Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Обменные катионы в почвах района западных подстепных ильменей дельты р. Волги

Специальность 03.00.27 - Почвоведение

Беднев Александр Валерьевич

Астрахань - 2009

Работа выполнена на кафедре почвоведения аграрного факультета

Астраханского государственного университета

Научный руководитель: Яковлева Людмила Вячеславовна

кандидат химических наук, доцент

Официальные оппоненты: Владыченский Александр Сергеевич

доктор биологических наук, профессор

Казеев Камиль Шагидуллович

доктор географических наук, доцент

Ведущая организация: Российский государственный аграрный университет-МСХА им К.А. Тимирязева

Защита диссертации состоится « 23 » июня 2009 года в 15 час.00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.009.10 при Астраханском государственном университете по адресу: 41400 г. Астрахань, пл. Шаумяна, 1.

Тел./факс: (8512)22-82-64

E-mail: sovetei@rambler.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета

Автореферат разослан «___» ____________ 2009 года

Ученый секретарь

диссертационного совета А.В. Федотова

ВВЕДЕНИЕ

Состав почвенного поглощающего комплекса (ППК) является одной из главных почвенно-химических характеристик, а обмен катионов относится к числу важнейших почвенно-химических процессов, определяющих генезис почв, их плодородие и возможности мелиорации.

Установившееся в процессе развития ландшафтов равновесие обменных катионов в ППК характеризует почвы по степени выраженности процессов осолонцевания - рассолонцевания, дает представление об истории изменений данных ландшафтов, позволяет прогнозировать ход дальнейшей эволюции почвенного покрова.

Солонцы и солонцеватые почвы содержат в поглощающем коллоидальном комплексе обменный катион натрия (более 3--5% от емкости обмена), что обусловливает неблагоприятные для развития растений физические, химические и водно-физические свойства почв. Соотношение обменных катионов в ППК определяет такие важнейшие свойства почв как водо- и воздухопроницаемость, сложение, порозность, состояние почвенных коллоидов, структуру почвы. Кроме того, обменные катионы сами по себе являются резервом, доступным для растений и при этом не так легко вымываемым из почвы.

Солевой режим определяет протекающие в почвах процессы ионного обмена между подвижной фазой и ППК. В Астраханской области, к засоленным относятся почвы, содержащие в каком-либо горизонте более 0,25% водорастворимых солей от общего веса сухого грунта (Плюснин, 1938). При таком критерии отнесении почв к засоленным родам в Волго-Ахтубинской пойме их около 17%, в дельте Волги - почти 50% (Пилипенко, Сальников, Перевалов, 2002). Это определяется комплексом абиотических факторов, среди которых климатические особенности региона и глобальные процессы, влияющие на уровень Каспийского моря.

Поэтому, для характеристики солевого режима и свойств почв недостаточно данных анализа водных вытяжек. Необходимо исследование обменных процессов.

Актуальность исследования. Засоление почв широко развито на территории дельтовых ландшафтов Астраханской области и достаточно хорошо изучено (Плюснин, 1938; Ковда, 1947; Владыченский, 1953; Евдокимова, 1958; Славный, 2003; Засоленные почвы…., 2006). В меньшей степени изучены обменные катионы в засоленных почвах, их зависимость от засоления почв. Солевой режим определяет протекающие в почвах процессы ионного обмена между подвижной фазой и почвенным поглотительным комплексом. В почвах аридных регионов среди обменных катионов преобладают Ca²⁺ , Mg²⁺ и Na⁺, соотношение которых в ППК определяется содержанием и составом легкорастворимых солей. В связи с двухэтапным зарегулированием стока Волги, обвалованием произошли резкие изменения гидрологического режима на значительных площадях (Бобков, 1963; Попов, 1964; Тюрденева, 1958, Аветян, 2002), особенно в окраинных районах дельты. Это привело к изменениям хода обменных процессов в засоленных почвах и соотношения обменных катионов в почвенном поглощающем комплексе, а значит и к изменению их важнейших агрофизических свойств, таких как структура, водопроницаемость, плотность. Для почв дельты Волги состав ППК и вопросы катионного обмена детально не исследовались.

Цель исследования - изучение состава почвенного поглощающего комплекса и закономерностей катионного обмена с участием Ca²⁺, Na⁺, Mg²⁺ и K⁺ в почвах района западных подстепных ильменей дельты р. Волги.

