science-review.ru
В настоящее время в результате процессов деградации посевных площадей, опустынивания и заболачивания, водной и ветровой эрозии, засоления и загрязнения тысячи гектаров земель выпадают из сельскохозяйственного оборота. В мире немаловажное научно-практическое значение имеет исследование типоморфных, а также парагенетических групп элементов в индивидуальных образцах почв и почвообразующих пород.
Исследование химических и геохимических особенностей с педогеохимической точки зрения засоленных почв с плохой водо- и воздухопроницаемостью является одной из актуальных проблем земледельческой практики на орошаемых площадях Узбекистана.
Отдельные геохимические, агрохимические и агромелиоративные свойства почв пустынной зоны, в особенности Центральной Ферганы, изучали А. Максудов [1], Ш.Я. Эшпулатов [2] и другие авторы. Недостаточно изучена педогеохимия этой зоны.
Обзорных работ очень мало, к их ряду относятся работы иностранных учёных M. Switoniak, P. Mroczek, R. Bednarek [3], G.V. Shipkova [4] и др.
Сформировавшиеся в Центральной Фергане орошаемые, засоленные, имеющие на различной глубине арзык-шоховые, шох-арзыковые горизонты почвы требуют систематического изучения с педогеохимической точки зрения.
Цель исследования: определение геохимических и мелиоративных свойств, а также плодородия и почвенно-экологического состояния орошаемых засоленных, педолитных луговых сазовых почв Центральной Ферганы.
Материалы и методы исследования
Объектом исследования являются новоосвоенные, новоорошаемые, староорошаемые луговые сазовые почвы Центральной Ферганы, сформированные на аллювиальных, аллювиально-пролювиалных отложениях, засоленные, имеющие на разных глубинах арзык-шоховые, шох-арзыковые горизонты.
В качестве основного метода, применялся морфогенетический, сравнительно-географический метод В.В. Докучаева [5] и метод полевого опыта Б.А. Доспехова [6]. Почвенно-химические анализы проведены согласно описанию «Методы агрохимических, агрофизических и микробиологических исследований в поливных районах» и «Руководство по химическому анализу почв».
Результаты исследования и их обсуждение
В Центральной Фергане при средней степени минерализации и слабого стока минерализованных грунтовых вод в пустынных условиях в засоленных почвах с низким содержанием гумуса при соотношении C:N 5,2–7,9 формировались луговые сазовые педолитные почвы. Обнаружены педолитные горизонты на различных глубинах от поверхности. Глубина расположения педолитных горизонтов начиная от юга к северу поднимается кверху.
В орошаемых луговых сазовых почвах Куштепинского тумана эта глубина составляет 93–111 см, а в Язяванском тумане – 32–55 см, в Улугнорском – 18–33 см. Распределение педолитных горизонтов имеет мазаичный характер, т.е. несплошное. Гранулометрический состав почв в основном легко- и среднесуглинистый. Характерная особенность этих почв – отсутствие гумуса и цементации педолитных горизонтов [7].
В этих условиях, т.е. в аридных регионах, при слабой степени природной дренированности, даже малое содержание солей в грунтовых водах приводит к их аккумуляции, следовательно, к засолению почв. В поливных условиях содержание солей в поливных водах в количестве 1–1,5 г/л служит дополнительным источником аккумуляции солей в почвах. При этом нарушается солевое равновесие и качество. Ясно одно, простые соли в почвах, несмотря на их подчиненное положение, влияют на энергетику почв и почвообразования, на физические, химические и биогеохимические свойства. Также сильно влияют на протекающие в почве различные процессы.
При этом немаловажное значение имеют качественный состав солей, количество, геоэнергетическое состояние. Надо помнить, что аккумуляция и расход энергии в почвах во многом связаны с количеством и качеством солей. При этом достоверно известно, что каждая молекула кристаллизационной воды вносит в кристаллическую решетку 1542 дЖ энергии.
Количество и качество простых и сложных солей, минералов почв зависит от их зональности, местных условий, состава минералов и солей, структуры кристаллической решетки, размера входящих в кристаллическую решетку ионов, количества и качества, потенциала Картледжа и др.
