формы позднейшей аллювиальной аккумуляции, формы суффозии и дефляции (Герасимов, 1939) Происхождение микрорельефа связывают с изначальными неровностями морского дна (Большаков, Боровский, 1937), суффозионно-просадочными явлениями (Ковда, 1950; Роде 1953).
Б.Д. Абатуров (1984) изучал роль роющей деятельности малого суслика в формировании микрорельефа и комплексного почвенного покрова в по 20 лупустыне Северного Прикаспия. По его мнению, формирование микрорельефа и участие в этом процессе сусликов происходило следующим образом. На территории, освободившейся от моря, были хорошо развиты только мезо-формы рельефа. При высоком первоначальном уровне грунтовых вод и гид-роморфном режиме почвообразования в почве накапливаются легкорастворимые соли, прежде всего сульфат натрия. Последний, после опускания грунтовых вод и иссушении почвы, приводит к "вспушению" почвы и приподниманию ее поверхности, что придает ей просадочные свойства. В этом процессе заметную роль играют холмики выброшенной сусликами земли (сусликовины), которые обеспечивают более раннее и интенсивное развитие этого процесса, неравномерное приподнимание поверхности и формирование микроповышений. В дальнейшем, после опускания грунтовых вод, в формировании поверхности начинают играть роль воды атмосферных осадков. В понижениях мезорельефа формируются падины и лиманы. На межпадинной равнине происходит локальное выщелачивание солей водами атмосферных осадков, сопровождающееся образованием западин. Ведущую роль в этом процессе играют норы малых сусликов, которые обеспечивают поступление воды в обычно недоступные для воды засоленные подсолонцовые горизонты.
Таким образом, специфика микрорельефа и почв в значительной мере является результатом активной роющей деятельность сусликов, продолжающейся в течение всей истории формирования данного ландшафта. Материнские породы. Материнскими породами в данном районе являются желто-бурые структурные слабозасоленные карбонатные суглинки (Большаков, Боровский, 1937), мощность которых достигает 15 м. Суглинки часто содержат друзы гипса. Они обычно однородны, но иногда содержат в своей толще линзы супесей и тонкозернистых песков и обломки Cardium и Dreissensia
Динамика уровня, минерализации и состава грунтовых вод под целинными солончаковыми солонцами с 1950-х г.г. по настоящее время
В начале 1950-х годов и до конца 1970-х годов уровень грунтовых вод на исследованной территории находился на глубине около 7 м (Роде, Польский, 1961, Девятых, 1970), варьируя по годам в относительно небольших пределах (рис. 4.1).
С конца 1970-х годов на территории Северного Прикаспия, и, в частности, Джаныбекского стационара начался подъем уровня грунтовых вод (УГВ), который происходил со средней скоростью 11 см в год (Соколова и др., 2000, Топунова, 2002). В результате в настоящее время грунтовые воды находятся на глубине 5-5,5 м (табл. 4.1), а верхняя граница капиллярной каймы - соответственно на глубине 1,5-2,5 м, поскольку ее мощность в исследованных солончаковых солонцах составляет около 3 м (Роде, Польский, 1961).
Выяснение причин подъема уровня грунтовых вод не входило в задачи данной работы, и в этом отношении можно высказать только некоторые гипотезы. Из рисунка 4.1 видно, что подъем уровня грунтовых вод на исследованной территории происходил синхронно с подъемом уровня Каспийского моря, но есть ли между этими явлениями функциональная связь - этот вопрос остается пока открытым. Возможно, что подъем уровня Каспийского моря и грунтовых вод может быть частично связан с влиянием одного и того же фактора (или нескольких факторов). Подъем и Каспийского моря, и грунтовых вод может быть частично связан с широким распространением обводнительно-оросительных мероприятий на прилегающих к Каспийскому морю территориях. Известно, что в Прикаспийском регионе России, Азербайджана, Казахстана и Туркмении в 80-е годы орошением было охвачено около 2,7 млн. га (Прикаспийский регион, 1989На орошаемых участках и прилегающих территориях образуются гигантские по площади водяные купола растекания, которые способствовали выравниванию и подъему уровня грунтовых вод. Кроме того были запружены плотинами русла ряда рек, включая Волгу, и влияние фильтрующейся воды из этих водохранилищ распространяется на десятки километров (Шикло-манов, 1989).
Как показывают данные, полученные сотрудниками стационара в 1950-1970-х годах (Биогеоценотические основы..., 1974), а позже Казахской гидрометеостанцией, начиная со второй половины 1970-х до середины 1990-х годов изучаемая территория характеризовалась повышенным атмосферным увлажнением (рис.4.1) в связи, видимо, с многолетней цикличностью выпадающих осадков, выявленной А.А. Роде (1959). По сравнению с предшествующими годами суммы осадков выросли примерно на 30-40%, что также могло способствовать подъему уровня грунтовых вод. Аналогичное явление было отмечено Ф.Р. Зайдельманом с соавторами (1998) для того же периода по наблюдениям в Ставропольском крае, что, по мнению авторов, привело к широкому распространению переувлажнения почв и развитию мо-чаристых ландшафтов.
Начиная с середины 1990-х годов, наблюдается уменьшение количества атмосферных осадков и снижение среднего уровня Каспийского моря. Также наблюдается некоторое снижение уровня грунтовых вод (рис. 4.1).
В таблице 4.1 представлены статистически обработанные по 6 повтор-ностям данные по уровню, минерализации и химическому составу грунтовых вод под солончаковыми солонцами в 1950-1960-е годы и в настоящее время. Определение всех компонентов грунтовых вод в настоящее время проводилось теми же методами, что и в 1950-1960-е годы. Результаты для индивидуальных скважин даны в приложении 4. Из таблицы 4.1 видно, что подъем УГВ сопровождался изменением их состава. В настоящее время по сравнению с 1950—1960-ми годами в грунтовых водах достоверно и очень существенно (примерно вдвое) возросла концен-трация ионов С1 и Mg , наметилась тенденция к увеличению концентрации Na+, но из-за большого пространственного варьирование это увеличение при Р=0,8 является статистически незначимым. Общая концентрация солей в грунтовых водах несколько возросла, но различия при Р=0,8 также статистически незначимы. Уровень, минерализация и состав грунтовых вод (средние значения из 6 повторностей и доверительные интервалы при Р=0,8)
Выявленные различия между результатами, полученными в 1950-1960-е годы и в настоящее время, можно объяснить следующим образом. В 1950-1960-е годы грунтовые воды под солонцами находились на глубине около 7 м, то есть в пределах практически незасоленного суглинка, и основным источником солей в них были залегающие ниже морские засоленные отложения. Подъем грунтовых вод происходит через нижнюю часть почвенно-грунтовой толщи, содержащей легкорастворимые соли, представленные двойным сульфатом натрия и магния - астраханитом и хлоридом натрия 52 галитом (Сиземская, 1985, Царевский, 1983). В результате поднимающиеся грунтовые воды обогащаются сульфатами и хлоридами магния и натрия. Возможно, что одновременно происходит реакция вытеснения натрием Са2+ и Mg2+ из ГШК с последующим осаждением гипса. Более подробно этот вопрос рассматривается в главах 5 и 6.
Взаимодействие засоленных горизонтов целинного солончакового солонца с минерализованными грунтовыми водами в условиях модельного лабораторного опыта
В главе 5 настоящей работы, а также в имеющихся публикациях об изменении солевого состояния солончаковых солонцов Северного Прикаспия в условиях подъема уровня грунтовых вод (Соколова и др., 2001, Топунова, 2002) на основе статистической обработки массового материала показано, что за последние 20 лет произошли следующие достоверные изменения в содержании запасов легкорастворимых солей в почвенно-грунтовой толще солончаковых солонцов: накопление иона СГ на глубинах 50-500 см, накопление иона НСОз- на глубинах 100-250 см, снижение содержания иона S042 в слое 100-250 см, Na - в слое 100-200 см и Са2+ - в слое 150-200 см.
Было высказано предположение, что эти изменения являются результатом происшедшего подъема уровня грунтовых вод и повышения их минерализации и осаждения легкорастворимых солей у верхней границы капилляр-ной каймы, которое сопровождалось вытеснением Са из ППК ионом Na и осаждением гипса. Для проверки этой гипотезы был проведен модельный лабораторный опыт, в котором моделировали взаимодействие трех образцов засоленных горизонтов солончакового солонца с минерализованной грунтовой водой. Результаты этого опыта изложены в настоящей главе.
В литературе опубликованы результаты многих модельных экспериментов подобного рода, хотя основная их часть имитирует взаимодействие с минерализованными водами исходно незасоленных образцов.