Задачи исследования:

· систематизация и обобщение литературных данных по исследованию обменных процессов в почвах аридной зоны;

· изучение состава обменных катионов в почвах ландшафтов бугров Бэра в зависимости от степени засоления почв;

· изучение влияния гидрологического режима и особенностей мезорельефа на состав и динамику обменных катионов.

· оценка экологической роли обменных катионов в формировании бугровых ландшафтов дельты Волги.

Научная новизна.

Впервые на массовом материале рассмотрено распределение обменных катионов в почвах ландшафтов бугров Бэра района западных подстепных ильменей.

Исследование особенностей распределения обменных катионов в почвах позволило выявить причины, способствующие осолонцеванию почв бугров Бэра, а именно мезорельеф, периодические колебания уровня грунтовых вод, наличие в почвообразующих породах бугров солей морского генезиса и глинистых частиц, способствующих интенсивному капиллярному передвижению почвенных растворов.

Впервые выявлены зоны осолонцевания почв ландшафтов бугров Бэра района западных подстепных ильменей (ЗПИ) и установлена корреляционная зависимость между содержанием ионов натрия в обменной форме и его содержанием в водной вытяжке.

Сопоставлен видовой состав доминантов в растительных сообществах с изменениями степени засоления и осолонцевания в исследуемых ландшафтах. Установлено, что смена доминирующих видов при изменении степени осолонцевания и засоления не может быть объяснена лишь действием названных ограничивающих факторов. Даже при резком изменении условий среды проявляется влияние конкуренции на распределение растительных сообществ. Доминирование вида в сообществах может объясняться спецификой его экологической ниши и морфологического строения.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Вершина и верхняя часть склона бугров Бэра постоянно подвергается действию процессов эрозии, дефляции и денудации и верхний, в разной степени рассоленный и рассолонцеванный материал под действием атмосферных осадков постепенно смещается вниз по склону, образуя зону отложений денудационно-дефляционного материала.

2. Современная зона максимального осолонцевания находится на уровне верхней границы капиллярной каймы.

3. Осолонцевание происходит в зоне испарения влаги, степень осолонцевания зависит от соотношения в почвенном растворе ионов натрия и растворенного кальция. Недостаток ионов натрия в почвенном растворе для вступления в ППК и вытеснения поглощенных ионов кальция и магния приводит к появлению максимума содержания обменного натрия в средней части профиля. При высоком содержании ионов натрия в почвенном растворе максимум содержания обменного натрия расположен в нижней части профиля исследуемых почв.

4. Факторами, определяющими формирование зон осолонцевания почв бугров Бэра района ЗПИ являются: наличие в толще бугра солей натрия, колебания уровня паводковых и грунтовых вод, мезорельеф. Эоловый и биологический факторы являются сопутствующими и не имеют определяющего значения в формировании солонцов и солонцеватых почв бугровых ландшафтов.

Практическая значимость:

Результаты исследований могут быть использованы при оценке почвенного покрова дельты Волги, проведения агротехнических и мелиоративных мероприятий.

Полученные результаты используются при чтении лекционных курсов по дисциплинам «Химия почв», «Почвы Астраханской области», «Агроэкологическая оценка почв» для студентов биологического и аграрного факультетов Астраханского государственного университета.

Проведенные исследования были поддержаны грантом РФФИ (проект 06-04-48297).

Апробация. Материалы диссертации доложены и обсуждены на международных и Российских научных конференциях: Российская студенческая научная конференция «Актуальные проблемы современной биологии» (Астрахань, 2005), VIII международная научная конференция «Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря» (Астрахань, 2005, 2006, 2007, 2008), Международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносовские чтения» (Москва, 2005); Всероссийская научная конференция «Почвоведение и агрохимия в 21 веке», посвященной В.В. Докучаеву (Санкт-Петербург, 2006), Международная научно-практическая конференция «Проблемы ресурсосберегающего производства и переработки экологически чистой сельскохозяйственной продукции» (Астрахань, 2006), Всероссийская конференция молодых ученых «Экология в современном мире: взгляд научной молодежи» (Улан-Удэ, 2007), Международная научно-практическая конференция «Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и прогнозирования», посвященная 75-летию Астраханского государственного университета (Астрахань, 2007); Международная научно-практическая конференция «Ноосферные изменения в почвенном покрове», посвященная 80-летнему юбилею Ивлева А.М. (Владивосток, 2007), Международная научно-практическая конференция «Развитие агропромышленного комплекса: перспективы, проблемы и пути решения» (Астрахань, 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 4 работы в изданиях, входящим в перечень научных и научно-технических изданий, утвержденных ВАК России и рекомендуемых для публикации основных научных результатов кандидатских диссертаций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 140 страницах, включая 2 таблицы и 21 рисунок. Состоит из введения, 5 глав, выводов и списка литературы. Список литературы включает 182 источника, из них 29 на иностранных языках.

