Библиографическое описание:

Парфенова О. А., Бутова Л. С. Влияние орошения на миграцию карбонатов в профиле лесостепных черноземов // Молодой ученый. — 2015. — №7.3. — С. 53-58.

В работе рассматривается влияние орошения на карбонатный профиль черноземов. Показано изменение строения карбонатного профиля у типичных и выщелоченных черноземов в условиях орошения и богары. Отмечается изменение уровня залегания карбонатов и особенностей их распределения по профилю.

Ключевые слова: карбонатный профиль, черноземы, уровень залегания карбонатов, глубина вскипания, орошение, богара, полив

 

Наряду с природным изменением условий увлажнения в зональном ряду черноземов, мощным фактором, влияющим на гидротермический режим почв является хозяйственная деятельность человека, и, в первую очередь, орошение. Оно оказывает существенное воздействие на основные  почвенные процессы и режимы. Большое влияние орошение оказывает  на карбонатный профиль черноземов.

Как показывают исследования, уровень залегания карбонатов не является стабильной величиной. Для черноземов характерна сезонная миграция  в определенных пределах верхней границы распространения карбонатов. В литературе имеются данные и о миграции Са в глубокие горизонты под действием поливных вод [1, 2].

И.Н. Антипов-Каратаев и В.И.Филиппова [3], изучавшие орошаемые обыкновенные черноземы Кировоградской области, указывают на возможность передвижения карбонатов в условиях орошения и их выноса из верхнего слоя почвы. Они отмечают заметное снижение содержания карбонатов в гумусовом профиле орошаемого чернозема и практически неизменное их количество в карбонатном горизонте.

Для изучения вопроса влияния орошения на состояние углекислых солей был проведен анализ содержания С02 карбонатов в профиле черноземов типичных и выщелоченных в течение вегетационного периода. Исследуемый типичный чернозем имеет следующее строение карбонатного профиля. В верхней пахотной толще содержание СаС03 колеблется в пределах 0,19 - 0,21 % (табл. 1). В подпахотном горизонте его количество также невелико и не превышает в среднем 0,70%.

Вскипание от 10% НС1 отмечается в средней части гумусового Профиля на глубине 50 - 60 см, где содержание карбоната Са составляет 1,13%. Основной формой выделения карбонатных новообразований здесь является мицелий. С глубины 100 см ( в переходном горизонте) оно достигает 7%. В почвообразующей породе его количество  еще более увеличивается, достигая своего максимума ( 9% ) на глубине  120 - 130 см. Эта глубина, очевидно, и соответствует максимуму скопления карбонатов в исследуемом типичном черноземе. Ниже количество СаС03 несколько снижается и на глубине 150 см  составляет 8,45 - 8, 80%. В переходном горизонте ВС и породе карбонаты содержатся в форме мицелия, известковых трубочек и журавчиков.

Результаты исследований динамики углесолей показали, что содержание СО2. карбонатов в почвах в течение вегетационного периода было неодинаковым и изменялось в существенных пределах. Как видно из табл. 1 максимальное содержание карбонатов на неорошаемом участке было отмечено в первый срок наблюдений (29.05). В верхней пахотной толще (0 - 30 см) их количество составляло 0,38%.

Содержание СО2 карбонатов резко увеличивается с глубины 50-60 см, достигая в почвообразующей породе 12,7%.

