Трансформация солевого состава почв Каменной степи при сельскохозяйственном использовании

УДК 631.4

ТРАНСФОРМАЦИЯ СОЛЕВОГО СОСТАВА ПОЧВ КАМЕННОЙ СТЕПИ

ПРИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ*

О.Б. Цветнова, Л.А. Семенова, Д.И. Щеглов

Изучен солевой состав и строение солевых профилей автоморфных и гидроморфных почв Каменной степи на залежи и пашне. Показано, что при сельскохозяйственном использовании этих почв общее содержание солей в профиле, в том числе и в корнеобитаемом слое, увеличивается, меняется тип засоления. В катионном составе возрастает количество №+ и в меньшей степени Са2+, в анионном — СО32-. Показано, что наиболее существенная трансформация солевого режима почв при их распашке наблюдается в почвах избыточного увлажнения.

Ключевые слова: Каменная степь, черноземы, залежь, пашня, солевой профиль, солевой состав, трансформация.

Введение

Как известно, сельскохозяйственное использование почв воздействует на их свойства и режимы. При распашке изменяются водный и питательный режимы, характер растительности. В условиях степного почвообразования индикатором гидрологического режима почв и состава растительности является их солевой режим. В связи с этим целью настоящей работы явилось изучение солевого состава почв Каменной степи и его изменение в условиях сельскохозяйственного использования.

Объекты и методы исследования

Исследования проводили на территории НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева (Таловский р-н Воронежской обл.). Объекты исследования — автоморфные и гидроморфные почвы залежи и пашни: черноземы сегрегационные среднемощные среднегумусные тяжелосуглинистые на лёссовидной карбонатной глине и гумусово-гидрометаморфические среднемощные среднегумусные легкоглинистые на лёссовидной карбонатной глине. Классификационную принадлежность этих почв устанавливали на основании полевых морфологических исследований генетических профилей в заложенных почвенных разрезах [4].

Для изучения солевого состава из разрезов методом колонки отбирали почвенные образцы через 10 см до глубины 150 см. Из образцов получали водные вытяжки, в которых по общепринятым методикам определяли содержание НСО3-, СО32-, С1-, 8042", Са2+, Mg2+, №+, К+, сухой остаток [1]. Для установления типа засоления рассчитывали отношения анионов [8042"/СГ], [НТО3"/СГ + 8042"] и катионов [Са2+ + Mg2+/Na+ + К+], ^2+/Са2+] [3].

Результаты и их обсуждение

Результаты исследований свидетельствуют, что в целом автоморфные и гидроморфные почвы залежи Каменной степи относятся к категории незасоленных (таблица) [3]. Однако у них имеются определенные

различия в содержании, распределении и качественном составе солей.

В сегрегационных черноземах залежи суммарное содержание ионов варьирует от 0,51 до 1,74 ммоль-экв/100 г, при этом абсолютный минимум приурочен к верхнему 10-сантиметровому слою; с глубиной наблюдается постепенный рост солесодержания до абсолютного максимума в почвообразующей породе. Следует подчеркнуть, что наиболее значимое возрастание количества солей (примерно в 1,5 раза) отмечается в самой верхней 20-сантиметровой толще и на глубине 130—150 см.

В солевом составе сегрегационных черноземов залежи среди катионов преобладают Са2+ и №+, а среди анионов — СО32-. Расчет отношения катионов и анионов показал, что тип засоления этих почв по составу катионов характеризуется как магниево-кальциевый по всему профилю, а по составу анионов — как карбонатно-сульфатный в верхней и сульфатно-содовый — в нижней его части.

По сравнению с сегрегационными черноземами в гумусово-гидрометаморфических почвах залежи суммарное содержание ионов по всему профилю возрастает в 1,5—2 раза и колеблется в пределах 1,18— 2,46 ммоль-экв/100 г (таблица). В профильном распределении солей в гумусово-гидрометаморфических почвах на фоне общего сходства с таковым в сегрегационных черноземах наблюдаются более выраженное нарастание рассматриваемого показателя в верхнем 50-сантиметровом почвенном слое и отсутствие такового на глубине 130—150 см. Очевидно, это связано с особенностями сезонной и многолетней динамики промачивания профиля автоморфных и гидроморф-ных почв, а также, возможно, с миграцией элементов в системе геохимически сопряженных элементов рельефа.