Так, по данным Г.П. Максимюк (1989) при промывке на больших воронках лессовидного карбонатного суглинка водой сульфатно-натриевого состава наблюдались обменные реакции между натрием поступающих растворов и поглощенным кальцием почвы с выщелачиванием образующегося СаСЬ. На вероятность существования такой реакции указывал В.А. Ковда (1950). В отношении влияния состава солей на последующий характер рассоления и осолонцевания почв интересен опыт В.А. Ковды (1937). Образцы карбонатного и бескарбонатного лессовидного суглинка засолялись Ш растворами NaCl, Na2S04, MgCl2. Суглинки загружались в цилиндры, поверхность которых нагревалась до 40-45 С, и соли с капиллярными растворами поднимались к поверхности и осаждались на поверхности в виде корки. Затем цилиндры промывались порциями дистиллированной воды. Анализируя химический состав полученных фильтратов, автор отмечает, что при рассолении сульфатные солончаки в отличие от хлоридных задерживают подавляющую часть кальция в профиле. Солонцеватость наиболее интенсивно проявляется у солонцов, развившихся из хлоридных солончаков, особенно в случае засоления карбонатного суглинка. Столь значительная разница в результатах рассоления хлоридных и сульфатных солончаков объясняется различными формами соединений кальция, образующимися при засолении. В случае хлоридного засоления кальций связывается с хлором, образуя легкорастворимую соль СаСЬ, которая при рассолении выносится в несколько раз быстрее, чем гипс, образующийся при сульфатном засолении. Соответственно, в поглощающем комплексе остается больше обменного натрия, вызывающего сильную солонцеватость. В сульфатных солончаках кальций сохраняется при рассолении в профиле и, постепенно возвращаясь в ППК, сильно снижает степень солонцеватости.
Изучению состава почвенного раствора после взаимодействия покровного суглинка с растворами NaCl и Na2S04 разных концентраций посвящены работы Зайцевой Р.И., Минашиной Н.Г., Судницына И.И. (Зайцева и др., 1996, 1997). Эти исследователи изучали состав отделенного с помощью пресса почвенного раствора при разном содержании влаги. При засолении растворами Na2S04 в крупных порах при высокой влажности количество ионов Са2+ и Mg2+, способных обмениваться на ион Na+, было меньше относительно объема раствора и запасов Na+ по сравнению с тонкими порами, поэтому в тонких порах эффект реакции катионного обмена проявляется больше. Кон-центрация иона SO4 в крупных порах была выше, чем в тонких, так как в последних из-за более высокой концентрации Са происходит осаждение гипса. При засолении растворами NaCl в крупных порах количество Na+ было выше, чем в тонких, и возрастало по мере увеличения концентрации исходного раствора; концентрация СГ при этом менялась незначительно.
Николаевой С.А. с соавторами (Николаева и др., 1982) было исследовано взаимодействие минерализованной поливной воды с незаселенным южным черноземом. Хлоридно-сульфатно-натриевая поливная вода после взаимодействия с незаселенными почвенными образцами превращается в хло-ридно-кальциевый почвенный раствор в результате реакций катионного обмена. При уменьшении размеров пор отношение ионов Na+ к сумме Са2+ и Mg2+ в почвенном растворе снижалось.
Модельный опыт по инкубированию с растворимыми солями горизонтов А и С незасоленной темно-каштановой почвы на лессовидном суглинке был проведен Л.А Воробьевой и А.В. Горобцом (2001). Образцы почвы взаимодействовали с растворами NaCl, Na2S04, NaHCCb при влажности 0,6-0,8 от наименьшей влагоемкости в течение года. В водной вытяжке из образцов после модельного опыта увеличилось содержание тех ионов, которые вносили с солями. Произошло увеличение содержания обменного натрия и значительное уменьшение содержания обменных кальция и магния. Натрий полнее вытесняет кальций из ППК в том случае, когда он вводится в систему в форме сульфата, чем в вариантах опыта с внесением NaCl. При этом распределение кальция между жидкими и твердыми фазами при внесении в почву NaCl контролируется ионообменными процессами, а при внесении Na2S04 - процессами ионного обмена, осаждения-растворения гипса и ассоциации ионов. Распределение магния в обоих случаях контролируется процессами ионного обмена. При внесении в почву NaHC03 распределение кальция и магния между твердыми и жидкими фазами почв контролируется процессами ионного обмена и образования растворения карбонатов кальция и магния. Т. А. Соколова с соавторами (1986) изучали влияние водного режима на формирование новообразований легкорастворимых солей в солонцовых комплексах каштановой зоны. Для этого в стеклянную воронку помещали образец незаселенного суглинка и погружали ее в стакан с насыщенным раствором сульфата натрия. По мере испарения раствора на поверхности суглинка сначала формировались выцветы, вкрапления, а затем выпоты сульфата натрия. Аналогичные выпоты формировались и при подсушивании образцов засоленных почв.