Таблица 1

Содержание СО2 карбонатов в профиле чернозема типичного

неорошаемого, %

Глубина, см

Дата отбора

29.05

16.06

26.06

6.07

16.07

27.07

7.08

0-10

0,36

0,08

0,30

0,20

0,18

0,14

0,05

10-20

0,38

0,07

0.29

0,16

0,25

0,15

0,07

20-30

0,38

0,08

0,28

0,16

0,24

0,21

0,11

30-40

0,62

0,17

0,37

0,76

0,25

0,36

0,46

40-50

1,37

0,21

1,21

1,82

0.99

1,32

1,93

50-60

5,28

0.95

4,06

4,08

2,69

2,38

3,99

60-70

6,97

1,73

6,44

4,65

4,54

2,80

4,54

70-8-

8,05

2,51

6,82

6,18

5,50

4,51

5,47

80-90

8,50

3,82

8,66

7,00

5,88

5.23

6,59

90-100

8,45

4,24

8.88

7,34

7,38

6,01

6,67

100-110

10,60

6,28

9.34

8,97

8,42

7,42

8,80

110-120

10,90

5,92

9,42

10,26

9,84

7,96

8,67

120-130

11,40

5,89

11,29

7,49

9,55

7,88

9,13

130-140

12,40

4,12

8,31

8,93

10,64

7,79

6,76

140-150

12,70

5,66

8,72

10,21

7,98

8,05

8,27

 

В этот период наблюдений в почве отмечается высокое содержание СаСО3. Максимальное содержание карбонатов в весенний период можно объяснить рядом причин и прежде всего тем, что в это время наблюдается наиболее активная вегетация многолетних трав, а, следовательно, и развитие их корневой системы. Мощная корневая система подтягивает растворы карбонатов к поверхности. Этому способствовало и иссушение почвы в результате отсутствия осадков.

Почвы орошаемого участка в этот период характеризовались также максимальным содержанием карбонатов по всему профилю. В верхней тридцатисантиметровой толще их количество было примерно одинаковым, что и на богаре (0,34 - 0,39%). В отличие от неорошаемого участка, на орошаемом содержание карбонатов в нижележащей толще было значительно ниже и резкое увеличение их наблюдалось не с глубины 50 - 60 см, а со 100 см, что свидетельствует о выносе СаСОз вниз по профилю. В целом, профиль орошаемого чернозема характеризуется более равномерным распределением карбонатов. Максимальное содержание их в профиле наблюдается на глубине 160 см и составляет 13,30% (табл. 2).

К следующему периоду наблюдений (15.06.) содержание карбонатов по всему профилю чернозема типичного неорошаемого резко снизилось. В верхних слоях пахотной толщи они практически отсутствовали. Вниз по профилю количество карбонатов постепенно увеличивалось, достигая максимума на глубине 100 - 110 см (6,28%).

Таблица 2

Содержание СО2 карбонатов в профиле чернозема

типичного орошаемого, %

Глубина, см

Дата отбора

29.05

16.06

26.06

6.07

16.07

27.07

7.08

0-10

0,34

0,11

0,28

0,21

0,18

0,12

0,10

10-20

0,39

0,16

0,22

0,23

0.19

0.12

0.12

20-30

0,39

0,17

0,24

0,24

0,20

0,13

0,11

30-40

0,42

0,13

0,23

0,25

0,21

0,18

0,12

40-50

0,44

0,13

0,26

0,25

0,27

0,22

0,10

50-60

1,87

0,65

1,03

0,95

0,66

0.58

0,34

60-70

1,36

0,75

1,09

0,81

0,55

0,55

0,55

70-80

1.69

0,75

1,05

0.86

0,64

0,68

1,57

80-90

1,76

0.79

0,99

0,91

0,72

0,89

2,31

90-100

1,89

1,04

1,42

1,57

3,41

1,02

4,08

100-110

9,16

5,83

9,37

10,56

8,41

6,31

7,40

110-120

11,02

6,20

13,33

10,84

9,57

7,48

8,91

120-130

11,28

8,32

12,80

10,17

9,48

8,30

7,76

130-140

12,50

10,14

13,06

13,22

11,18

8,83

8,57

140-150

13,30

10,37

12,75

11,17

9,69

9,19

10,13

 

Такое перераспределение СаСО3, по-видимому, можно объяснить сильным переувлажнением почвы, вызванным осадками. При этом может иметь место схема передвижения СаСО3, предложенная Е.А.Афанасьевой [4]: почвенные растворы, двигаясь вниз, встречают все более высокие концентрации СО2 в почвенном воздухе и растворяют добавочные количества СаСО3, перенося его до глубины, где парциальное давление углекислого газа резко уменьшается.

