Солонцы.

По вопросу происхождения солонцов имеется несколько теорий.

Согласно коллоидно-химической теории К. К. Гедройца, солонцы образовались при рассолении солончаков, засоленных нейтральными солями натрия.

К. К. Гедройц считал, что образование солонцов связано с насыщением высокодисперсной части почвы (ППК^-) катионами натрия. В почвах содержащих большое количество натриевых солей, создаются условия для насыщения поглощающего комплекса ионами натрия. Коллоиды, обогащенные натрием, обладают способностью удерживать на своей поверхности воду, сильно набухают, приобретают устойчивость против коагуляции и значительную подвижность. Это приводит к разрушению гумусово-глинистых агрегатов и переводу гумусовых соединений и высокодисперсных минералов в состояние тонких взвесей, которые с фильтрующимися водами выносятся из верхней части почвенного профиля. Достигнув горизонта расположения солей (как правило, это соли кальция), взвеси коагулируют. Так образуется плотный, обогащенный высокодисперсными частицами солонцовый горизонт.

Наличие поглощенного натрия приводит к появлению осо­бых свойств почвенной массы: она теряет структуру, в ней уменьшается пористость, во влажном состоянии она набухает и становится водонепроницаемой. Поэтому над солонцами задерживаются поверхностные воды и образуются периодические мелкие степ­ные озера — лиманы.

Солонцеватость почв проявляется при содержании погло­щенного натрия в количестве 5-10 % от суммы поглощенных катионов. В типичном солонце в горизонте вмывания количе­ство натрия составляет 20% и более от суммы поглощенных катионов.

К. К. Гедройц различает две стадии в развитии солонцовых почв: первая — засоление почв нейтральными солями натрия, т.е. образова­ние солончаков, и вторая — рассоление солончаков и развитие солон­цовых почв с характерными для них строением профиля и свойствами.

В стадии рассоления солончаков Гедройц выделял три фазы:

• удаление растворимых солей;

• образование соды;

• диспергирование почвенных ча­стиц и вынос их вниз по профилю.

Близкие взгляды на генезис солонцов развивал К. Д. Глинка (1926,1932), он допуская возможность такого про­цесса в виде частных случаев, считал, что образование солонцов в основном происходит не в результате рассоления областей древнего засоления, а под воздействием грунтовых вод, содер­жащих катионы натрия. По мнению этого ученого, в результате ежегодного весеннего поднятия грунтовых вод содержащих натрий происходит насыщение тонкодисперсной массы почв этим элементом. Последующее промывание фильтрующимися вода­ми способствует постепенной дифференциации почвенного профиля.

Последующими исследованиями (Е. Н. Иванова, 1932) было уста­новлено, что солонцы при рассолении солончаков могут образовывать­ся только в том случае, если в составе солей солончака соблюдается определенное соотношение катионов:

В природных условиях такое соотношение солей в почвенном рас­творе встречается очень редко. При рассолении солончаков, засоленных нейтральными солями, в составе которых содержится более 20 % каль­циевых солей, солонцовые свойства не проявляются. Таким образом, теория образования солонцов из солончаков, засоленных нейтральными солями, не может быть признана универсальной.

Биологическая теория образования солонцов развита В. Р. Вильямсом, который считал, что источником солей натрия служит степная и полупустынная растительность — полыни, солянки, камфоросма, кермек и др (табл. 5). При минерализации растительных остатков образуется боль­шое количество солей, в том числе и соды. Обогащение почв легкорастворимыми солями приводит к насыще­нию поглощающего комплекса натрием, и несолонцеватая почва посте­пенно превращается в солонец.

Исследованиями последних лет доказано, что солонцовые почвы мо­гут возникать, минуя солончаковую стадию (В. А. Ковда и др.). Такое образование солонцов возможно в том случае, когда источником нат­рия является сода. В этих условиях происходит неконкурентное погло­щение натрия из почвенного раствора. Поэтому даже при незначитель­ной концентрации соды в растворе возможно насыщение натрием по­глощающего комплекса.

Поскольку в формировании солонцов большую роль играет сода, то, естественно, возникает вопрос: как же она образуется в почвах?

Источники соды в почвах. Сода в природных условиях образуется при выветривании магматических и осадочных пород, содержащих то или иное количество натрия. Высвобождающиеся при выветривании ос­нования (Са, Mg, Na и др.) взаимодействуют с углекислотой почвен­ного раствора и образуют соответствующие карбонаты, в том числе кар­бонат натрия. Сода может возникать в результате взаимодействия ней­тральных солей, поднимающихся с восходящими растворами из грунтовых вод, с карбонатами других катионов почвы:

Na₂SO₄ + Са (НСО₃)₂ → CaSO₄ + 2NaHCO₃.

Однако таким способом, как отмечал К. К. Гедройц, сода в почве накапливается в заметных количествах лишь тогда, когда в ней проду­цируется большое количество углекислоты.

Сода в почве может образовываться в результате обменной реакции между натрием поглощающего комплекса и кальцием карбонатов или водородом угольной кислоты почвенного раствора:

[ППК^-]2Na⁺ + Ca(HCO₃)₂ → [ППК^-]Ca²⁺ + 2NaHCO₃

[ППК^-]2Na⁺ + H₂CO₃ → [ППК^-]2H⁺ + Na₂CO₃

В почве сода образуется и биологическим путем. При минерализа­ции растительных остатков возникают соли азотной, серной и других кислот. Анионы поглощаются растениями, а катионы натрия с угле­кислотой и бикарбонатами почвенного раствора дают соду (В. Р. Виль­яме).

Образование соды возможно при разложении опада определенных групп растений степной и пустынной зон, в золе которых очень много натрия (камфоросма, бассия, полынь черная, биюргун, саксаул черный и некоторые другие).

И. Н. Антипов-Каратаев показал, что накопление соды в грунтовых водах может быть связано с жизнедеятельностью анаэробных сульфатредуцирующих бактерий. Эти бактерии разрушают сульфат натрия и связывают серу в сер­нистые соединения (сероводород, сульфиды железа). Освобо­дившийся натрий в виде содового раствора, поднимаясь с уров­нем фунтовых вод весной, активно воздействует на почвы, вы­зывая их осолонцевание. Процесс образования солонцов длится 50—60 лет.

Na₂SO₄ + 2С → Na₂S + 2СО₂;

Na₂S + CO₂ + Н₂О = Na₂CO₃ + H₂S.

В рассмотренных выше теориях основной причиной развития солон­цового процесса признается обменный натрий. Однако, как показали последующие исследования в природных условиях, встречаются солон­цы с высоким содержанием обменного магния и незначительным коли­чеством натрия в поглощающем комплексе.

Ряд исследователей (А. Н. Соколовский, 1938; В. А. Ковда, 1963; А. М. Можейко, 1965, и др.) склонны считать, что солонцы с преобла­данием в составе обменных катионов магния являются реликтовыми. Пептизация коллоидов под действием обменного натрия происходила на более ранних стадиях формирования солонцовых почв. на более поздних стадиях при их рассолении натрий вымывался и накапливал­ся магний как более стабильный ион, чем кальций.

Можно считать установленным, что магний при определенном со­отношении в почвенно-поглощающем комплексе с натрием играет су­щественную роль в проявлении солонцеватости почв. Внедряясь в пог­лощающий комплекс, он, как и натрий, хотя и в меньшей степени, уве­личивает гидрофильность коллоидов, нарушает связи между микроаг­регатами, делает почву неустойчивой к щелочному гидролизу. Неблагоприятные свойства почв обусловлены более высокой гидратированностью магния, чем кальция, и более прочным закреплением его в поглощенном состоянии. Как следствие этого происходит частичное разрушение минералов с образованием гидрофильных соединений типа коллоидной кремневой кислоты, а также гуматов магния, отличающихся более высокой подвижно­стью по сравнению с гуматами кальция.

Осолонцевание неблагоприятно сказывается на качестве почвы. Солонцеватая почвенная масса поглощает много воды, сильно набухает, становится очень вязкой, липкой и пластичной (легко лепится). В сухом состоянии она очень связная, твердая, как застывший цемент, сильно растрескивается, распадаясь по трещинам на крупные, слитые и прочные глыбы. В сухом состоянии такие почвы тяжело поддаются обработке. При влажном состоянии почвы тракторы буксуют и часто завязают. Такая солонцеватая масса трудно проницаема для корней растений, не пропускает воду и воздух. Кроме того, в ней содержится образующаяся при осолонцевании сода, способствующая созданию в почве сильной щелочной реакции, что также вредно отражается на растениях.

Для ликвидации вредного влияния поглощенного на­трия производят гипсование солонцовых почв по схеме:

[ППК^-] 2Na⁺ + CaSO₄ ↔ [ППК^-]Са²⁺ + 2Nа₂SО₄

Образующийся сульфат натрия хорошо растворим в воде, легко удаляется при промывании почвы

Таким образом, солонцы в природных условиях могут образовываться разными способами:

• путем рассоления солончаков, засоленных нейтральными солями натрия, в том числе и соды, а также вследствие подъема солей кальция;

• при воздействии на почву слабоминерализованных растворов, содержащих соду;

• на засоленных породах в результате биогенного накопления натриевых солей, в том числе и соды.

В профиле солонцов можно отметить, как характерную особенность, плотный иллювиальный горизонт. По глубине расположения горизонта В выделяют:

• солонцы корковые – 7-8 см;

• среднестолбчатые – около 15 см;

• глубокостолбчатые – 20-25 см.

строение почвенного профиля солонцов.

горизонт А₀ –в верхней части профиля иногда выделяется маломощная дернина. Мощность горизонта 1-2 см.

горизонт А₁ – серого цвета, рыхлого сложения, мощность от 1-2 до 10 см.

Горизонт А₂ (надсолонцеватый) горизонт – светло-серого цвета, структура непрочная листовато-слоеватая. Мощность 5-10 см. часто расчленение горизонтов А₁ и А₂ затруднительно, в целом это рыхлый буровато-серый горизонт мощностью от 3-5 до 20-30 см.

Горизонт В – солонцеватый, характеризуется большой плотностью, темно-бурым цветом и характерной столбчатой структурой. Верхняя граница четко выделяется после удаления рыхлого верхнего горизонта. на вершинах столбчатых отдельностей часто присутствует налет пылеватых частиц обломочных минералов - кремнеземистая присыпка. В нижней части солонцового горизонта выделяются подгоризонты скопления новообразований – карбонатных и гипсовых.

Горизонт С – буровато-коричневого цвета, структура плохо выражена, сложение уплотненное.

Рис. 23. Строение профиля и распределение главных компонентов

по генетическим горизонтам солонца (В.В.Добровольский, 1999)

8.4.3. Солоди.

В солонцовых почвах в результате образования залегающего на той или иной глубине обогащенного коллоидами плотного и очень влагоемкого иллювиального горизонта создается своеобразный водный и воздушный режимы. Из-за очень низкой водопроницаемости этого горизонта влага вглубь просачивается плохо, поэтому во влажные сезоны года надиллювиальные слои переувлажняются. избыток влаги затрудняет аэрацию почвы и способствует развитию оглеения, что резко усиливает разрушение почвенной массы.

В образовании солодей большая роль принадлежит анаэробным микроорганизмам, развивающимся при избыточном увлажнении. в результате их метаболизма происходит образованию активных органических кислот (фульвокислот и низкомолекулярных кислот), которые способны образовывать растворимые в воде комплексные органо-минеральные соединения.

Согласно представлениям К. К. Гедройца, солоди образуются из солонцов путем деградации их в результате замещения об­менного Na⁺ на Н⁺. В условиях щелочной реакции, возникающей в процессе взаимо­действия освобождающегося из обменной формы Na⁺ с углекислотой, происходит раз­рушение почвенного поглощающего комп­лекса.

Один из характерных признаков соло­дей и осолоделых почв - наличие в них аморфной кремнекислоты. Свободная кремнекислота в солодях образуется:

• в результате распада алюмосиликатной части почвы под воздействием щелочных растворов;

• вследствие жизнедеятельности диа­томовых водорослей, концентрирующих кремнезем при построении своих панцирей;

• за счет фитолитарий (кремниевых телец), образующихся в тканях злаков и осок и других организмов (Н. Н. Болышев).

Следовательно, образование солодей связано не только со специфи­ческими физико-химическими и химическими процессами, протекающи­ми в профиле этих почв, но и с определенной совокупностью биологичес­ких и биохимических процессов.

Особенно энергично протекает этот процесс в бессточных (замкнутых) понижениях — западинах и подах, где длительно застаивается вода атмосферных осадков. Здесь анаэробиоз и вызванное им оглеение еще более интенсивны и устойчивы. Энергичнее здесь и вынос продуктов разрушения. Разрушению способствует и постепенное вытеснение водородом поглощенного натрия. Подверженные такому процессу почвы постепенно теряют щелочную реакцию и подкисляются.

Вследствие осолодения в почве уменьшается содержание гумуса и вообще коллоидов, почвенная масса относительно обогащается тончайшей кварцевой пылью, резко усиливается тонколистовая (элювиальная) структура, повышается кислотность и усиливается оглееность. Постепенно разрушается даже иллювиальный горизонт, теряя коллоиды, а в связи с этим плотность, темную окраску, специфическую структуру, со временем он обогащается кремнеземом и оглеевается.

На месте разрушенных горизонтов формируется сплошной белесый, тонколистовой, безгумусовый, почти всецело стоящий из тончайшей кварцевой пыли элювиальный горизонт очень похожий на такой же горизонт подзолистых почв. Так образуется крайний элемент почв солонцового ряда — солодь.

Солоди на последнем этапе образования кислые и в известной мере заболоченные. В них, как и в подстилающих их грунтах, почти нет водорастворимых солей.

Строения почвенного профиля осолоделых почв.

В профиле наблюдается резкая диф­ференциация ила и оксидов (SiO_2, Fe₂O₃, Al₂O₃, CaO, MgO и др.) по элювиально-иллю­виальному типу. Гумусовый горизонт содержит до 5-8% гуму­са, в составе гумуса в самом верхнем слое незначительно преобладают гуминовые кислоты, а ниже — фульвокислоты. Емкость поглощения в осолоделом горизонте невысокая – 10-15 мг-экв. На 100 г почвы. В составе ППК в горизонтах А₁ и А₂ – Са²⁺, Мg²⁺, Н⁺ и Al³⁺, реакция в этой части профиля кислая (рН_КС1= 3,5-6,5), реакция в нижней части профиля щелочная (рН_КС1 = 8,1-8,4). Анализ водной вытяжки из солодей типичных показывает незначительное содержание в них водорастворимых солей.

Рис. 24. Строение профиля и распределение главных компонентов

по генетическим горизонтам солоди (В.В.Добровольский, 1999)

А₁, (А₀) - гумусово-элювиальный горизонт, возможен дер­новый, цвет серый, сложение неяснозернистое и слитое, мощ­ность около 10 см;

А₂ — элювиальный осолоделый горизонт, белесый, похо­жий на элювиальный горизонт подзолистых почв, мощность 10-15 см;

А₂В — переходный иллювиальный горизонт, неоднородно окрашенный, темно-бурый с белесыми пятнами, плитчато-ореховатой структуры, уплотненный;

В — иллювиальный горизонт накопления ила и полуторных окислов, темно-бурого цвета, очень плотный, ореховато-глыбистый, нижняя граница расположена на глубине 60-70 см;

С — материнская порода.

Итак, в солонцеватых и осолоделых почвах, солонцах и солодях не содержится избытка легкорастворимых солей, характерного для солончаковых (собственно засоленных) почв. Кроме того, для солонцеватых почв характерно особое физическое состояние, вследствие которого она стала полностью бесструктурной, подвижной, легко вымываемой и т.д. - в этом основное отличие солонцеватых почв от солончаковых. Но в природе часто встречаются почвы, которым свойственны признаки и солонцеватости и солончаковости, то есть одновременно и солонцеватых и засоленных. В этом случае говорят о вторичной солончаковости, появляющейся обычно при вторичном подъеме уровня засоленных грунтовых вод. Такое явление часто возникает при неправильном орошении.