science-review.ru
В исследованиях по генезису эволюционного развития почв на территории пустынной зоны Ферганской долины, которая начала осваиваться с 30–50-х годов прошлого века, отмечалось, что эти почвы формируются и развиваются под влиянием специфических почвенных факторов [1, с. 27–28]. Исследование с акцентом на лимитирующее влияние антропогенного фактора при изменении почв может дать возможность осветить процесс их эволюционного развития.
Цель исследования: изучение изменений в морфологическом строении и некоторых других свойств арзыковых почв, связанных с человеческим фактором, которые играют ведущую роль в эволюции почв; сопоставление их с результатами исследований предыдущих лет. Определение дальнейших направлений развития процессов, происходящих в почве.
Материалы и методы исследования
Объектом исследования являются лугово-сазовые почвы, формировавшиеся в Центральной Фергане. При проведении полевых исследований использовался метод заложения почвенных разрезов, а также заложение профиля геохимико-географического ландшафта. Также были использованы рекомендации [2, с. 4–12] Почвенного института им. В.В. Докучаева.
Результаты исследования и их обсуждение
Этап зрелости образования и развития почвы для определенной территории характеризуется ее генетическими горизонтами в пределах определенного типа почвы и характерными для нее особенностями и свойствами, а также формированием устойчивого уровня плодородия.
Изменение экологических условий приводит к изменению геохимических свойств почвы, а затем в фазе постепенного развития [3, с. 34–37; 4, с. 40–44], как следствие, начинают изменяться ее естественные особенности и свойства генетических горизонтов в разрезе почвы. Развитые полнопрофильные почвы сталкиваются с изменениями, связанными с эволюцией всей природной среды. При этом один генетический тип или подтип почвы может перейти к другому генетическому типу или подтипу.
Отмеченные В.В. Докучаевым факторы образования почв характеризуются медленными изменениями в генетических горизонтах почв в периоды застойного (климакса) равновесия, в это время систематически не наблюдаются значительные изменения в почвенном покрове.
Известно, что почвообразующие факторы не одинаково сильны в некоторых направлениях в зависимости от уровня их воздействия, например они делятся на две группы в соответствии с почвенно-географическими условиями и степенью их воздействия.
В первую группу входят факторы, влияющие на большие территории в широком географическом масштабе: климат, организмы и возраст страны. Регулярность географического распределения групп типов почв, существенно отличающихся друг от друга, зависит от соотношения этих факторов. Почвообразующие породы, рельефы, микроклимат и деятельность человека – все это вторичные факторы. Эти факторы способствуют формированию небольших таксономических единиц в пределах типа почвы, в разной степени встречаются подтипы, разности почвы.
Баланс между этими факторами будет нарушен под влиянием природных факторов вплоть до высоких этапов развития человеческого общества.
Влияние антропогенного фактора обусловлено изменением водного режима в Центральной Фергане путем планировки земель, орошения и освоения. Прокладывание оросительных систем, строительство коллекторно-дренажной сети, система обработки земель, севооборотов, система удобрения, промывка и гидромелиоративные, агромелиоративные условия, такие как вторичное засоление, увеличение плотности подпахотного горизонта, нашли свое отражение в таких направлениях, как ускорение процесса дегумификации на ранней стадии освоения и орошения новоосвоенных земель.
Освоенные в 30–50-х годах прошлого столетия на типовом уровне арзыковые луговые сазовые почвы отличаются тем, что в регионе образуются отдельные специфические слои в этих почвах, и они отличаются своей засоленностью, гипсированностью, содержанием арзыка, гипса и др.
Структура и морфология арзыковых почв резко отличаются от других почв региона. В их разрезе в почвах и подпочвах наблюдается четкое расслоение геохимических образований, которые соответствуют закону их миграции и аккумуляции. В нижней части разрезов скопились карбонаты кальция и магния (30–60 %), ниже средней части – гипс и карбонаты (50–70 %), а в верхней – гипс (5–10 %) и легко растворимые в воде соли.
Накопление большого количества этих соединений образует пышные, арзыковые, гипсовые, засоленные горизонты, характерные для них, и в связи с этим почвенный разрез арзыковых почв имеет трехслойную или трехъярусную структуру [5, с. 42–83].
Арзыковым почвам характерно слоистое сложение почвенно-грунтовой толщи. Облегченный механический состав верхних горизонтов с глубиной утяжеляется. Гипсоносные и арзыковые слои имеют преимущественно лёгкий и средний суглинистый механический состав. Они скелетные и представлены кристалликами гипса и агрегатами арзыка. Шоховые горизонты чаще всего состоят из тяжёлых суглинков и глин.