Автор выражает глубокую благодарность всем участникам совместной экспедиции кафедры почвоведения, кафедры экологии и биологии растений Астраханского государственного университета и кафедры физики и мелиорации почв Московского государственного университета им. Ломоносова за неоценимую помощь в получении экспериментальных данных. Особую признательность автор выражает д.б.н., профессору В.Н. Пилипенко, д.б.н. А.В. Федотовой, и к.с/х.н. С.Н. Перевалову за неоценимую помощь, замечания и пожелания при работе над диссертацией.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Географическое положение и общая характеристика

природно-климатических условий дельты Волги

Глава включает в себя характеристику основных абиотических экологических факторов в районе проведенных исследований, общую характеристику географического положения, рельефа, климатических условий, гидрографической сети, основных типов почв и растительности (Белевич, 1979; Болышев, 1959; Сафонов, 1977; Евдокимова, 1958; Ушаков, 1996; Пилипенко, 2002 и др.).

Глава 2. Обменные процессы в почвах, засоление почв и влияние их на структуру почв и пространственное распределение

растительных сообществ

(обзор литературы)

На основании анализа отечественной и зарубежной литературы в главе рассматриваются общие понятия и термины, касающиеся катионнообменной способности почв, специфика обменных катионов в почвах аридных регионов, закономерности ионного обмена и влияние состава обменных катионов на свойства почв (Пинский, 1978, 1991, 1997; Зубкова, 2002; Гедройц, 1926, 1955; Ванюшина, 2001; Антипов-Каратаев и др., 1933, 1947, 1955; Веригин, 1979; Окорков, 1994; Воробьева, 1956; Jonson, 1859; Milne, 1936; Robinson, 1936; McNeal B. L., Norvell W. A., Coleman N. T., 1966; Yaron B., Thomas G. W. 1968; Tucker, 1960;), пространственному распределению растительных сообществ в связи со степенью засоления и осолонцевания, а также воздействию данных почвенных характеристик на растения (Белецкий, 1990; Клышев, Приходько, 1975; Шахов, 1952; Лахер, 1978; Горышина, 1979; Фагелер, 1938; Батыгин, 1986; Блюменталь, 1990; Сукачев, 1930; Швыряева, 1975; Исследования структуры…, 1973).

Глава включает в себя обзор научной информации по проблеме засоления почв, источникам солей в почвах и закономерностям капиллярного поднятия растворов солей (Вальков, 1986; Славный, 1966, 2001, 2005; Рассел, 1955; Шутов, 1981; Абдель Фаттах, 1967; Владыченский, Летунов, 1942; Ковда, 1937, 1947, 1951; Евдокимова, Корнеева, 1958; Болышев, 1956; Колесников, Соколова, 2004).

Глава 3. Объекты и методы исследования

В Западной части дельты р. Волги были выбраны бугровые ландшафты, где закладывали две катены от водораздельной части к урезу ильменя: водораздельное пространство - соленый ильмень (катена С, почвенные разрезы ПР С-1 - ПР С-15), водораздельное пространство - пресный ильмень (катена П, ПР П-1 - П-9). Критериями выбора направления закладки профилей служила смена основных типов растительных сообществ и геоморфологических условий. Трансекты П и С пересекали все элементы рельефа, представленные в соответствующих ландшафтах, характеризуя почвенный покров как бугров Бэра, так и межбугровых понижений и прибрежных территорий. На каждой из трансект были заложены почвенные прикопки глубиной 60 см и один полнопрофильный разрез. В каждой почвенной прикопке проведено морфологическое исследование почв. Описание растительности проводилось Пилипенко В.Н., Переваловым С.Н., Сальниковым А.Л. Экспериментальный материал, необходимый для исследования, был получен в ходе экспедиций 2004 - 2008 гг.

Состав и содержание солей в почвах определяли в водных вытяжках. Содержание ионов + и - трилонометрическим методом, ионов K⁺ и Na⁺ - на пламенном фотометре, - аргентометрическим методом, - гравиметрическим методом (Теория и практика…, 2006).

Состав обменных катионов определяли по методу Пфеффера в модификации Молодцова и Игнатовой (Молодцов, Игнатова, 1975). Метод предназначен для определения состава обменных катионов в нейтральных и щелочных минеральных почвах, которые содержат водорастворимые соли, полностью переходящие в раствор при исследуемой степени увлажнения и емкость катионного обмена (ЕКО) которых не превышает 25-30 ммоль на 100 г почвы (Воробьева, 1998).

Глава 4. Распределение обменных катионов натрия и калия в почвах

4.1. Распределение обменного натрия и калия в почвах по катене

водораздельное пространство - соленый ильмень

Выбранный ландшафт на данный момент представляет собой конечную стадию развития лугового биогеоценоза. Прекращение поемного режима и высокие температуры привели к тому, что гидроморфные виды растительности стали выпадать, уступая место более ксерофитным. К настоящему моменту времени район западных подстепных ильменей представляет собой ландшафт разной степени аридизации. В данной работе рассматривается ландшафт с наиболее жесткими и экстремальными для произрастания растений условиями.

Невысокие значения ЕКО (6,38-9,98 ммоль/100 г) говорят о преимущественно легком гранулометрическом составе (супесь, легкий суглинок, редко - тяжелый суглинок, глина). Низкие значения ЕКО указывают на частичную редукцию ППК.

Несмотря на высокий процент калия в ППК отдельных горизонтов (15,83% от ЕКО), его абсолютные количества незначительны (менее 1 ммоль/100 г почвы). Содержание обменного калия с глубиной снижается. Можно предположить, что в переносе калия на поверхность ключевую роль играет растительность. Минерализация растительного опада в условиях полупустыни происходит быстро, поэтому ППК поверхностного слоя насыщается калием, несмотря на крайне незначительное его количество.

Содержание ионов натрия в водной вытяжке характеризует запас Na⁺ в почвах в форме водорастворимых солей (рис.1). В пределах трансекты С, оно колеблется в широких пределах: от 0,52 до 18,33 ммоль/ 100 г почвы в верхних горизонтах и от 1,7 до 97 ммоль/ 100 г почвы в нижней части профиля.

Рис. 1. Соотношение содержания натрия в водной вытяжке и в ППК

Столь широкий диапазон значений указывает на наличие существенных различий в генезисе скоплений натрия на вершине (первичное накопление ионов во время отступления моря), на склоне (вторичное перераспределение за счет эрозии, денудации), и на шлейфе бугра (рассоление за счет деятельности паводковых вод до зарегулирования стока Волги, засоление за счет поступления денудационно-дефляционного материала с вершины, засоление минерализованными грунтовыми водами).

Максимальное содержание ионов натрия почвенного раствора находится в нижней части профиля почв вершины бугра, при движении вниз по склону наблюдается снижение содержания ионов натрия почвенного раствора. Наличие солонцового горизонта на вершине бугра препятствует движению ионов натрия почвенного раствора вниз по профилю.

Почвы вершины бугра не подвергались воздействию паводковых вод (перепад высот 20 м). Можно предположить, что это натриевые соли морского генезиса, отложившиеся еще во времена формирования самих бэровских бугров, при отступлении Хвалынского моря.

В исследуемом бугровом ландшафте, выявлена корреляционная зависимость между внедрением натрия в почвенный поглощающий комплекс и с его содержанием в водной вытяжке (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость содержания обменного Na от его концентрации в водной вытяжке из почвы (коэффициент корреляции 0,52).

На рисунке 3 представлено пространственное распределение обменного натрия в пределах почв трансекты С.



Рис. 3. Пространственное распределение обменного натрия (трансекта С)

Максимальное содержание обменного натрия приурочено к верхней части склона бугра (ПР С-1 - ПР С-4), максимумы содержания обменного натрия расположены в слое 20 см и ниже. На вершине процесс накопления натрия объясняется, главным образом, обменным замещением кальция на натрий. Можно предположить, что солонцеватость почв в верхней части склона бугра результат постоянного приноса солей натрия и вмывания его в горизонт В, где его содержание очень высокое (до 45% от ЕКО).

Хамраев С.С. (1984) выделил два случая осолонцевания почв капиллярно поднимающимися растворами солей.

Первый случай - недостаток натрия в почвенном растворе для вытеснения поглощенных ионов кальция и магния. Осолонцевание происходит в зоне испарения, и мощность слоя увеличивается сверху вниз. В исследуемом бугровом ландшафте имеет место недостаток натрия почвенного раствора для максимального проявления осолонцевания в рассматриваемом ландшафте, а не абсолютная нехватка натрия для вытеснения двухвалентных катионов из ППК.