М.Б. Минкин и В.П. Калиниченко (Калиниченко, Минкин, 1991, Мин-кин и др., 1995) провели лабораторный опыт по изучению солепереноса в почвах сухой степи. В три ящика размером 3x3 м поместили слой почвы мощностью 1,8 м. Тип засоления в каждом ящике был различным: хлорид-ный, сульфатный и хлоридно-сульфатный. В ящиках на поверхности почвы был искусственно сформирован шоскозападинный микрорельеф. В каждом варианте было проведено пять поливов. Во всех вариантах из-за разницы в увлажнении за счет перераспределения влаги микрорельефом создался градиент влажности в слое 0,4-1,0 м, под действием которого шло горизонтальное движение почвенных растворов. Установлено, что при хлоридном типе засоления наблюдается более значительное рассоление понижений и соответствующие засоление повышений по сравнению с сульфатным. Более глубокие изменения наблюдаются при смешанном типе засоления. При этом происходила не только миграция солей, но и наблюдалась смена типов засоления с глубиной в зависимости от типа засоления. Например, почва повышения на глубине 0,5 м характеризовалась хлоридным и сульфатно-хлоридным типом засоления, а в понижении на той же глубине отмечался гидрокарбонатный тип. В почве на повышении вниз по профилю доля сульфатных ионов увеличивалась, в большей степени, чем в почве понижения.
Изменение запасов легкорастворимых солей в солончаковых солонцах в результате длительной агролесомелиорации
Влияния агролесомелиорации на запасы легкорастворимых солей в солончаковых солонцах изучалось на трех опытных участках: «Новый опыт», «Госфонд» и участок IV-C «Гослесополосы». Эти участки отличаются структурой и возрастом лесных полос и описаны в главе 2 в разделе 2.7. На каждом участке в 1999-2001 г.г. были заложены разрезы: 3 на мелиорированном участке и 3 разреза на целине, прилегающей к данному участку.
Методология исследования, схема отбора проб и методы анализа образцов и обработки данных для профилей, расположенных на целинных участках, изложены в главе 5, раздел 5.1. Аналогичным образом отбирали образцы и проводили анализы и обработку данных для образцов, взятых с трех мелиорируемых участков.
В дополнение к представленной в главе 5 программе аналитических работ во всех образцах почв, как на целине, так и на мелиорированных участках, в составе водной вытяжки определяли содержание натрия методом пламенной фотометрии. При сопоставлении современных данных по содер- жанию и запасам солей в солончаковых солонцах на целинных и мелиорированных участках (разделы 7.2, 7.3 и 7.4 настоящей главы) использовали результаты определения натрия на пламенном фотометре. В разделе 7.5 данной главы при рассмотрении динамики солей на мелиорируемых участках и сравнении современных данных с результатами, полученными в 1970-е годы (Биогеоценотические основы ..., 1974) и в 1980-е годы (Сиземская, 1989) использовали величины содержания иона Na+ в водной вытяжке, полученные по разности между суммой анионов (НС03 , S04 ,С1 ) и суммой катионов (Са , Mg ;, так как именно таким методом определяли содержание натрия в 1970-1980-е годы. Содержание ионов в водной вытяжке представлено на рисунке 7.1, 7.2, 7.3 и в приложениях 2, 3, 5.