Более существенные различия отмечаются в солевом составе гумусово-гидрометаморфических почв. В верхнем 50-сантиметровом слое в составе катионов доминируют №+ и К+, на глубине 70—150 см преоб-

* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 10-04-00014-а).

Содержание и состав солей в почвах Каменной степи

Глубина взятия образца, см Сухой остаток, % Анионы Катионы Сумма ионов

НСО3- СО3- С1- 8042- Са2+ Mg2+ К+

ммоль-экв/100 г

Черноземы сегрегационные

0-10 0,02 0,10 0,00 0,01 0,13 0,13 0,03 0,02 0,09 0,51

20-30 0,02 0,12 0,00 0,01 0,25 0,18 0,05 0,01 0,15 0,77

40-50 0,03 0,13 0,00 0,02 0,28 0,28 0,03 0,01 0,13 0,87

60-70 0,03 0,17 0,00 0,04 0,28 0,30 0,05 0,01 0,12 0,97

80-90 0,03 0,19 0,00 0,03 0,28 0,30 0,05 0,02 0,11 0,98

100-110 0,03 0,45 0,02 0,02 0,10 0,33 0,10 0,01 0,15 1,17

120-130 0,03 0,47 0,02 0,02 0,10 0,35 0,10 0,01 0,13 1,20

140-150 0,05 0,59 0,03 0,05 0,20 0,55 0,18 0,01 0,14 1,74

Гумусово-гидрометаморфические почвы

0-10 0,03 0,43 0,00 0,03 0,09 0,10 0,05 0,12 0,33 1,18

20-30 0,05 0,69 0,01 0,04 0,10 0,22 0,07 0,08 0,47 1,71

40-50 0,06 0,90 0,01 0,05 0,13 0,45 0,13 0,02 0,49 2,24

60-70 0,06 0,92 0,03 0,05 0,14 0,47 0,18 0,01 0,46 2,31

80-90 0,06 0,90 0,05 0,05 0,13 0,48 0,20 0,01 0,39 2,25

100-110 0,06 0,92 0,08 0,05 0,13 0,49 0,25 0,01 0,36 2,33

120-130 0,07 0,87 0,12 0,05 0,15 0,48 0,27 0,01 0,35 2,36

140-150 0,06 0,90 0,14 0,05 0,14 0,62 0,27 0,01 0,28 2,46

Черноземы сегрегационные

0-10 0,03 0,32 0,00 0,01 0,12 0,25 0,07 0,02 0,12 0,93

20-30 0,03 0,42 0,00 0,02 0,15 0,33 0,08 0,01 0,15 1,18

40-50 0,04 0,53 0,00 0,02 0,21 0,45 0,16 0,01 0,15 1,56

60-70 0,05 0,58 0,01 0,04 0,22 0,45 0,18 0,01 0,18 1,71

80-90 0,05 0,61 0,02 0,03 0,21 0,42 0,23 0,01 0,23 1,80

100-110 0,05 0,63 0,03 0,04 0,19 0,38 0,21 0,01 0,28 1,81

120-130 0,04 0,65 0,03 0,05 0,18 0,35 0,22 0,01 0,33 1,86

140-150 0,05 0,67 0,03 0,06 0,19 0,35 0,20 0,01 0,39 1,94

Гумусово-гидрометаморфические почвы

0-10 0,06 1,03 0,00 0,05 0,08 0,41 0,08 0,03 0,65 2,38

20-30 0,07 1,11 0,02 0,05 0,08 0,43 0,13 0,02 0,67 2,57

40-50 0,08 1,16 0,04 0,06 0,17 0,43 0,13 0,01 0,83 2,89

60-70 0,08 1,28 0,06 0,05 0,22 0,49 0,18 0,02 0,89 3,25

80-90 0,09 1,31 0,08 0,05 0,23 0,50 0,17 0,02 0,94 3,38

100-110 0,08 1,28 0,10 0,05 0,21 0,44 0,19 0,01 0,97 3,33

120-130 0,08 1,25 0,09 0,04 0,22 0,49 0,18 0,01 0,93 3,29

140-150 0,09 1,35 0,12 0,04 0,18 0,52 0,18 0,02 0,94 3,42

ладает Са2+, а №+ занимает второе место. При этом следует подчеркнуть, что по сравнению с сегрегационными черноземами в рассматриваемых гидро-морфных почвах наиболее значимое возрастание (в 2,5—3 раза) отмечается для №+ и Mg2+ и менее значимое (в 1,2—1,5 раза) — для Са2+. Другими словами, в солевом составе гидроморфных почв в максимальной степени увеличивается доля наиболее миграционно подвижных элементов, что несомненно связано с особенностями гидрологического режима этих почв и, как отмечалось выше, перераспределением катионов в системе геохимически сопряженных элементов