В почвах орошаемого участка на общем фоне снижения количества карбонатов по сравнению с предыдущим отбором отмечается более высокое содержание их в верхней тридцатисантиметровой толще по отношению к неорошаемому участку, что, очевидно, вызвано привносом Са с поливными водами.

В следующий срок отбора (26.06.) содержание карбонатов в неорошаемом типичном черноземе в слое 0 - 30 см увеличилось почти в 3 - 4 раза и составило 0,28 - 0,29%. Вниз по профилю количество СаСО3 резко возрастало, а пороговое значение концентрации углесолей ( 4,06% ) в этот период было на 40 см выше по сравнению с предыдущим отбором. Последнее объясняется, по-видимому, также перемещением вверх двууглекислого кальция при подсушивании почвы.

На орошаемом участке содержание карбонатов увеличилось тоже, но в меньшей степени. В слое 0 - 50 см оно не превышало 0,28%. Определенной закономерности в распределении карбонатов в этом слое не наблюдается, но максимальное количество СаСО3 содержится в верхних 10 см. Это, очевидно, обусловлено повышенной карбонатностью поливных вод.

В первой декаде июля (16.07.) количество карбонатов в профиле неорошаемого чернозема несколько снизилось. Это, вероятно, было вызвано покосом трав на участке. Наибольшее количество наблюдалось на глубине 120 см составляло 10,26%.

В орошаемом черноземе содержание углесолей несколько превышало их количество в неорошаемом черноземе в слое 0 - 30 см, что свидетельствует о накоплении СаСОз в верхней части профиля данных почв. Наибольшее количество карбонатов  отмечалось на глубине 140 см и составило 13,22%.

В следующий срок наблюдений (18.07.) содержание карбонатов в профиле неорошаемого чернозема практически не изменилось, в то время как на орошаемом участке наблюдалось некоторое снижение содержания карбонатов по всему почвенному профилю, что, очевидно, вызвано проводимыми в данную декаду поливами.

На орошаемых черноземах не прослеживается определенной зависимости в миграции максимума скопления карбонатов, что, по всей видимости, определяется сроками полива и поливными нормами.

К третьей декаде июля (27.07.) содержание СаСОз снизилось по всему профилю неорошаемого чернозема. Особенно заметно это снижение с глубины 50 см. Это, видимо, вызвано перемещением карбонатов вниз по профилю вследствие обильного увлажнения почв, вызванного прошедшими дождями. Максимум скопления карбонатов также понизился до 150 см. Содержание в нем углекислого кальция составило 8,05%.

В орошаемом черноземе снижение содержания СаСО3, в целом по профилю менее заметно, но более явно выражено в верхнем слое 0 - 50 см.

В последний срок наблюдений (07.08.) в пахотной толще черноземов неорошаемого участка отмечаются минимальные содержания карбонатов. Это, вероятно, обусловлено высокой температурой воздуха, что в сочетании с осадками способствовало интенсивному перемещению карбонатов вниз по профилю и накоплению их на глубине 130 - 150 см, где их содержание составило 8,27 – 9,13%, что почти на 1,5% превышает таковое на той же глубине в предыдущий срок измерений. Понижение уровня карбонатов, вероятно, также обусловлено ослаблением вегетации трав [5].

В орошаемом черноземе также наблюдается некоторое снижение содержания карбонатов в верхних слоях, а с глубины 1 м происходит их накопление, что, очевидно, обусловлено тем же рядом причин.

Исходя из вышесказанного можно сделать вывод, что в условиях орошения в типичных черноземах заметны некоторые изменения карбонатного профиля. В большинстве случаев в орошаемых и неорошаемых черноземах в верхнем слое содержание СаСОз незначительно и примерно одинаково, а в толще 50 - 100 см отмечаются снижения количества карбонатов кальция в орошаемом черноземе относительно богары. Можно предположить, что такая картина профильного перераспределения карбонатов в условиях орошения является следствием миграции карбонатов под действием поливных вод. В то же время в некоторые сроки отбора распределение карбонатов по всему профилю орошаемой почвы идентично контролю. Отмечается даже незначительное повышение количества углесолей в верхнем (0 - 30 см) слое. Последнее может быть обусловлено поступлением карбоната Са с поливными водами.