Водно-физические свойства арзыковых горизонтов зависят от формы их сложения. Так, объемная масса при мелких формах арзыка равна 1,31–1,41 г/см3, порозность 42–47 %, при крупных и плотных формах 1,7 г/см3 и 31 % соответственно. При сильной цементации горизонта объемная масса увеличивается до 1,91–2,07 г/см3, а порозность снижается до 23–25 %. Полевая влагоемкость пахотного суглинистого горизонта равна 21–25 %, в верхней части арзыкового слоя 19–22 % и в нижней 22–28 % от веса почвы. Повышенные значения полевой влагоемкости связаны с капиллярно-подпёртой влагой.
Химические и минералогические составы арзыковых почв своеобразны. Арзыковый слой содержит 31–40 % СаО, 1,5–5 % МgO, 9–16 % CO2, 9–53 % SO4, 0,3–1,0 % Fe2O3, 0,4–0,2 % SiO2, а шоховый 17–32 % СаО, 3–12 % МgO, 13–19 % CO2, 0,2–5 % SO4, 0,4–1,0 % Fe2O3, 0,3–1 % SiO2. Арзыковые горизонты в основном состоят из гипса (до 70 %), кальцита (10–35 %), доломита (3–8 %), магнезита (1–4), а шоховые отличаются незначительным количеством гипса (меньше 5 %) и максимальным количеством кальцита (20–53 %), доломита (5–15 %) и магнезита (1,5–7 %). Иногда в арзыковых горизонтах встречается сернокислый магний. В очагах накопления содержание его колеблется от долей процента до 14 %. Сульфат магния находится в парагенезе с гипсом. С сульфатом натрия образует двойные соли (1, с. 13).
Арзыковые почвы засолены легкорастворимыми солями, тип засоления – сульфатный. Поверхностные горизонты арзыковых почв в естественных условиях отличались наибольшим количеством солей. Второй солевой максимум был приурочен к арзыковому слою. В условиях орошения рассолительные процессы доминируют над засолением. Однако своеобразное строение профиля почв и сложения не позволяет достичь полного освобождения от солей. Так, в новоосвоенных почвах весь их профиль засолен. В условиях длительного орошения надарзыковый слой промыт, а в арзыковом слое содержание солей в количестве 1–2 % сверху вниз плавно уменьшается. В составе солей преобладают сульфаты кальция, магния и натрия. Содержание хлора-иона при слабой и средней степенях засоления составляет 0,25-0,87 мг. экв. на 100 г почвы, а при сильной – до 2,45 мг. экв.
Арзыковые почвы характеризуются низким количеством органического вещества и питательных элементов, арзыковые горизонты крайне бедны ими. При поверхностном залегании арзыкового горизонта почвы содержат 0,21–0,39 % гумуса, 0,012–0,015 % общего азота, до 0,10 % валового фосфора и 0,21 % валового калия. В мелкоарзыковых и глубокоарзыковых почвах содержание гумуса 1–1,5 %, валового фосфора 0,11–0,16 % и калия 1,14–1,52 %. По содержанию подвижных форм фосфора они не обеспеченные, а по количеству обменного калия слабо- и среднеобеспеченные.
Таким образом, исследования эволюционных процессов арзыковых почв имеют большое научно-практическое значение.
Обработка почвы в течение всего периода ее использования, в зависимости от качества, находит свое отражение в постепенном ее развитии.
В ходе капитальной планировки почв-грунтов были срезаны небольшие холмы и уложены в низины. В результате образовались смешанные почвенные слои, состоящие из разнородных почвенных масс. В результате чего в низменностях в разной степени запахивались гумусированные слои. Кроме того, сдвижение верхних гипс-арзыковых слоев, расположенных в средних и нижних слоях почвенного профиля, привело к их трансформации в поверхностные слои. Это состояние можно наблюдать даже при планировке в зависимости от глубины залегания арзыкового слоя в некоторых массивах и состояния выращиваемых культур.