Агролесомелиорация на этом участке проводится с 1970 года. Несмотря на большое пространственное варьирование запасов солей на этом участке (табл. 7.1), выявляются закономерные изменения этого показателя в ходе мелиорации. Из таблицы 7.1 видно, что произошло снижение общих запасов легкорастворимых солей в слое 0-200 см в 2 раза. Верхняя полуметровая толща освободилась от солей практически полностью. От иона СГ почти полностью освободился слой 0-100 см. Запасы этого иона сократились во всей почвенно-грунтовой толще почти в 3 раза. Уменьшение запасов иона S042_ в 3 раза наблюдается в слое 0—200 см, причем из слоя 0—50 он исчез почти полностью. Снижение запасов иона Са2+ наблюдается с поверхности до 150 см, запасы в слое 0-200 см уменьшились в почти в 3 раза по сравнению с целинными почвами. Запасы иона Mg2+ в верхних двух метрах сократились в 3 раза. В верхнем двухметровом слое запасы иона Na+ сократились в два раза. На глубине 250-350 см наблюдается статистически значимое увеличение запасов ионов Na+ и общих запасов легкорастворимых солей. На той же глубине в мелиорированных солончаковых солонцах по сравнению с целинными наблюдается достоверное накопление запасов иона S042 . Приведенные данные позволяют предполагать, что накопление иона Na+ в слое 250-350 см происходит преимущественно в форме сульфатов натрия, скорее всего - в форме мирабилита или тенардита. Аккумуляция сульфата натрия в этом слое, приводящая к повышению запасов суммы солей, связана, по всей вероятности, с их выносом из вышележащих горизонтов. Возможно также поступление некоторого количества сульфата натрия из грунтовых вод, чему способствует интенсивное потребление влаги древесными культурами при высокой степени минерализации грунтовых вод (см. таблицу 8.1 в главе 8).
Солевые профили целинных и мелиорируемых почв на участке «Гослесополоса» (50 лет мелиорации). Средние значения для трех разрезов. Таким образом, за 30-летний срок мелиорации в солончаковых солонцах зоной выноса солей стала толща 0-200 см. Хлоридно-сульфатный химизм засоления меняется в ходе мелиорации на сульфатный за счет резкого снижения содержания СГ- иона в почвенно-грунтовой толще. Также изменяется степень засоления почвенно-грунтовой толщи (приложение 5). Целинные солончаковые солонцы по классификации Н.И. Базилевич и Е.И. Пайковой (1968) характеризуются очень сильным засолением начиная с глубины 20 см до 300 см и сильным засолением в нижележащих горизонтах. В мелиорируемых почвах верхние 60 см незасолены, в слое 60-160 см наблюдается сильное засоление, в слое 160-380 см очень сильное засоление, в нижележащих горизонтах до грунтовых вод - сильное засоление. Смещение вниз границ слоя с очень сильным засолением в мелиорируемых почвах произошло из-за перераспределения токсичных солей под влиянием агролесомелиорации.
Изменение запасов легкорастворимых солей в солончаковых солонцах в результате агролесомелиорации на участке «Госфонд» по современным данным На участке осфонд мелиорация проводится с 1959 года. За прошедшие 40 лет в мелиорируемых солончаковых солонцах выявлены следующие изменения. Наблюдается снижение запасов легкорастворимых солей в слое 0-150 см, причем верхний полуметровый слой освобожден от них почти полностью (табл. 7.2). Снижение запасов иона СГ приходится на слой от 0 до 250 см, где верхние 50 см освободились от СГ полностью, а запасы в верхней двухметровой толще снизились приблизительно в 4 раза. Зоной выноса натрия становится слой от поверхности до 250 см, его запасы в слое 0-200 уменьшились в приблизительно в два раза. Достоверное снижение запасов иона S04 наблюдается только в верхнем полуметре - запасы сократились приблизительно в 20 раз. Запасы ионов Са2+ также изменились только в верхнем полуметре. Достоверное снижение запасов иона Mg2+ наблюдается в первом метре значения величин по результатам определения в мелиорируемых почвах ниже значений, полученных для целинных почв -значения величин по результатам определения в мелиорируемых почвах выше значений, полученных для целинных почв почвенно-грунтовой толщи, а в слое 250-400 см отмечено накопление этого иона. Примерно на тех же глубинах наблюдается заметное накопление запасов БО/ -иона, некоторое накопление запасов ионов Na+ и увеличение суммарного запаса легкорастворимых солей в мелиорируемых солонцах по сравнению с целинными, но из-за большого пространственного варьирование накопление этих компонентов является статистически незначимым при Р=0,8. Вместе с тем, эти данные дают основание предполагать, что аккумуляция легкорастворимых солей в слое 250-350 см происходит в основном в форме сульфатов натрия и магния - то есть скорее всего в форме астраханита. Так же, как и на участке «Новый опыт», наличие горизонта скопления легкорастворимых солей в этом слое связано преимущественно с их выносом из верхних горизонтов в результате мелиорации, но не исключено участие осаждения солей из поднимающихся высокоминерализованных грунтовых вод (табл.8.1 в главе 8).