Таким образом, содержание карбонатов в профиле типичных черноземов неодинаково и существенно изменяется в течение вегетационного периода. Наибольшее содержание СаСО3 наблюдается в весенний период, к осени появляется общая тенденция снижения углесолей в почвах [6].

Вегетационная динамика карбонатов отмечается не только в верхних горизонтах черноземов, но и по всему почвенному профилю, включая почвообразующую породу.

Орошение оказывает значительное влияние на количество и характер распределения карбонатов в почвенном профиле. Однозначно можно констатировать, что в условиях орошения происходит более сильное и глубокое выщелачивание почвенного профиля, чем на богаре.

Одновременно с изучением профильной миграции карбонатов проводились наблюдения и за сезонной динамикой верхней границы карбонатного профиля в условиях орошения и на богаре. Анализ данных, представленных в таблицах 1 и 2 показывает, что верхняя граница выделения карбонатов в неорошаемых почвах не является стабильной в течение вегетационного периода. Если линию вскипания от 10 % НСl условно выделить по количеству С02 карбонатов более 1 %, то отмечается понижение этой линии от весеннего периода к: осеннему. При этом амплитуда колебаний находится в интервале 10 - 20 см.

При орошении, как уже отмечалось, линия вскипания значительно снижается и амплитуда изменения уровня залегания карбонатного горизонта в орошаемом  типичном черноземе достигает 40 - 50 см. Но в нем также прослеживается определенная сезонная динамика карбонатного горизонта. Линия вскипания постепенно понижается от весны к концу лета и несколько повышается к осени.

Как и для богары, для орошаемого участка максимальное содержание карбонатов наблюдается весной, минимальное - осенью.

Таким образом, наблюдения за карбонатным режимом типичного чернозема орошаемого и неорошаемого показали некоторое понижение линии вскипания в условиях орошения вследствие значительного выщелачивания карбонатов и увеличение амплитуды линии вскипания в орошаемых черноземах при сохранении закономерности этой линии от весны к осени [7].

Карбонатный профиль выщелоченного чернозема в верхней части практически не отличается от карбонатного профиля чернозема типичного. Содержание СаСОз в пахотном слое составляет около 0,18%, в подпахотном оно практически такое же и не превышает 0,20%.

Отличия в строении профиля между подтипами отмечаются с глубины 50 см. Вскипание в выщелоченном черноземе отмечается на глубине 80 - 90 см, то есть за пределами гумусового профиля. Основной формой выделения карбонатных новообразований является псевдомицелий. Содержание карбонатов на, глубине вскипания составляет 1,60%. Резкое увеличение содержания СаСОз начинается с глубины 1 м ( 5,65% ) и достигает максимума в почвообразующей породе, составляя 11,27 - 11,43% ( табл. 3 ).

Таблица 3

Содержание СО2 карбонатов в профиле чернозема выщелоченного неорошаемого, %

Глубина, см

Дата отбора

8.06

18.06

29.06

9.07

23.07

4.08

0-10

0,29

0,17

0,26

0,07

0,16

0,04

10-20

0,25

0,22

0,25

0,11

0,17

0,08

20-30

0,24

0,29

0,19

0,17

0,18

0,10

30-40

0,21

0.30

0,18

0,11

0,19

0,08

40-50

0,22

0,31

0,19

0,19

0,19

0,10

50-60

0,97

1.42

0,59

0,52

0,78

0,22

60-70

1,04

1,58

0,89

0,67

0,74

0,51

70-80

2,26

1,61

1,57

0,57

1,29

2,27

80-90

3,64

2,18

3,66

1,52

2,85

3,93

90-100

4,92

4,63

5,16

6,32

5,18

7,67

100-110

10,61

10,55

10,76

9,43

10,53

7,85

110-120

10,30

11,17

11,42

9,46

13,05

7,86

120-130

13,71

11,60

11,64

11,03

12,49

8,11

130-140

12,90

14,88

12,61

9,98

10,31

6,72

140-150

10,09

16,29

13,23

12,97

9,15

5,91

 

Вышеизложенное показывает, что выщелоченные черноземы характеризуются значительным опусканием линии вскипания от 10 % HCl, более низким содержанием карбонатов по всему профилю по сравнению с черноземами типичными вследствие их выщелачивания и значительным накоплением СаСОз в почвообразующей породе.

Динамические исследования показали, что в первый срок наблюдений (08.06.1992) в неорошаемом черноземе отмечалось относительно высокое содержание карбонатов кальция (табл. 3). В пахотном слое оно составило около 0,29 %. В отличие от типичного чернозема, в выщелоченном резкое возрастание содержания карбонатов отмечается на глубине 80 - 100 см, достигая максимума на глубине 130 см (13,71%).

На орошаемом участке содержание карбонатов в верхних слоях несколько превышало их содержание на богаре. Вниз по профилю содержание карбонатов плавно возрастало. Скачок в содержании наблюдался на глубине 100 - 110 см, а максимальное количество СаСОз отмечалось на глубине 150 см и составило 10,06 % (табл. 4).

К следующему сроку отбора (18.06.) содержание карбонатов кальция в профиле неорошаемого чернозема практически не изменилось, в отличие от типичного чернозема, где произошло резкое снижение содержания углесолей по всему профилю.

В почвах орошаемого участка, напротив, отмечалось общее снижение содержания карбонатов по всему профилю, что, очевидно, вызвано миграцией углесолей вниз по профилю.

В ходе последующих измерений (29.06.) на неорошаемом участке отмечалось увеличение содержания карбонатов в верхнем пахотном слое до 0,26 % и их вынос из нижележащей полуметровой толщи.

Это обусловлено, по всей видимости, повышенной концентрацией СО2 почвенного воздуха вследствие высоких температур и сосредоточением основной массы корней растений на этой глубине. Этот фактор в сочетании с увлажнением почв осадками способствует обеднению профиля карбонатами кальция. В отличие от типичного чернозема содержание углесолей в почвообразующей породе в выщелоченном черноземе в этот срок наблюдения было значительно выше, а максимум скопления карбонатов располагался на глубине 150 см (на 30 см ниже) и составлял 13,23%.

На орошаемом участке подобный вынос карбонатов отсутствовал. В пахотном слое, напротив, отмечалось накопление СаСО3. Его содержание здесь возросло до 0,65%,что значительно превышало его содержание как в неорошаемом выщелоченном, так и типичном черноземе в этот срок отбора.

Таблица 4

Содержание СО2 карбонатов в профиле чернозема выщелоченного орошаемого, %

Глубина, см

Дата отбора

8.06

18.06

29.06

9.07

23.07

0-10

0,31

0,23

0,31

0,13

0,15

10-20

0,35

0,26

0,48

0,15

0,15

20-30

0,34

0,33

0,65

0,18

0.18

30-40

0,35

0,28

0,47

0,18

0.18

40-50

0,38

0,26

0,48

0,16

0,20

50-60

1,32

0,86

1.49

0.60

0,67

60-70

1,25

0,99

1,32

0,73

0,71

70-80

1,14

1,23

1,54

0,88

0,85

80-90

1,39

1,06

1,60

1,00

1,01

90-100

1,70

1,26

1,56

0,79

1,01

100-110

7,21

4,23

7,17

3,47

3,26

110-120

6,84

5,33

6,60

3,58

3,57

120-130

6,85

5,45

10.06

3,77

3,73

130-140

9,62

6,02

10.46

5,02

4,76

140-150

10,06

10,37

9,56

6,56

6,01

 

Максимум залегания карбонатов также повысился до глубины 130-140 см и количество СаСО3 в нем составило 10,46%.

  В первой декаде июля (09.07.) произошло снижение содержания СаСО3 по всему профилю чернозема неорошаемого.