Ежегодно проводимая вспашка и рыхление почвы, обработка культур, чередование посевных площадей различных культур и их подкормка приводят к четкому образованию пахотного горизонта. Как и региональные гидроморфные почвы в регионе, на арзыковых почвах эта ситуация была тоже выражена в поверхностно-арзыковых почвах: за прошедший период после глубоких рыхлений образовались локализованные пахотные слои. Это состояние характеризуется улучшением их физических свойств, т.е. повышением гидроизоляции, уменьшением плотности, увеличением пористости. Но в подпахотных слоях, особенно в мелкозернистых почвах (30–60 см), плотность выше, чем в других горизонтах (1,4–1,5 г/см3).
Основные почвенные процессы нашли свое отражение в изменениях, связанных с поливами [6, с. 128–134; 7, с. 51–53]. Орошение сыграло важную и ключевую роль в активизации изменений химического состава почв, ускорении процесса выветривания, промывании и перераспределении веществ.
Закладка насаждений, участвующих в процессе формирования и развития почв на протяжении веков, и состав поливных вод, а также вышеперечисленные факторы оказывают большое влияние на процесс эволюции изученных почв.
По М.А. Панкову [4, с. 43], в первые периоды освоения вышеописанных почв в результате орошения и ряда других мероприятий происходит интенсивное изменение. В результате чего под воздействием обработки поверхностных (30 см) слоев образуются агроирригационные, гумусированные слои, и к 70-м годам прошлого столетия они локально стали переходит в оазисные почвы. К этому периоду изменений в структуре почвенного покрова наблюдается сдвиг в сторону ослабления балансирующих факторов под влиянием антропогенного фактора.
Сейчас изменения в них, в отличие от целинных почв под воздействием орошения, интенсивны, но по сравнению с первыми периодами освоения продолжают оставаться медленными.
Эти процессы особенно четко выражены в приведенных данных по водорастворимым солям (рис. 1 и 2). В частности, на запаханных почвах в результате исследований возникла сильная комплексность в зависимости от толщины слоя почвы и глубины залегания гипсового слоя. Было отмечено выше, что причиной этого являются земляные работы по выравниванию. Четко выражено влияние полива на формы гипса.
Гипсовый слой, состоящий из тонких и мелких кристаллов и их производных (гипс может быть и в аморфном состоянии), обычно расположен недалеко от поверхности земли. Размеры кристаллов изменяются в глубоких слоях, они образуются по форме в иглоподобные, ромбоэдрические и тонкие и другие. Четко выражено явление суффозии, которое свидетельствует о вымывании гипса в гипсовых слоях. Это явление может усиливаться со временем.
Рис. 1. Содержание легкорастворимых солей в 1930-х годах
Рис. 2. Содержание легкорастворимых солей в 1970 (разрез 62), 2000 (разрез 10) и 2015 (разрез 3) годах
В тонком кристаллическом гипсовом слое белого кристаллического гипса значительно больше, а цвет белый. Поливные воды, движущиеся сверху вниз в процессе полива из гипсового горизонта, частично растворяют гипс, который аккумулируется ниже по профилю. Чем больше продолжительность полива, тем точнее результат этого процесса. В результате этих процессов белый цвет гипса стал смешанным породно-гипсовым с гнилостно-серым.
Верхний пахотный слой почвы стал более плодородным под влиянием орошения, обработки и других мероприятий. Гипс и арзыковые образования частично растворяются, хотя очень мало, и частично промываются.
Размеры кристаллов становились более мелкими, хрупкими, смешиваясь с почвой, и стали неразличимыми. Количество органических веществ также увеличилось. В результате корни стали проникать в подпахотный слой. Количество корней намного больше в верхней части слоя, а в нижней части резко уменьшается. Трещины между фрагментами структуры имеют крошечные корни.
Такое явление, как промывание солей, в этом горизонте выражается сильнее. На этой территории встречаются полости, образовавшиеся при промывке гипса, водные пути и воронки. Они местами заполнены рыхлой грунтовой массой. В них хорошо развиты корни растений. В нижних слоях сечений также можно наблюдать результаты суффозионных процессов, но они выражены слабее и не везде. Изменение содержания легкорастворимых солей в этих условиях в процессе эволюции неодинаковое и неравномерное.
Заключение
Согласно вышеуказанному, антропогенный фактор в направлении изменения почвы объекта исследования имеет свою специфику. Гипсовые и арзыковые горизонты действуют как фактор, регулирующий активное изменение ряда факторов почвообразования (рельеф, растительный и животный мир и др.), не влияя на некоторые другие в формировании и развитии почв (климат, возраст и др.), которые приводят к равномерному периоду развития почв. Результаты исследования могут служить решением ряда вопросов по повышению плодородия орошаемых почв региона.