Второй случай - натрия в почвенном растворе достаточно для вытеснения из ППК в раствор обменного кальция и магния, и мощность слоя увеличивается снизу вверх.

Биотический и эоловый факторы, по нашему мнению, также оказывают некоторое влияние на содержание обменного натрия, но оно может иметь место лишь в верхних горизонтах, ограниченных нижним пределом зоны атмосферного промачивания.

Недостаток натрия в почвенном растворе (I тип распределения обменного натрия по профилю) для максимального вытеснения двухвалентных катионов будет приводить к росту концентрации обменного натрия в средней части профиля (максимум содержания на глубине 20 - 30 см). На глубине 20 - 30 см почвенный раствор становится более насыщенным ионами натрия вследствие интенсивного испарения и роста концентрации за счет уменьшения объема (основной фактор) и поступления с поверхности солей, принесенных ветрами и аккумулированных галофильной растительностью (сопутствующий фактор). В результате наблюдается сначала возрастание содержания обменного натрия с глубиной до максимума в средней части профиля, а затем постепенное его убывание (почвенная прикопка ПРС - 1, ПР С - 9; рис. 4).

Рис.4. Изменение содержания обменного натрия по профилю (трансекта С) I тип

Процесс накопления обменного натрия в зоне верхней границы капиллярной каймы при паводках среднего уровня может идти по второму типу, когда натрия в растворе достаточно для вытеснения из ППК в раствор того или иного количества кальция и магния и солонцовый горизонт перемещается снизу вверх. Максимальное содержание обменного натрия в этом случае наблюдается в нижней части профиля и постепенно снижается при продвижении к поверхности ( ПР С - 2, ПР С - 3, ПР С - 4; ПР С - 10, ПР С - 11, ПР С - 12) (рис. 5).

мезорельеф катионный почвенный

Рис. 5. Изменение содержания обменного натрия по профилю (трансекта С) (II тип)

Для склона бугра (ПР С - 5, ПР С - 6, ПР С - 7, ПР С - 8) характерно невысокое содержание обменного натрия (около 1 ммоль/100 г) и четко выраженная дифференциация по почвенному профилю. (рис. 6). Значения содержания обменного натрия на поверхности и на глубине 60 см составляют 1,33 ммоль/100 и 1,52 ммоль/100 г почвы.

Рис. 6. Изменение содержания обменного натрия по профилю (трансекта С) (III тип)

(ПР С - 6), 0,69 ммоль/100 г почвы (20 - 23 см) и 0,85 ммоль/100 г почвы (60 - 63 см) ммоль/100 г почвы (ПР С - 7).В процессе дефляции и денудации вершины бугра, возможно, происходило перемещение верхних, частично рассоленных слоев вниз по склону. О влиянии приноса материала на почвы склона бугра говорит слоистость в строении профиля, отсутствие четких тенденций в распределении обменного натрия по слоям и незначительная степень солонцеватости по всему профилю.

Почвы подошвы бугра (ПР С - 14- 15), примыкающие к соленому ильменю представлены солончаками. Для них характерна слабая химическая солонцеватость почти по всему профилю, лишь на глубине 40-60 см содержание обменного натрия достигает величины, характерной для химических солонцов.

Рис. 7. Изменение содержания обменного натрия по профилю (трансекта С) (подошва бугра)

Распределение почв в почвенном покрове в пределах геоморфологического профиля C по степени химической солонцеватости (доля Na в ППК) следующее:

1. средне- и глубокостолбчатые автоморфные остаточные многонатриевые солонцы (ПР С-1 - 4) в верхней части катены;

2. солонцеватые и слабосолонцеватые почвы, подверженные денудационно-дефляционному воздействию (ПР С-5 - 10 в средней части катены);

3. солончаки (ПР С-11 - 15).

Таким образом, можно сделать вывод о комплексности почв дельтового ландшафта с буграми Бэра: бурые солонцы на вершине бугра, солонцеватые почвы на склоне бугра и солончаки у его подножья.

4.2. Распределение обменного натрия и калия в почвах по катене

водораздельное пространство - пресный ильмень

Трансекта П, заложенная от вершины бугра до тростниковых зарослей у уреза воды, характеризуется меньшим перепадом высот (около 8 м), склон буг-ра гораздо более пологий.

Значения ЕКО по трансекте П колеблются от 23,52 ммоль/100 г почвы (ПР П-9, поверхность) до 9,28 ммоль/100 г почвы (ПР П-8, 60 см) - нижняя часть трансекты.