Такие катионы, как K+, Na+, Ca+2, Mg+2, Fe+2, имеют низкие потенциалы, и по этой причине они в основном находятся в составе растворов щелочной природы. При просмотре спектров ионов обнаруживается, что более высокие положения соответствуют аниона (рис. 1), поэтому анионы в растворах проявляют металлоидные свойства.
Рис. 1. Геохимический спектр Картледж потенциала ионов
Кроме того, количество энергии в кристаллической решетке у анионов выше, чем у катионов. Эти спектры одновременно указывают на относительное содержание ионов в изученных почвах.
Из данных потенциала ионизации видно, что наиболее высокие показатели соответствуют ионам SO4-2, CO3-2, которые в свою очередь существенно влияют на свойства почв и педолитных горизонтов.
Самые высокие показатели энергии кристаллической решетки приходятся на трехвалентные катионы, а относительно малые показатели свойственны одновалентным катионам и анионам (рис. 2) [8].
Рис. 2. Спектр кристаллической энергии солеобразующих анионов
Энергия кристаллических решеток щелочных металлов близка между собой, но при этом энергия калиевых солей меньше, чем натриевых, следовательно, это положение определяет их участие в засолении почв.
Следует помнить, что энергия кристаллической решетки солей является потенциальной энергией для данной почвы. Большая часть приходится на сульфатные, карбонатные и фосфатные соли (рис. 2).
Количественное распределение этих солей в почвах, педолитных горизонтах представлено на рис. 3.
Из приведенных материалов спектра солей видно, что относительно высокое содержание солей приходится на горизонт 18–33 см в разрезе 8А, где педолитные горизонты расположены высоко. При этом аналогичная ситуация наблюдается в содержании токсичных и нетоксичных солей. Распределение солей в этих горизонтах имеет следующий вид: MgSO4 > CaSO4 > > Nа2SO4 > Ca(HCO3)2 > NaCl, Na2CO3.
Следует подчеркнуть, что во всех изученных педолитных горизонтах обнаружен Na2CO3 в количестве 0,02–0,025 %, которое должно нас настораживать.
Таким образом, с ростом атомной массы, место в периодической системе количество элементов и солей, в частности карбонатных солей, уменьшается.
В частных случаях, таких как наш, расположение металлов выглядит таким образом: Fe+2, Ca+2, Mn+2, Sr+2, Ba+2, т.е. эти металлы в наших почвах не подчиняются вышеуказанным правилам. Как ожидалось, наибольшее содержание характерно для Ca+2, Fe+2, Na+, Mg+2, Sr+2.
По общему содержанию имеют ряд: Ca+2 > Fe+2 > Na+ > Mg+2 > Sr+2 > Mn+2 > > Ba+2 > Pb+2 > Co+2 > Cd+2 > Zn+2.
Карбонатные соли этих элементов в соответствии с их массой располагаются следующим образом:
Разрез 8А, глубина 18–33 см. CaCO3 > > MgCO3 > FeCO3 > Na2CO3 > MnCO3 > > SrCO3 > BaCO3 > CoCO3 > ZnCO3 > > CdCO3 > PbCO3.
Разрез 6А, глубина 32–55 см. CaCO3 > > MgCO3 > FeCO3 > Na2CO3 > MnCO3 > > BaCO3 > SrCO3 > CoCO3 > ZnCO3 > > PbCO3 > CdCO3.
Разрез 7А, глубина 93–111 см. BaCO3 > > PbCO3 > SrCO3 > CaCO3 > CdCO3 > > Na2CO3 > MnCO3 > FeCO3 > ZnCO3 > > CoCO3 > MgCO3.
Из этих рядов и их количественных показателей обнаруживается, что в самых твердых по морфологическому признаку горизонтах (раз. 6А, глубина 32–55 см) содержание Ca+2, Fe+2, Mn+2, Ba+2 выше, чем в двух других педолитных горизонтах. Содержание Ba+2 в этом горизонте в 10 раз больше, чем в глубинных, в 20 раз больше, чем в поверхностных педолитных горизонтах. Это и определяет более высокую твердость горизонта 32–55 см.