рельефа. Среди анионов господствующее положение по всему профилю занимают С032-ионы.

Расчет соотношения катионов и анионов показал, что по составу катионов тип засоления этих почв в пределах 0—30 см кальциево-натриевый, а в нижележащей толще — магниево-кальциевый; по составу анионов по всему профилю — сульфатно-содовый.

Сельскохозяйственное использование исследуемых почв приводит к увеличению в их профиле содержания солей, однако по величине сухого остатка они, как и почвы залежи, относятся к категории неза-соленных (таблица). При распашке также происходят

существенные изменения состава и профильного распределения солей.

По сравнению с залежными условиями в черноземах сегрегационных пашни количество солей возрастает в 1,2—1,7 раза. При этом особенностью их профильного распределения является сглаженность и выраженная схожесть с распределением солей в гумусово-гидрометаморфических почвах залежи. Это позволяет предположить, что распашка приводит к изменению фактора, определяющего профильные вариации в содержании солей, т.е. водного режима. Известно, что в условиях агроценозов культурная растительность за вегетационный период расходует меньше влаги по сравнению с естественной, вследствие чего профиль пашни более часто и глубоко пропитывается водой, и соли в нем распределяются более равномерно [2, 6]. Кроме того, агрегированные почвы испаряют, как правило, значительно меньшее количество почвенно-грунтовых вод, чем почвы ненарушенного сложения [5].

В солевом составе этих почв среди катионов доминирует Са2+ , однако на глубине 140—150 см на первое место выходит №+; в составе анионов по всему профилю преобладают НСО32--ионы. При этом тип засоления агрочерноземов по составу катионов относительно почв залежи не меняется, т.е. по-прежнему является магниево-кальциевым, но по составу анионов трансформируется в сульфатно-содовый по всему профилю.

К еще большим изменениям солевого состава приводит сельскохозяйственное использование гумусово-гидрометаморфических почв. Среди всех рассматриваемых почв в профиле этих разностей солесодержание достигает абсолютного максимума (таблица). Причем наиболее значимо оно в верхней 30-сантиметровой толще; здесь количество солей увеличивается в 1,7—2 раза. Кроме того, отмечается их небольшая аккумуляция на глубине 80—90 см.

В составе катионов рассматриваемых почв по всему профилю доминирует №+, содержание которого возрастает в 2—3 раза по сравнению с аналогичными почвами залежи; на второе место переходит Са2+, количество которого наиболее значимо (в 2—4 раза) увеличивается только в верхнем 30-сантиметровом слое. Среди анионов господствующее положение занимают СО32--ионы. Таким образом, при распашке этих почв тип засоления по составу катионов меняется с кальциево-натриевого (в пределах 0—30 см) и

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М., 1970.

2. Афанасьева Е.А. Водно-солевой режим обыкновенных и южных черноземов юго-востока европейской части СССР. М., 1980.

3. Базилевич Н.И., Панкова Е.И. Опыт классификации почв по засолению // Почвоведение. 1968. № 11.