Содержание обменного калия в исследуемых почвах трансекты П находится в пределах от 0,69 ммоль/100 г до 3,59 ммоль/100 г почвы. Обменный калий распределен неравномерно и без каких-либо видимых закономерностей.

Максимальное содержание обменного натрия приурочено к вершине и нижней части склона бугра, максимумы содержания обменного натрия отмечены на глубине 40 см (2,43 ммоль/100 г почвы) и 20 см (2,87 ммоль/100 г почвы) соответственно.

Минимальное содержание обменного натрия приурочено к подошве бугра (ПР П-8, 60 см, ПР П-9, 30 см - 0,13 ммоль/100 г почвы). На рисунке 8 показано пространственное распределение обменного натрия в пределах трансекты П.

Рис. 8. Пространственное распределение обменного натрия (трансекта П)

Анализ данных позволяет выделить схожие черты распределения обменного натрия по профилю исследуемых почв трансекты П и С.

1. Возрастание содержания обменного натрия с глубиной до максимума в средней части профиля, а затем постепенное его убывание (ПР П-3, ПР П-7) (рис. 9).

Рис. 9. Изменение содержания обменного натрия по профилю (I тип) (трансекта П)

2. Максимальное содержание обменного натрия в нижней части профиля, постепенно снижающееся при продвижении к поверхности (ПР П-1, ПР П-5, ПР П-6) (рис. 10).



Рис. 10. Изменение содержания обменного натрия по профилю (II тип) (трансекта П)

3. Незначительное содержание обменного натрия и дифференцированное распределение его по почвенному профилю (П-2 - П-4) (рис. 11).

Рис. 11. Изменение содержания обменного натрия по профилю (III тип) (трансекта П)

Данные исследования обменных процессов свидетельствуют о незначительной степени осолонцевания почв трансекты П по сравнению с почвами трансекты С.

Распределение почв в почвенном покрове в пределах геоморфологического профиля П представлен:

1. среднесолонцеватыми почвами (ПР П-1) вершина бугра;

2. слабосолонцеватыми почвами (ПР П-2-4) подверженные денудационно-дефляционному воздействию;

3.глубокосолонцеватыми почвами (П-5 - П-7) (современное осолонцевание за счет грунтовых вод в период паводка);

4. несолонцеватыми почвами (ПР П-8-9).

Сходные черты в распределении обменного натрия по почвенному профилю катен водораздельное пространство-соленый и пресный ильмень позволяют сделать вывод об общности процессов осолонцевания двух столь контрастных ландшафтов. Гидрология и мезорельеф являются основными факторами, способствующими перераспределению обменного натрия. Сложный характер распределения, наличие двух зон осолонцевания говорит о резких изменениях гидрологии, которым подверглись оба ландшафта.

Глава 5. Распределение обменного кальция и магния в почвах

5.1 Распределение обменного кальция и магния в почвах

водораздельное пространство - соленый ильмень

Высокое содержание обменного кальция (5,92-11,68 ммоль/100 г, что соответствует 74-72% от ЕКО в поверхностном слое трансекты С (рис. 12), по видимому, связано с выщелачиванием солей Na под влиянием атмосферных осадков в нижележащие горизонты, где и происходит ионный обмен Са- Na.

Рис. 12. Пространственное распределение обменного кальция (трансекта С)

На шлейфе бугра количество обменного кальция не превышает 4,48 ммоль/100 г почвы, что соответствует 29,9% от ЕКО. Невысокие значения обменного кальция можно объяснить постоянным подтоком ионов натрия и магния при флуктуациях соленых вод ильменя.

Сопоставляя содержание кальция по данным водной вытяжки с содержанием кальция в ППК можно сделать вывод об отсутствии какой-либо корреляции между этими значениями. Содержание кальция по данным анализа водных вытяжек во много раз превышает его содержание в ППК по всему профилю.

Характер распределения обменного кальция по трансекте С и снижения его содержаний с глубиной указывает на различия в длительности, интенсивности хода обменных процессов в почвах вершины, склона и подошвы бугра.

Обменный магний по профилю в пределах трансекты С распределен более равномерно, чем обменный кальций и натрий (рис. 13). Обменный магний составляет в среднем от 25% на поверхности до 35% в нижней части профиля от ЕКО.

В целом, можно отметить увеличение содержания обменного магния вниз по склону. Сопоставляя содержания обменного натрия и магния в ППК в исследуемых почвах, можно предположить, что в солонцовых и среднесолонцеватых почвах магний является конкурентом натрия и лишь в условиях значительного преобладания в почвенном растворе последнего происходит образование солонца.

Рис. 13. Пространственное распределение обменного магния (трансекта С)

В зонах осолонцевания содержание магния составляет 2,24-4,16 ммоль/100 г почвы, что составляет 27,5-36,4% от ЕКО. Максимальное содержание обменного магния - более 5 ммоль/ 100 г почвы, соответствует шлейфу бэровского бугра, в почвах которого обменный магний занимает более 50% всей емкости катионного обмена. Высокое содержание обменного магния в ППК можно объяснить морским генезисом солей.

5.2. Распределение обменного кальция и магния в почвах

водораздельное пространство - пресный ильмень

На расстоянии 100-140 м от вершины бугра содержание обменного кальция в зоне осолонцевания (ПР П-5-7) снижается вниз по профилю. Содержание обменного кальция на расстоянии 20 м от вершины бугра возрастает вниз по профилю (рис. 14).

Рис. 14. Пространственное распределение обменного кальция (трансекта П)

Чередование в характере распределения обменного кальция можно объяснить тем, что почвы верхней части бугра относятся к старопахотным.

Доля кальция в ЕКО, несмотря на значительные различия в абсолютных количествах в почвах кальция трансект С и П около 50 % от ЕКО. Невысокое относительное содержание обменного кальция в исследуемых трансектах свидетельствует о развитии процессов засоления и осолонцевания в бугровых ландшафтах.

Максимальные содержания обменного магния наблюдаются в нижней части профиля почв вершины бугра, в поверхностных горизонтах почв на расстоянии 60 и 140-160 м и на глубине 30-50 см на расстоянии 120 м от вершины бугра (рис. 15).

Содержание обменного магния составляет от 27,47% от ЕКО на склоне бугра до 69,78% от ЕКО в зоне осолонцевания (шлейф бугра). Наличие солонцового горизонта на глубине 20 см на расстоянии 120-140 м от вершины бугра препятствует передвижению ионов магния почвенного раствора вверх по профилю и способствует ионному обмену Mg-Na.

Рис. 15. Пространственное распределение обменного магния (трансекта П)

Сопоставляя максимумы содержания магния и зоны осолонцевания почв трансекты П, можно предположить, что для вступления магния в ППК, кроме наличия его в материнских породах, необходима высокая обводненность почв.

выводы

1. Процессы осолонцевания - рассолонцевания почв бугров Бэра определяются составом почвенных растворов, который зависит от наличия в толще бугров солей морского генезиса, гидрологического режима, капиллярной проводимостью почв и мезорельефом.

2. При высоких значениях содержания натрия в водной вытяжке внедрение его в почвенный поглощающий комплекс выявлена корреляционная зависимость (R=0,52) с содержанием обменного натрия в ППК. Корреляция между содержанием двухвалентных катионов в водной вытяжке и в ППК не выявлена.

3. Выявлены механизмы распределения обменного натрия ландшафтов бугров Бэра района западных подстепных ильменей. Процесс осолонцевания происходит в зоне капиллярного поднятия во время паводков, максимум приходится на уровень верхней границы капиллярной каймы за счет максимального испарения, что соответствует максимальной концентрации ионов натрия в почвенном растворе.

4. Выделено три характерных типа распределения обменного натрия по почвенному профилю: рост содержания обменного натрия с глубиной до максимума в средней части профиля и постепенное его снижение с глубиной; увеличение содержания обменного натрия с глубиной и дифференцированное распределение обменного натрия по почвенному профилю.

5. В пределах геоморфологического профиля водораздельное пространство - соленый ильмень выделены типы почв по степени химической солонцеватости (доля Na в ППК): средне- и глубокостолбчатые автоморфные остаточные многонатриевые солонцы в верхней части катены; солонцеватые и слабосолонцеватые почвы, подверженные денудационно-дефляционному воздействию в средней части катены) и солончаки (шлейф бугра).

6. В пределах геоморфологического профиля водораздельное пространство - пресный ильмень выделены следующие типы почв по степени химической солонцеватости: среднесолонцеватые почвы вершины бугра; слабосолонцеватые почвы подверженные денудационно-дефляционному воздействию; глубокосолонцеватые почвы (современное осолонцевание за счет грунтовых вод в период паводка) и несолонцеватые почвы.

7. Установлено, что, несмотря на высокий процент калия в ППК в отдельных горизонтов (15,83% от ЕКО), его абсолютное количество в исследуемых почвах меньше 3 ммоль/100 г почвы. Выделяется отчетливая тенденция снижения содержания обменного калия с глубиной. Можно предположить, что ключевую роль в переносе калия на поверхность почвы играет растительность.

8. Максимальное содержание обменного магния - более 5 ммоль/ 100 г почвы, соответствует шлейфу бэровского бугра, в почвах которого обменный магний занимает более 50% всей емкости катионного обмена. Высокое содержание обменного магния в ППК можно объяснить морским генезисом солей.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Беднев А.В.,. Яковлева Л.В,. Федотова А.В. Экология засоленных почв дельты р. Волги //Вестник Московского государственного областного университета. Серия «Естественные науки». Выпуск «Химия и химическая экология», 2006. №2 С. 82-84.

2. Яковлева Л.В., Беднев А.В., Федотова А.В.. Эколого-химическая характеристика солончаков дельты р. Волги //Вестник Московского государственного областного университета. Серия «Естественные науки». Выпуск «Химия и химическая экология», 2006. № 2. С. 85-87.

3. Беднев А.В., Яковлева Л.В. Солевое состояние почв бугра Бэра района западных подстепных ильменей // Вестник Оренбургского государственного университета № 75 Ч. 1. Оренбург 2007. С. 49-51.

4. Карпачевский Л.О., Яковлева Л.В., Беднев А.В., Федотова А.В. Распределение обменных катионов в почвах катены бугра Бэра // Почвоведение, 2008. № 10. С. 1163-1170.

Статьи и тезисы в других изданиях

1. Беднев А.В. Экологические аспекты засоления почв // Тезисы Российской студенческой научной конференции «Актуальные проблемы современной биологии» Астрахань, 2005 г. С. 133-135.

2. Беднев А.В., Яковлева Л.В.. Экологические аспекты засоления почв // Материалы VIII международной научной конференции «Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря. Астрахань. 11-12 октября 2005 г. С. 122-124.

3. Беднев А.В.. Особенности засоления почв ландшафтов бугра Бэра в дельте реки Волги // Материалы Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносовские чтения» Москва, 2005. С. 85.

4. Беднев А.В. Солевое состояние почв бугров Бэра в западной части дельты Волги // Материалы Всероссийской научной конференции«Почвоведение и агрохимия в 21 веке», посвященной В.В. Докучаеву и IX Всероссийской конференции Докучаевские молодежные чтения «Почвы России. Проблемы и решения». - Санкт-Петербург, 1-3 марта 2006. С. 239-240.

5. Пштаева А.И, Яковлева Л.В, Беднев А.В. Солевое состояние солончака лугового восточной части дельты Волги. Материалы международной научно-практической конференции «Проблемы ресурсосберегающего производства и переработки экологически чистой сельскохозяйственной продукции», Астрахань, 2006. С. 31-34.

6. Беднев А.В., Яковлева Л.В.. Особенности распределения обменных катионов в засоленных почвах дельты Волги // Материалы IX Международной научной конференции «Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря», Астрахань, 2006. С. 93-94.

7. Беднев А.В., Гузь Д.В. Осолонцевание почв ландшафтов бугров Бэра в дельте Волги // Материалы Всероссийской конференция молодых ученых «Экология в современном мире: взгляд научной молодежи» (Улан-Удэ, 24 - 27 апреля 2007). С. 135 - 136.

8. Беднев А.В., Яковлева Л.В. Распределение обменных катионов в почвах района западных подстепных ильменей дельты Волги // Материалы международной научно-практической конференции «Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и прогнозирования», посвященной 75-летию Астраханского государственного университета. Астрахань, 20-25 августа 2007. С. 188-189.

9. Яковлева Л.В., Беднев А.В. Характеристика почвенного поглощающего комплекса почв дельты Волги // Материалы международной научно-практической конференции «Ноосферные изменения в почвенном покрове», посвященной 80-летнему юбилею Ивлева А.М. Владивосток, 14-22 сентября 2007. С. 268-270.

10. Беднев А.В., Яковлева Л.В. Особенности осолонцевания почв бугров Бэра района западных подстепных ильменей // Материалы международной научно-практической конференции «Развитие агропромышленного комплекса: перспективы, проблемы и пути решения». Астрахань, 4-11 августа, 2008. С. 25-27.

11. Беднев А.В., Яковлева Л.В. Сравнительный анализ состава обменных катионов в почвах бугров Бэра района западных подстепных ильменей. Материалы X научной конференции «Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря и водоемов внутреннего стока Евразии», посвященной 450-летию Астрахани. Астрахань, 25-30 апреля, 2008. С. 137-139.

Размещено на Allbest.ru