Подобное понижение содержания углесолей по всему профилю отмечалось и на орошаемом участке. Содержание карбоната кальция уменьшилось почти в два раза. Это, по всей видимости, вызвано ослаблением вегетации растений и, соответственно, подтягивания их к поверхности почвы.

 К следующему отбору (28.07.) содержание карбонатов в профиле неорошаемого чернозема несколько повысилось и в пахотном слое примерно равнялось содержанию СаСО3 в типичном черноземе. В средней части профиля содержание углесолей возросло почти в два раза, а максимум скопления карбонатов также поднялся до 120 см и составил 13,05 %, что, вероятно, обусловлено подтягиванием карбонатов.

На орошаемом участке содержание карбонатов осталось неизменным. Это, вероятно, вызвано практически полным прекращением вегетации растений.

В последний срок наблюдений (04.08.) в выщелоченном неорошаемом черноземе, как и в типичном отмечаются минимальные значения содержания СаСО3. Это, вероятно, вызвано прекращением вегетации сельскохозяйственной культуры, а также обильным увлажнением почвы, что способствовало выносу карбонатов.

Что касается сезонной динамики верхней границы карбонатного горизонта в почвах исследуемых участков, то она прослеживается, хотя и отлична от динамики типичных черноземов. В выщелоченных черноземах отмечается некоторое понижение линии вскипания от весны к лету и повышение от лета к осени, в отличие от типичных, в которых наблюдается понижение линии вскипания от весны к осени. Амплитуда колебаний составляет в неорошаемых черноземах 10 - 20 см, в орошаемых-40 - 50см.

Таким образом, выщелоченные черноземы также характеризуются значительным понижением линии вскипания, сильной промытостью профиля от карбонатов и большим накоплением СаСО3 в почвообразующей породе.

Исходя из вышеизложенного, можно заключить, что:

1) Орошение оказывает существенное влияние на карбонатный режим исследуемых черноземов. Карбонаты приобретают большую миграционную способность в профиле как типичных, так и выщелоченных черноземов и легко вымываются за пределы почвенного профиля.

2) В орошаемых черноземах отмечается значительное снижение вскипания.

3) При определенном соотношении нисходящей и восходящей миграции почвенных растворов и поливных вод, а также привноса карбонатов с поливными водами, в средней части профиля может наблюдаться как понижение количества карбонатов (что в большей степени выражается для подтипа чернозема типичного), так и их увеличение.

4) Длительное орошение черноземов может вызвать глубокую трансформацию их карбонатного профиля, изменение подтиповых особенностей и эволюцию его по своим качественным и количественным показателям в соседний более гумидный подтип. Так, карбонатный профиль типичных орошаемых черноземом по своему строению и свойствам близок к выщелоченным неорошаемых черноземам.

 

Литература:

1.    Барановская В.А., Азовцев В.И. Влияние орошения на миграцию карбонатов в почвах Поволжья // Почвоведение. 1981. С. 17 – 25.

2.    Егоров В.В. Об орошении черноземов. // Почвоведение. 1984. № 12. С. 39 – 47.

3.    Антипов-Каратаев И.Н., Филиппова В.И. Влияние длительного орошения на почвы. М., 1955. 204 с.

4.    Афанасьева Е.А. Черноземы Средне-Русской возвышенности. М., Наука, 1966. 312 с.

5.    Шикула Н.К., Балаев А.Д. Запасы органического вещества и продуктивность чернозема типичного при различном его использовании // Науч. труды ВАСХНИЛ. М., 1990. С. 234 – 238.

6.     Щеглов Д.И. Черноземы центра Русской равнины и их эволюция под влиянием естественных и антропогенных факторов // Дисс. на соиск. уч. степени д-ра биол.наук. Воронеж, 1995. 489 с.

7.     Парфенова О.А. Морфогенетические особенности антропогенных изменений почв Центрального Черноземья // Дисс. на соиск. уч. степени канд. биол.наук. Воронеж, 1997. 224 с.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle