О динамике солевого состояния почв солонцового комплекса Палласовской оросительной системы в связи с колебаниями уровня грунтовых вод и изменением режима орошения

ХИМИЯ ПОЧВ

УДК 631.41.413

О ДИНАМИКЕ СОЛЕВОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ СОЛОНЦОВОГО КОМПЛЕКСА ПАЛЛАСОВСКОЙ ОРОСИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ В СВЯЗИ С КОЛЕБАНИЯМИ УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД И ИЗМЕНЕНИЕМ РЕЖИМА ОРОШЕНИЯ

М.Л. Сиземская, Б.Т. Дускинова, И.И. Толпешта, Т.А. Соколова

На территории глинистой полупустыни Северного Прикаспия с ярко выраженной комплексностью почвенно-растительного покрова и минерализации грунтовых вод, обусловленной развитым микрорельефом [10], солевое состояние почв солонцового комплекса за последние десятилетия претерпело существенные изменения прежде всего в связи с колебаниями уровня грунтовых вод (УГВ).

По данным, полученным на Джаныбекском стационаре Института лесоведения РАН, в 50-е гг. прошлого века УГВ на неорошаемых участках находился на глубине 6—7 м от поверхности [10]. Начиная с середины 80-х гг. наблюдался подъем УГВ, который к середине 90-х гг. установился на глубине 4—5 м; в конце 90-х гг. подъем УГВ прекратился и наметилась тенденция к его стабилизации и некоторому понижению [11].

Обсуждение причин колебаний УГВ выходит за рамки настоящей работы. Можно предполагать, что это происходит под совместным влиянием ряда природных и антропогенных факторов, таких, как многолетняя цикличность погодных условий, детально охарактеризованная в работе А.А. Роде [9], широкое распространение орошения [20], колебания уровня Каспийского моря [8].

Проведенные исследования показали, что на неорошаемых участках подъем УГВ сопровождался существенными изменениями минерализации и состава грунтовых вод и солевого состояния почв солонцового комплекса. Подъем грунтовых вод под солончаковыми солонцами, занимающими повышения микрорельефа, и под лугово-каштановыми почвами микропонижений вызвал достоверное накопление в грунтовых водах ионов Мg2+ и С1—, выявлена также тенденция к накоплению иона №+ в грунтовых водах и к увеличению их общей минерализации [14, 19].

Сравнительный анализ полученных в 1999— 2001 гг. данных по запасам легкорастворимых солей в почвенно-грунтовой толще целинных солончаковых солонцов Джаныбекского стационара и соответствующих данных, полученных в 1950—1960-е гг. теми же методами, выявил следующие статистически достоверные изменения в содержании солей, произошедшие в связи с подъемом УГВ: значитель-

ное увеличение запасов иона С1— в толще 50—500 см, снижение запасов иона SO42— в слое 100—250 см, иона №+ в слое 100—200 см, иона Са2+ в слое 150— 200 см; выявлена тенденция к накоплению иона Мg2+ в слое 0—100 см. Такие изменения в содержании и составе солей в целинных солончаковых солонцах объясняются подъемом уровня минерализованных грунтовых вод, обогащенных №С1, и одновременно проходящими реакциями вытеснения обменных ионов Са2+ и Мg2+ из ППК ионом №+ с последующим осаждением гипса [19].

В исходно незасоленных целинных лугово-каш-тановых почвах по результатам анализа водных вытяжек также выявлено накопление ионов №+ и 0— в результате подъема УГВ [13, 14]. Отмечено достоверное увеличение минерализации ГВ (в среднем с 0,6 до 3,2 г/л) и изменение их состава. Свойственный середине 50-х гг. преимущественно гидрокарбонат-но-кальциевый тип ГВ замещается хлоридно-суль-фатно-натриевым, приближаясь по составу к ГВ под целинными солончаковыми солонцами [12].

На этом фоне на орошаемых участках дополнительные изменения в солевом состоянии почв солонцового комплекса произошли в результате полива. В 1989—1990 гг. на территории одного из участков Палласовской обводнительно-оросительной системы (ООС), прилегающих к Джаныбекскому стационару и функционирующих с начала 80-х гг., была проведена оценка солевого состояния почв на основе массового материала с последующей статистической обработкой. Было установлено, что на орошаемых участках по сравнению с целиной и агролесомелиоративными участками наблюдается существенное увеличение минерализации грунтовых вод, засоление и осолонцевание исходно незасоленных лугово-каштановых почв и вторичное засоление и осолон-цевание солончаковых солонцов, из которых легкорастворимые соли были выщелочены в первые годы после начала орошения [17, 18].

Основной целью данной работы были изучение современного солевого состояния почв солонцового комплекса на примере почв одного из участков Пал-ласовской ООС и сравнительный анализ результатов с данными, полученными для почв этого же участка в 1990 г. Такой анализ позволяет ориентировочно оце-

нить скорость процессов засоления и рассоления почв на исследованной территории под влиянием изменения УГВ, что имеет теоретическое и практическое значение. В работе Ф.И. Козловского [7] подчеркнута информативность и большое практическое значение подобного рода прямых мониторинговых исследований в связи с изучением проблемы антропогенной эволюции засоленных почв.

Объектом исследования были почвы солонцового комплекса одного из полей участка Палласовской ООС, орошаемого с 1980 по 2000 г., площадью около 15 га, охарактеризованные по данным для трех разрезов солончаковых солонцов и трех разрезов лугово-каштановых почв, заложенных в 1990 г., с последующей статистической обработкой материала [17]. В 2000 г. орошение было прекращено, но на поле продолжали выращивать сельскохозяйственные культуры.

Осенью 2003 г. на том же поле после уборки горчицы были заложены 3 разреза солончаковых солонцов и 3 разреза лугово-каштановых почв, находящихся на расстоянии от нескольких десятков до 150—200 м друг от друга. Из разрезов отбирали образцы по генетическим горизонтам до глубины 150 см. В образцах почв анализировали состав водной вытяжки, определяли значения рН, содержание гумуса и состав обменных катионов общепринятыми методами [3, 4]. Методы, использованные при проведении химических анализов образцов, взятых в 2003 г., были идентичны тем методам, которые использовались при аналитической обработке образцов 1990 г.

Данные анализов по выборкам из трех разрезов для каждой из двух почв были обработаны статистически. После проверки на нормальность распределения по критерию Уилка—Шапиро были рассчитаны средние значения и доверительные интервалы при Р = 0,9 [5]. Приведенные в табл. 1 данные свидетельствуют о щелочной реакции всех исследованных профилей и о низком содержании в них органического вещества. Сравнение этих результатов с данными И.И. Толпешты [17] по индивидуальным разрезам 1990 г. показывает, что за истекший период и в солонцах, и в лугово-каштановых почвах произошло заметное снижение содержания органического вещества, очевидно, за счет усиления минерализации в условиях орошения и интенсивного использования почв в сельском хозяйстве без внесения органических удобрений.

За последние 10 лет УГВ достоверно понизился на 1м и более (табл. 2), что можно объяснить как

Таблица 1

Содержание Сорг

Горизонт Глубина, см Сорг, % рН н2о

Солончаковые солонцы

ACaPl 0-17 0,78 8,32-8,62

B2tCa2Cs2 17-35 0,34 8,41-8,81

B2Ca2Cs2 35-90 0,16 8,00-8,73

BCCa2Cs2 90-120 не опр. 8,32-8,54

BCCaCs2 120-150 не опр. 8,32-8,75

Лугово-каштановые почвы

ACaPl 0-26 0,91 7,46-8,32

AB 26-66 0,50 8,1-8,53

Bca2 66-85 0,24 8,39-8,68

Bca2' 85-130 не опр. 8,29-8,66

BCca2 130-150 не опр. 8,32-8,64

Таблица 2

Глубина залегания, минерализация и состав грунтовых вод

S т" 1-н >> Минерализация, г/л ммоль • экв/л

CO32- HCO3- Cl- SO42- Ca2+ Mg2+ Na+

Солончаковые солонцы

3,90 2,5 28,6 37,1 0,67 1,0 7,30 7,70 111,65 70,6 339,65 473,0 26,17 23,96 122,37 115,03 308,03 412,60

Лугово-каштановые почвы

3,53 2,5 6,62+ 13,1 1,03 0,4 12,07 5,4 92,32 52,3 41,00+ 140,4 23,28 17,8 28,93 27.4 46,53 152,9

прекращением орошения, так и наметившейся тенденцией к понижению УГВ на всей территории Северного Прикаспия. Приведенные в табл. 2 данные свидетельствуют о тенденции к снижению минерализации грунтовых вод под солончаковыми солонцами преимущественно за счет уменьшения в них концентрации сульфатов Na, хотя эти изменения при Р = 0,9 из-за большого пространственного варьирования показателей статистически незначимы. В грунтовых водах под лугово-каштановыми почвами фиксируется достоверное при Р = 0,9 снижение общей минерализации и концентрации сульфат-иона.

Указанные изменения можно объяснить следующим образом. В 1990 г. грунтовые воды и их капиллярная кайма находились в пределах той части почвенной толщи, которая в наибольшей степени обогащена легкорастворимыми солями. При интенсивном орошении дополнительное количество солей поступало в грунтовые воды при промывке засоленных горизонтов солончаковых солонцов, и некоторое количество солей привносилось с оросительными водами. При понижении уровня грунтовые воды переместились в менее засоленную часть почвенно-грунтовой толщи, а при прекращении орошения исчезли дополнительные источники солей в грунтовых водах. В результате при понижении УГВ произошло заметное снижение их минерализации. Вместе с тем в настоящее время грунтовые воды и под солончаковыми солонцами, и под лугово-каштановыми почвами по существующим градациям [1, 2, 6] характеризуются очень высокой степенью опасности засоления почв, как и в 1990 г. Величины SAR под солончаковыми солонцами составляли в 1990 и 2003 гг. соответственно 53,6 и 29,4, а под лугово-каш-тановыми почвами — соответственно 32,2 и 8,61. На этом основании опасность осолонцевания почв характеризовалась в 1990 г. как очень высокая под обоими членами солонцового комплекса, а по результатам наблюдений 2003 г. — как высокая и средняя со-

Таблица 3

Состав водной вытяжки

Горизонт Глубина, см смоль - экв/кг

нсо3- С1- SO42- Са2+ Mg2+

Солончаковые солонцы

АСаР1 0-20 0,70 0,60 0,20 0,40 0,61 0,37 0,68 0,40 0,84 0,23 0,070,57

В2Юа^2 20-40 0,92 0,63 0,37 0,47 0,70 0,43 0,90Т 0,27 0,13 0,17 1,10 0,93

В2Са^2 40-80 0,93 0,55 1,13 0,92 2,92 6,67 1,77 2,52 1,17 1,00 2,22 4,53

ВССа^2 80-120 11 0,61 2,30 1,43 3.80 9.81 1,22 1,47 1,47 0,91 4,88 9,3

BCCaCs2 120-150 0,89 0,57 1,50 1,78 7,15-1 16,18 1,99 2,58 1,56 1,75 6,58 14,01

Лугово-каштановые почвы

АСаР1 0-30 0,55 0,51 0,24 0,35 0,190,60 0,92Т 0,48 1,01 0,29 0,000,49

АВ 30-60 0,78 0,50 0,17 0,40 0,33 0,70 1,02 1,87 0,22 0,30 0,17 0,70

ВСа2 60-80 0,68 0,50 0,19 0,60 0,37 1,27 0,87 0,70 0,23 0,30 0,18 1,27

ВСа2' 80-130 0,56 0,68 0,42 0,65 0,45 2,70 0,85 0,55 0,71 1,36 0,12 2,45

ВСса2 130-150 0,47 0,56 0,55 0,70 0,43 3,44 0,93 0,55 0,92 1,38 0,31 4,67

ответственно под солончаковыми солонцами и луго-во-каштановыми почвами.

Приведенные в табл. 3 данные по составу водной вытяжки свидетельствуют о существенных изменениях, происшедших за 13 лет в солевом состоянии почв солонцового комплекса в пределах верхних 1,5 м. В солончаковых солонцах начиная с глубины 40 см среднее из трех повторностей значение содержания ионов 8042— и №+ снизилось в 2—2,5 раза, хотя из-за большого пространственного варьирования эти изменения не всегда значимы при вероятности Р = 0,9. В самом нижнем из исследованных горизонтов ВССаС82 намечается тенденция к снижению также содержания Са2+, Mg2+и С1— в составе водной вытяжки.

Вместе с тем в настоящее время по принятым градациям [1, 6] в солончаковых солонцах начиная с глубины 40 см содержание иона С1— в водной вытяжке все еще превышает порог токсичности, а почву в целом можно охарактеризовать как среднезасо-ленную до глубины 40 см и как сильнозасоленную на глубинах 40—150 см.

Еще более заметные изменения произошли и в составе водной вытяжки из лугово-каштановых почв, в нижних горизонтах которых среднее из трех по-вторностей значение содержания 8042— и №+ в со-

ставе водной вытяжки снизилось соответственно в 8 и 15 раз. При этом уменьшение средних значений содержания №+ наблюдается не только в нижних горизонтах, но и по всему профилю. Во всех горизонтах наблюдается тенденция к снижению содержания С1—, хотя с глубины 80 см оно все еще превышает порог токсичности. Выявленные изменения в содержании и составе солей в почвах солонцового комплекса в верхних 1,5 м в пределах изученного участка можно объяснить понижением уровня минерализованных грунтовых вод, связанного как с тенденцией к общему понижению УГВ на исследованной территории, так и с прекращением орошения в последние годы.

В соответствии с уменьшением количества легкорастворимых солей, прежде всего сульфатов изменился и состав обменных катионов (табл. 4). Ив солончаковых солонцах, и в лугово-каштановых почвах наблюдалось достоверное при Р = 0,9 снижение содержания обменного №+. Наметилась тенденция к увеличению количества обменного Са. В верхних горизонтах солончаковых солонцов снизились средние по трем повторностям значения содержания обменного К+, очевидно, из-за интенсивного использования почв в сельском хозяйстве без внесения калийных удобрений.

Таблица 4

Состав обменных катионов (средние величины по трем повторностям по результатам, полученным в 2003 г., — числитель, по результатам, полученным в 1990 г., — знаменатель; - — результаты, полученные в 2003 г., достоверно при Р = 0,9

ниже результатов, полученных в 1990 г.; Т — результаты, полученные в 2003 г., достоверно при Р = 0,9 выше результатов, полученных в 1990 г.)

Горизонт Глубина, см смоль - экв/кг

Са2+ Mg2+ К+

Солончаковые солонцы

АСаР1 0-20 11,95 13,4 8,89 8,3 0,50 1,3 0,15 0,63

В2Юа^2 20-40 11,52 12,4 8,79 7,3 0,533,0 0,01 0,30

В2Са^2 40-80 10,04 6,7 8,21 7,5 1,2010,0 0,16 0,45

ВССа^2 80-120 8,52 7,8 8,06 6,8 3,8011,4 0,09 0,42

BCCaCs2 120-150 8,77 8,31 4,63 0,08

Лугово-каштановые почвы

АСаР1 0-30 16,09 11,2 8,63 7,3 0,40 3,1 0,62 0,30

АВ 30-60 16,38 6,2 8,13 7,6 0,209,5 0,28 0,46

ВСа2 60-80 14,44Т 6,5 6,91 6,5 0,2111,4 0,43 0,42

ВСа2' 80-130 16,74 7,89 0,22 0,33

ВССа2 130-150 17,00 9,09 0,15 0,14

Полученные результаты позволяют заключить, что под влиянием понижения УГВ в солевом состоянии почв солонцового комплекса в пределах корнеоби-таемой зоны произошли изменения, благоприятные с точки зрения выращивания сельскохозяйственных культур: в составе легкорастворимых солей и в обменном комплексе снизилось содержание №+ — наиболее токсичного иона; наметилась тенденция к накоплению обменного Са2+, что способствует формированию хорошей структуры.

Таким образом, солевое состояние почв солонцового комплекса в условиях глинистой полупустыни Северного Прикаспия представляет собой весьма динамичную систему, существенно изменяющуюся за относительно короткие промежутки времени при изменении уровня грунтовых вод и прекращении орошения. Полученные результаты полностью подтверждают положение В.О. Таргульяна [15, 16] о том, что процессы засоления и рассоления почв относятся к числу наиболее быстро протекающих процессов, а присутствие и отсутствие солей — к числу почвенных признаков с наиболее «короткими» характерными временами.

Выводы

1. Под почвами солонцового комплекса исследованного участка Палласовской ООС в настоящее время по сравнению с 1990 г. фиксируется снижение уровня грунтовых вод более чем на 1 м и значительное уменьшение их минерализации, что можно объяснить совместным влиянием естественных и антропогенных факторов — прекращением подъема уровня грунтовых вод на всей исследуемой территории начиная с последних лет прошлого века и прекращением полива в 2000 г.

2. В составе водной вытяжки из солончаковых солонцов по сравнению с данными, полученными в 1990 г., снизилось содержание ионов №+ в верхних 80 см профиля и 8042— на глубинах 80—120 см. В лу-гово-каштановых почвах также снизилась концентрация №+ и 8042— в водной вытяжке и наметилась тенденция к снижению содержания С1—. Ориентировочные расчеты показывают, что средняя скорость снижения содержания сульфатов и №+ в нижних горизонтах почв солонцового комплекса составила 0,3—1 смоль-экв/кг почвы в год.

3. В верхней части профиля солончаковых солонцов по сравнению с данными, полученными в 1990 г., произошло достоверное и весьма значительное снижение содержания обменного №+, наметилась тенденция к увеличению содержания обменного Са2+ в ППК. В нижележащих горизонтах содержание обменного №+ также достоверно уменьшилось, но осталось все еще довольно высоким, составляя до 25% от суммы обменных катионов. В лугово-каштановых почвах процесс рассолонцевания охватил весь почвенный профиль до глубины 150 см.

4. Солевое состояние почв и состав обменных катионов в почвах солонцового комплекса исследованного участка Палласовской ООС представляют собой достаточно динамичные характеристики, существенно изменяющиеся за относительно короткие промежутки времени при изменении уровня грунтовых вод и прекращении орошения. Полученные результаты полностью подтверждают положение В.О. Таргульяна о том, что процессы засоления и рассоления почв относятся к числу быстро протекающих процессов, а присутствие и отсутствие солей — к числу почвенных признаков с наиболее «короткими» характерными временами.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Базилевич Н.И., Панкова Е.И. Опыт классификации почв по содержанию токсичных солей и ионов // Бюл. Почв. ин-та им. В.В.Докучаева. Вып. 5. М., 1972.

2. Бреслер Э., Макнил Б.Л., Картер Д.А. Солончаки и солонцы. Л., 1987.

3. Воробьева Л.А. Теория и методы химического анализа почв. М., 1995.