В содержании углекислых солей кальция тоже обнаруживается почти аналогичная картина, но при этом содержание СаСО3 выше в глубинных (93–111 см) педолитных горизонтах.
Рис. 3. Геохимические спектры солей в педолитных горизонтах
Рис. 4. Динамика свойств почвенных растворов
Концентрация почвенных растворов в педолитных горизонтах изученных почв варьирует в пределах 4,1–6,2 г/л, что ниже, чем в почвенных горизонтах. При этом коэффициент вариации составляет 2,76–8,30 %, точность составляет 1,09–3,39 %. С ростом окультуренности наблюдается уменьшение содержания как токсичных, так и нетоксичных солей. Это положение четко наблюдается при сопоставлении данных разрезов 7А, 9А с разрезом 6А (рис. 4).
С ростом периода орошения в почвах наблюдается также уменьшение соды и гидрокарбонатных, сернокислых солей натрия и магния.
Повышенное содержание МgSO4 в изученных почвах (в отдельных случаях больше, чем CaSO4) связано с содержанием этих солей и соды в грунтовых водах.
Следует особо подчеркнуть, что при исследовании свойств почв важное место занимает концентрация и состав почвенных растворов, а наибольшее значение имеет активность ионов, в том числе Na+. Если рассмотреть взаимную корреляционную связь между концентрациями почвенных растворов и активностью катиона натрия, связь положительная – 0,2, но низкая, а корреляция между активностью катиона натрия и его коэффициента активности тесная 0,66. В содержании поглощенного натрия и других катионов резкого различия в закономерности их распределения в педолитных горизонтах не наблюдается.
Наименьшее содержание соответствует натрию, а самые высокие показатели характерны для Ca+2, в этом ряду Mg+2 занимает промежуточное положение, но в педолитных горизонтах содержание поглощенных Ca, Mg почти одинаковое (рис. 5).
Рис. 5. Поглощенные катионы
Относительно хорошее соотношение катионов в педолитных горизонтах наблюдается в разрезе 7А, глубина 93–111 см, а затем идут педолитные горизонты разрезов 6А и 8А. В этих горизонтах корреляционная связь между Ca+2 и Mg+2 положительная.
Заключение
Арзык-шоховые, шох-арзыковые горизонты орошаемых луговых сазовых почв являются их генетическими горизонтами и называются педолитами. Эти горизонты в результате длительного орошения и окультуривания постепенно теряют свои основные свойства и медленно разрушаются, и улучшается почвенно-экологическое состояние почв.
Причиной ускоренной реставрации воднорастворимых солей после промывки педолитных почв служит неглубокий вмыв солей, т.е. от поверхности неглубокозалегающих арзык-шоховых, шох-арзыковых горизонтов в луговых сазовых почвах. При поливах пшеницы на неглубокозалегающих педолитных почвах часто всходы погибают, причиной чего служат поливы, которые проводятся в мае и увлажняют почву до глубины педолитных горизонтов, т.е. на глубину 18–33 см, 32–55 см. После полива в течение 2–3 дней сульфатные и хлоридные соли мигрируют вверх, при этом в этих почвах при засолении по плотному остатку 0,5–1 % образуется временная сода, под влиянием которой сперва всходы желтеют, а потом полностью погибают.
Управлению сельского и водного хозяйства районов, фермерскому союзу рекомендуется производить посевы сельскохозяйственных культур с учетом длины основной массы корней культур и глубины расположения педолитных горизонтов. Также рекомендуется в подачу промывной нормы воды для этих почв внести поправки с учетом глубины расположения педолитных горизонтов.
Результаты исследований использованы для разработки рекомендаций производству и внедрены на посевных площадях Ферганской области, имеющих педолитные горизонты. Это позволило сохранить плодородие почвы, улучшить почвенно-экологическое состояние и водосохраняющую способность почв, агрофизические и агрохимические свойства, увеличить эффективность использования минеральных удобрений, а также определить нормы полива в вегетационной период, предотвратить бесполезный расход воды, обеспечить экономию воды.