магниево-кальциевого (в нижележащей толще) на кальциево-натриевый по всему профилю; по составу анионов он остается прежним — т.е. сульфатно-содовым. В итоге в составе солей увеличивается содержание токсичных для растений гидрокарбоната и карбоната натрия и соответственно появляется опасность развития процессов осолонцевания пахотных гумусово-гидрометаморфических почв.

Таким образом, распашка гидроморфных почв приводит к аналогичным по направлению и характеру изменениям солевого состава, что и в автоморфных почвах. Однако здесь эти изменения выражены в наибольшей степени.

Выводы

• Сельскохозяйственное использование оказывает существенное влияние на солевой состав автоморф-ных и гидроморфных почв Каменной степи. Степень выраженности этих процессов различна.

• В сегрегационных черноземах пашни происходит увеличение содержания солей, изменение их качественного состава и характера профильного распределения. В почвах пашни распределение солей имеет более равномерный характер, в их катионном составе увеличивается доля №+ и уменьшается доля Са2+, при этом тип засоления агрочерноземов по составу катионов относительно почв залежи не меняется, по составу анионов он трансформируется в сульфатно-содовый.

• В гидроморфных почвах сельскохозяйственное использование приводит к наиболее значимым изменениям солевого режима. Содержание легкорастворимых солей увеличивается в 1,5—2 раза, их профильное распределение еще более сглаживается, в составе ионов доминирующее положение занимают №+ и СО32-. Тип засоления всего профиля по составу катионов становится кальциево-натриевым, в составе солей увеличивается содержание токсичных для растений гидрокарбоната и карбоната натрия. В профиле пахотных гумусово-гидрометаморфических почв появляется опасность развития процессов осолонцевания.

• Распашка сегрегационных черноземов Каменной степи приводит к аналогичным по направлению и характеру изменениям состава и профильного распределения солей таковым в гумусово-гидрометамор-фических почвах залежи. При распашке гидроморф-ных почв эти изменения проявляются в наибольшей степени.

4. Классификация и диагностика почв России. Смоленск, 2004.

5. Ковда В.А. Происхождение и режим засоленных почв. Т. 1. М., 1946.

6. Щеглов Д.И. Черноземы центра Русской равнины и их эволюция под влиянием естественных и антропогенных факторов. М., 1999.

Поступила в редакцию 02.04.2011

TRANSFORMATION OF SALT STRUCTURE OF SOILS OF KAMENNAYA STEPPE

AT AGRICULTURAL USE

O.B. Tsvetnova, L.A. Semyonova, D.I. Shcheglov

The salt structure and structure of salt profiles automorphic and hydromorphic soils of Kamennaya steppe on a deposit and an arable land is studied. It is shown that at agricultural use of these soils the general maintenance of salts in a profile including in a root-inhabited layer increases, the type of salt changes. In cations structure quantity Na+ and to a lesser degree Ca2+, in anions structure — CO32-increases. It is shown that the most essential transformation of a salt mode of soils at them agricultural use is observed in soils of superfluous humidifying.

Key words: Kamennaya steppe, chernozems, a deposit, an arable land, a salt profile, salt structure, transformation.

Сведения об авторах.

Цветнова Ольга Борисовна, канд. биол. наук, ст. науч. сотр. каф. радиоэкологии и экоток-сикологии ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова; тел./факс: (495) 939-22-11, e-mail: otsv@soil.msu.ru; tsvetnova@mail.ru. Семенова Людмила Анатольевна, ассистент каф. почвоведения и управления земельными ресурсами биолого-почвенного ф-та Воронежского гос. ун-та; тел.: 8 (473) 2208-577, факс: 8 (473) 208-393, e-mail: semionova.lyud@yandex.ru. Щеглов Дмитрий Иванович, докт. биол. наук, профессор каф. почвоведения и управления земельными ресурсами биолого-почвенного ф-та Воронежского гос. ун-та; тел./факс: 8 (473) 2208-393, e-mail: dpoch@mail.ru