4. Воробьева Л.А. Химический анализ почв. М., 1998.

5. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. М., 1985.

6. Зайдельман Ф.Р. Мелиорация почв. М., 1996.

7. Козловский Ф.И. Теория и методы изучения почвенного покрова. М., 2003. С. 41—58.

8. Михайлов В.Н., Рычагов Г.И., Повалишникова Е.С. Является ли недавний подъем уровня Каспийского моря и его последствия природной катастрофой? // Вестник РФФИ. 1998. № 4.

9. РодеА.А. Климатические условия района Джаныбек-ского стационара// Сообщ. лабор. лесоведения. Вып. 1. М., 1959.

10. Роде А.А., Польский М.Н. Почвы Джаныбекского стационара, их морфологическое строение, механический и химический состав и физические свойства // Тр. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 1961. Т. 56.

11. Сапанов М.К. Экология лесных насаждений в аридных регионах. Тула, 2003.

12. Сиземская М.Л., Бычков Н.Н. Солевое состояние лугово-каштановых почв Северного Прикаспия в условиях подъема уровня грунтовых вод // Почвоведение. 2005. № 5. С. 543—549.

13. Соколова Т.А., Сиземская М.Л., Сапанов М.К., Тол-пешта И.И. Изменение содержания и состава солей в почвах солонцового комплекса Джаныбекского стационара за последние 40—50 лет // Там же. 2000. № 11.

14. Соколова Т.А., Сиземская М.Л., Толпешта И.И., Сапанов М.К., Субботина И.В. Динамика солевого состояния целинных почв полупустыни Северного Прикаспия в связи с многолетними колебаниями уровня грунтовых вод // Экологические процессы в аридных регионах. М., 2001.

15. Таргульян В.О., Фокин А.Д., Соколова Т.А., Шоба С.А. Экспериментальные исследования педогенеза: возможности, ограничения, перспективы // Почвоведение. 1989. № 1.

16. Таргульян В.О., Соколова Т.А. Почва как биокосная природная система: «реактор», «память» и регулятор биосферных взаимодействий// Там же. 1996. № 1.

17. ТолпештаИ.И. Влияние орошения на солевое состояние и состав обменных катионов почв солонцового комплекса (на примере почв Палласовской оросительной системы): Автореф. дис. ... канд. биол. наук. М., 1993.

18. Толпешта И.И., Соколова Т.А., Сиземская М.Л. Сравнительная оценка влияния орошения и агролесомелиорации на солевое состояние почв солонцового комплекса Северного Прикаспия // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвовед. 1997. № 1.

19. Топунова И.В. Солевое состояние целинных и мелиорируемых солончаковых солонцов Северного Прикас-пия в условиях подъема уровня грунтовых вод (на примере почв Джаныбекского стационара): Автореф. дис. . канд. биол. наук. М., 2003.

20. Шикломанов И.А. Влияние хозяйственной деятельности на речной сток. Л., 1989.

Поступила в редакцию 20.02.07

CHANGES IN SALINIZATION ON SOILS OF SOLONETZ COMPLEX OF PALLAS IRRIGATION SYSTEM AS CAUSED BY THE FLUCTUATIONS IN THE GROUND WATER DEPTH AND CESSATION OF IRRIGATION.

M.L. Sizemskaia, B.T. Duskinova, I.I. Tolpeshta, T.A. Sokolova

Changes in salinization in soils of solonetz complex on a plot of Pallas irrigation system have been estimated comparing the data of soil survey obtained in 1990 to those obtained in 2003. The irrigation of the plot was stopped in 2000. The depth of the ground water table has lowered by 1 m, and its mineralization become significantly less. In solonetz soils the decrease in Na+ and SO4— content in water extract has been found to occur as well as the lowering of the ESP values in the upper part of the solum. In meadow-chestnut soils the process of dealkalinization was found to be operative throughout the soil profile.