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.

Основные термины (генерируются автоматически): содержание карбонатов, содержания карбонатов, скопления карбонатов, снижение содержания карбонатов, участке содержание карбонатов, количество карбонатов, карбонатов кальция, залегания карбонатов, максимальное содержание карбонатов, содержание карбонатов кальция, уровень залегания карбонатов, снижения количества карбонатов, условиях орошения, максимум скопления карбонатов, С02 карбонатов, содержанием карбонатов, миграции карбонатов, профилю количество карбонатов, профилю содержание карбонатов, профиле неорошаемого чернозема.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос