CC BY
27
УДК 631.41
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ПОЧВ ПРИСУЛАКСКОЙ НИЗМЕННОСТИ РЕСПУБЛИКИ ДАГЕСТАН
© 2009 г. М.Е. Котенко1, Т.А. Зубкова2, М.А. Баламирзоев
з
'Дагестанский государственный технический университет, пр. Шамиля 70а, г. Махачкала, Р. Дагестан, 367020, [email protected]
2Московский государственный университет, Ленинские горы, 1, стр. 12, г. Москва, 119991, [email protected]
3Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского научного центра РАН, ул. М. Гаджиева, 45, г. Махачкала, Р. Дагестан, 367025, pibrdncran@iwt. т
1Dagestan State Technical University, ShamilAve, 70a, Makhachkala, Dagestan, 367020, [email protected]
2Moscow State University, Leninskie Gory, 1/12, Moscow, 119991, [email protected]
3Prikaspiysk Institute of Biological Resources
of Dagestan Scientific Centre RAS, Gadjiev St., 45, Makhachkala, Dagestan, 367025, [email protected]
Метод удельного электрического сопротивления (ЭС) почв использовали для диагностики почвообразовательных процессов: степени засоления, рН, суммы обменных катионов, содержания гумуса. Исследование почвы этим методом без нарушения почвенного покрова или почвенного образца позволяет получить высокую повторность, статистически достоверные результаты. Удельное ЭС почв Присулакской низменности Республики Дагестан показало, что профиль солончака лугового характеризуется высокой электропроводимостью и низким электрическим сопротивлением (1,2 Омм), луговые солончаковатые почвы, а также светло- и темно-каштановые почвы — низкой электропроводностью и высоким ЭС (30—200 Ом м). Поверхность всех исследованных почв характеризуется одинаковыми значениями ЭС, а по почвенным горизонтам установлена зависимость ЭС от плотного остатка, рН и суммы обменных оснований.
Ключевые слова: почва, электрическое сопротивление, трава, низменность.
The method of electrical resistance of soils was used for researching of soils formational processes: the degree of saltiness, pH, the sum of exchanged cations, the contains humus. The investigation of the soils by this method without breaking the soil cover or soil specimen could allow to get high repetition, statistically true results. The specific electrical resistance of Prisulakskaya lowland's soils of Dagestan Republic showed that the profile of the meadow alkaline characterizes with high electro conductivity and low electrical resistance (1,2 Om m), meadow's alkaline soils and light- and dark — chestnut soil characterizes with low electrical resistance (30—200 Om m). The cover of all researched soil is characterized with the same meanings of electrical resistance and the dependence of electrical resistance from dense rest and the sum of exchanged base are settled on the soil horizons.
Keywords: soil, electrical resistance, grass, lowland.
В последние десятилетия в почвоведении используются электрофизические экспресс-методы [1]. Наиболее широкое распространение получили методы сопротивления и естественного электрического поля. Для этих целей используется простая и недорогая аппаратура. Электрические параметры почв в первую очередь зависят от влажности и плотности подвижных электрических зарядов, которые включают в себя ионы почвенного поглощающего комплекса и почвенного раствора [2]. Особенно заметна разница электрического сопротивления (ЭС) в засоленных почвах.
Цель представленной работы - получить информацию об удельном электрическом сопротивлении почв Присулакской низменности Республики Дагестан и установить возможности его использования в диагностических целях.
Объекты и методы исследования
Объект исследований - почвенный покров Прису-лакской низменности Дагестана, которая входит в состав Терско-Сулакской подпровинции и представляет собой аллювиальную слабоволнистую равнину с гипсометрическими отметками (-26 - 100 м) над уровнем моря. Она сформировалась под влиянием трансгрессий и регрессий Каспийского моря и аккумулятивной речной деятельности р. Сулак. По данным
[3], Присулакская низменность относится к сухостеп-ной зоне с малым количеством осадков (300-350 мм), высокими летними температурами (25-30 °С), суммой активных температур за период вегетации растений -3400-3600 °С, большим испарением (800-1000 мм/г.), положительной среднегодовой температурой воздуха (10,8-11,6 °С) и сильными иссушающими ветрами более 15 м/с (30 и более дней в году). Почвообразовательные процессы идут здесь в экстремальных засушливых условиях, где испарение в 2 раза превышает годовую сумму атмосферных осадков. Поэтому без орошения здесь невозможно вести земледелие. Поч-вообразующие породы представлены древнекаспий-скими и четвертичными аллювиальными песчано-глинистыми отложениями. Эти породы повсеместно карбонатные: преимущественно засолены легкорастворимыми солями (1,5-2,5 % сухого остатка) суль-фатно-хлоридно-магниево-натриевого состава. В растительном покрове преобладают низкопродуктивные тростниково-злаковая, злаково-разнотравная, эфемерно-полынная, солянково-полынная группировки. По данным почвенных и почвенно-мелиоративных исследований [4 - 11], почвенный покров Присулакской низменности очень пестрый и неоднородный. Основные типы почв - аллювиально-луговые, луговые и лугово-каштановые, в различной степени засоленные
легкорастворимыми солями, а также солончаки. Незначительные площади занимают каштановые почвы, распространенные в полосе перехода низменности в предгорье. Почвенные разрезы Присулакской низменности на территории Республики Дагестан заложены на разном расстоянии от побережья Каспийского моря по трассе Сулак-Бабаюрт в 2007 г. [12].
Разрез 1 (Р1). Солончак типичный среднесуглини-стый. Расположен в 5 км от моста через р. Сулак. Растительность: тамариск, солянки.
Горизонт (гор.) А (0-11 см). Серый, сухой, корешки растений (мало), белесые выцветы солей, плотноват, мелко-порошистая структура. Бурно вскипает от 10 % HCl.
Гор. В (11-25 см). Светлее предыдущего, свежий, плотный, выцветы солей, среднеглинистый.
Гор. ВС (25-33 см). Буровато-желтый, появляются железистые примазки, слоистый, переход в гор. С заметный.
Гор. С (33-70 см). Грязно-желтый, увлажненный, плотный, состоит из тонких песчаных слоев, соли.
Разрез 2 (Р2). Луговая карбонатная солончаковая тяжелоглинистая. Разрез заложен в 1 км на юго-запад от сел. Геметюбе по трассе Махачкала-Кочубей. Залежь, злаковое разнотравье, свинорой.
Гор. Апах А+В (0-27 см). Темно-серый, сухой, бусинки корней, структура зернисто-комковатая, уплотненный, тяжелосуглинистый, переход заметный по уменьшению корней и по плотности сложения, бурно вскипает от 10 % HCl.
Гор. В (27-39 см). Серый, свежий, корней меньше, выцветы солей, плотный, тяжелосуглинистый, переход постепенный.
Гор. ВС (39-54 см). Буровато-желтый, увлажненный, тяжелосуглинистый, вкрапления солей.
Гор. С (54-100 см). Грязно--желтый, влажный, плотный, легкосуглинистый, вкрапления солей.
Разрез 3 (Р3). Лугово-каштановая карбонатная тяжелосуглинистая слабосолонцеватая на тяжелых аллювиальных суглинках. Заложен в 1 км от с. Куруш и 500 м на юг от трассы Хасавюрт-Куруш. Злаковое разнотравье, поле люцерны, залежь.
Гор. Апах (0-15 см). Светло-серый, сухой, уплотненный, комковатая структура, тяжелосуглинистый. Переход по плотности постепенный. Бурно вскипает от 10 % HCl .
Гор. А+В (15-35 см). Светло-серый, сухой, плантажированный, комковато-глыбистый, трещиновато -столбчатый, глянец по граням структурных отдельностей, что указывает на солонцеватость, тяжелосуглинистый. Переход постепенный по цвету.
Гор. ВС (35-45 см). Буровато-желтый, влажноватый, железисто-марганцовистые пятна. Переход заметный по цвету и плотности и по карбонатам.
Гор. С (45-90 см). Светлее предыдущего, влажный, плотный, карбонатный, тяжелосуглинистый. Вскипает от 10 % HCl .
Разрез 4 (Р4). Темно-каштановая карбонатная тяжелосуглинистая на карбонатных делювиальных отложениях. В 1,5-2 км от с. Андрейаул на юг по трассе Баку-Ростов. Справа - подгорная равнина. Растительность лугово-злаковая и разнотравье. Старый заброшенный высохший абрикосовый сад. Ранее функционировала система орошения.
Гор. Апах (0-10 см). Темно-серый, слабоуплотненный, мелко-комковатая структура, тяжелосуглинистый, переход постепенный. Вскипает от 10 % HCl.
Гор. АВ (10-35 см). Серый, сухой, плантажный, плотный, тяжелосуглинистый, переход постепенный.
Гор. В (35-50 см). Бурый, свежий, плотный, ком-ковато-глыбчатый, выцветы карбонатов, переход постепенный.
Гор. ВС (50-80 см). Бурый с желтоватым оттенком, свежий, плотный, карбонатный.
Анализ гумуса, кислотность почв, состав водной вытяжки, состав обменных катионов проводили общепринятыми методами. Удельное ЭС R почвенного покрова и горизонтов определяли прибором «Автоматический измеритель электрических параметров почв и растений «LANDMAPPER-03» и выражали в Ом-м. Электроды вплотную втыкали в почву на 2^3 см.
Результаты исследований
Почвы Присулакской низменности характеризуются следующими химическими свойствами (табл. 1, 2) [12].
Статистика ЭС по профилю почв представлена на рис. 1. Разброс ЭС большой и показывает весь диапазон встречаемых величин, поэтому среднее значение может искажать представление о преобладающих величинах ЭС. Медиана отражает чаще всего встречаемое значение ЭС, квартиль - данные, которые входят в диапазон встречаемости с вероятностью 25-75 %.
Таблица 1
Состав водной вытяжки почв Присулакской низменности Республики Дагестан
№ почв. разреза Глубина взятия образца, см Плотный остаток, % На 100 г почвы, м.-экв Н р
сл о о к ь-1 о 1 Т О м + й О + тс +„« В ¡1 3 р о с
Р1 0-11 3,36 7,83 39,20 0,88 0,05 0,02 50,07 7,9
11-25 1,07 2,90 14,50 0,25 0,05 0,02 17,08 7,6
25-33 3,62 6,65 44,85 0,58 0,04 0,02 54,85 7,7
33-70 3,06 7,83 39,39 0,65 0,07 0,02 51,16 7,2
Р2 0-27 0,11 0,90 0,40 0,13 0,40 0,20 0,83 7,6
27-39 0,36 0,53 0,80 3,97 1,70 1,10 2,50 7,8
39-54 0,61 0,40 0,40 8,30 4,10 2,50 2,50 7,8
54-100 0,22 0,45 0,25 2,59 1,40 1,10 0,79 7,2
Р3 0-15 0,088 0,75 0,35 0,13 0,20 0,40 0,63 7,8
15-35 0,078 0,70 0,20 0,15 0,40 0,20 0,45 8,1
35-45 0,123 0,53 0,40 0,87 1,00 0,30 0,50 7,9
45-90 0,220 0,52 0,90 1,88 1,90 0,40 1,00 7,7
Р4 0-10 0,061 0,60 0,15 0,06 0,40 0,15 0,26 7,2
10-35 0,066 0,63 0,15 0,11 0,30 0,20 0,39 7,3
35-50 0,063 0,60 0,15 0,10 0,30 0,20 0,35 7,4
50-80 0,070 0,66 0,16 0,11 0,40 0,10 0,43 7,6
Разрез 1
Разрез 3
Поверхность А 0-11 см ВС, 25-33 см С, 33-70 с Горизонт, глубина
25-75 "Л - квартили разброс
□_I-
Разрез 2
!..................I.............
I..................г............
i..................!.............
I.................k............
; ;
:.............I.............
-L
i;
I...
Поверхность
Разрез 4
37
В, 27-39 см С, 55-90 с
Апах, 20-27 см ВС, 39-54 см
Горизонт, глубина .......!■.....................!■....................\.....................!■■■
i.....
1.....
.....i.....
;
ЕЕ
Поверхность ВС, 35-45 см
Апах, 0-15 см С, 45-95 см
Горизонт, глубина
Поверхность
АВ, 10-47 Апах, 0-10 см
ВС, 70-96 с
В, 45-55 см Горизонт, глубина
Рис. 1. Распределение электрического сопротивления в профиле почв Присулакской низменности. Разрезы: 1 - солончак типичный, 2 - типичная луговая почва, 3 - лугово-каштановая карбонатная слабосолонцеватая тяжелосуглинистая, 4 - темно-каштановая карбонатная тяжелосуглинистая
Химические свойства почв Присулакской низменности Республики Дагестан
Таблица 2
№ разреза Глубина взятия образца, см К СР Сумма поглощенного основания, м.-экв. % погл. Na+ от суммы поглощенного основания Поглощенный Са2+, м.-экв й в н эк- t * о + £ 2 П й в нн эк-не -. & * О + " и 2 га о 2: По N Подвижный Са2+, м.-экв О ^ о S ° а1 § ей S £ идв гм о с Подвижная К2О, мг на 100 г Гумус, % о4 О С
Р1 0-10 7,9 34,3 3,79 30,0 3,00 1,30 44,0 1,7 34 2,2 5,9
11-20 7,6 40,2 3,06 35,7 3,30 1,23 37,0 1,1 18 1,4 7,3
25-33 7,7 40,3 2,08 38,0 1,50 0,84 39,0 1,0 16 1,4 7,5
60-70 7,2 36,3 2,12 34,0 1,50 0,77 35,0 1,0 13 0,6 6,6
Р2 0-10 7,6 28,2 2,80 25,6 1,80 0,79 26,0 4,4 52 4,2 3,7
27-39 7,8 41,9 1,69 40,3 0,90 0,71 42,0 1,0 41 1,9 8,1
40-54 7,8 43,7 2,93 39,9 2,50 1,28 44,0 0,9 28 1,2 11,9
70-80 7,2 38,6 2,93 35,6 1,90 1,13 37,0 1,3 21 0,6 9,9
Р3 0-15 7,8 46,3 4,15 41,8 2,60 1,92 42,0 4,7 56 4,6 12,1
15-35 8,1 50,6 4,42 44,6 3,80 2,24 45,0 1,8 51 3,4 13,2
35-45 7,9 48,0 4,71 42,0 3,70 2,26 43,0 1,2 33 2,3 13,0
50-90 7,7 45,0 2,95 41,1 2,60 1,33 43,0 1,2 29 1,0 12,8
Р4 0-10 7,2 45,9 3,10 41,6 2,85 1,42 42,0 3,3 44 3,0 10,3
10-30 7,3 46,5 4,26 40,7 3,80 1,98 41,0 1,8 37 2,7 9,9
30-50 7,4 42,4 4,41 38,2 2,30 1,87 38,5 1,3 31 2,2 7,0
50-80 7,6 47,2 3,52 43,1 2,40 1,66 43,5 1,2 22 1,7 8,8
Особенности изменения ЭС по профилю почв. Весь профиль солончака лугового характеризуется высокой электропроводностью, ЭС 0,8^1,6 Ом-м, и только с поверхности оно высокое (40^230 Ом-м) (рис. 1), хотя содержание легкорастворимых солей здесь так же много, как и по всему профилю (табл. 1). Таких низких значений ЭС в других разрезах не было обнаружено. В луговой почве (Р2) ЭС (30^100 Ом-м), в лугово-каштановой (40^120). В темно-каштановой почве по значениям ЭС выделяются верхние горизонты (0-45 см) с высоким ЭС=50^200 Ом-м и нижние (45^100 см) с низким (10^60 Ом-м). ЭС на поверхности всех почв имеет близкие величины, медиана -71^82 Ом-м (табл. 3), хотя почвы различаются на типовом уровне, по степени засоления и солонцевато-сти.
Таблица 3 Зависимость медиальных значений удельного ЭС от степени засоления
Разрез, почва ЭС, Ом-м
Среднее Медиана
Солончак типичный 144 82
Луговая солончаковая 79 67
Лугово-каштановая 70 72
Темно-каштановая 127 71
)а 90-1
на
ди 80-
«
70-
S3
S3 60-
о
о" 50-
п
40-
30-
20-
10-
0-
Зависимость ЭС от химических свойств почвы. Как было показано выше, ЭС солончака (Р1) практически равно нулю, и следовательно, в нем высокая электропроводность (рис. 3), что соответствует содержанию легкорастворимых солей выше 4 % (430 %). Вероятно, 4%-е содержание солей - это рубеж, ниже которого резко падает электрическая проводимость почвы и возрастает ЭС. Подтверждением тому являются незасоленные почвы, где содержание легкорастворимых солей менее 1 %, и ЭС может варьировать в широком диапазоне (20^160 Ом-м). Это связано с другими свойствами почвы, которые так же, как и соли, влияют на ЭС - влажность, гумус, гранулометрический состав и др. [2].
180 -| ¡160;> ° 140 -§120-§ 100 ;
О D
Вероятно, высокая высушенность именно поверхностного слоя на всех исследованных участках, обусловленная засушливым климатом, а также растительный покров, нивелируют разницу по ЭС, определенную засоленностью почв.
Рисунок 2 иллюстрирует различия между медианой и средним. Высокий разброс значений удельного ЭС приводит к завышенным средним величинам, которые не отражают реальные электрические поля, а являются лишь средним арифметическим. Высокий разброс ЭС почвы с поверхности обусловлен несколькими факторами: микрорельефом и как следствие перепадами влажности, пестротой травянистого покрова, неоднородностью в распределении легкорастворимых солей и другими свойствами почвы. Поэтому на почвах Присулакской низменности более информативным были медианные значения ЭС.
80 ■ 60 ; 40 : 20 : 0
10 15 20 Плотный остаток, %
25
30
35
Рис. 3. Зависимость ЭС почвы от плотного остатка
Таким образом, содержание легкорастворимых солей в почвах Присулакской низменности (более 4 %) соответствует низким значениям ЭС почвы, и соответственно по ЭС можно диагностировать эти засоленные участки. Преимущество этого метода диагностики в том, что он характеризует почвы в реальной обстановке и позволяет проводить исследования без нарушения почвенного покрова. Различие исследованных почв по рН (в солонце слабокислая среда, в луговых и каштановых - щелочная) выявило связь рН с ЭС, последнее возрастает с увеличением рН: в слабокислых почвенных горизонтах (рН 6,4-6,8) ЭС минимальное, а при рН > 7 оно возрастает (рис. 4).
♦о
а 180 п
о 160-
о".
D
Ч 140 -I
y = 0,13x + 60 R2 = 0,52
20 40 60 80 100 120 140
ЭС, Ом-м (среднее)
Рис. 2. Связь медианных значений удельного ЭС со средними
120 -100 -80 -60 -40 -20 -0
y = 48x - 300 R2 = 0,24
5
5,5
6,5
7,5
8,5
pH
Рис. 4. ЭС в зависимости от рН почвы
0
5
6
7
8
Выводы
1. Профиль солончака лугового характеризуется высокой электропроводимостью и низким ЭС (0,8-1,6 Ом-м), луговая почва - (30-100 Ом-м), лугово-каштановая - (40-120 Ом-м), верхние горизонты темно-каштановой почвы - (50-200 Ом-м), нижние -(10-60 Ом-м).
2. ЭС - индикатор засоления: при содержании легкорастворимых солей более 4 % ЭС = 1,2 Ом-м, в незасоленных каштановых и луговых почвах ЭС = =30-200 Ом-м.
3. Рекомендуется использовать медианные значения ЭС как наиболее информативные.
Литература
1. Поздняков А.И. Электрические свойства почв // Теория и методы физики почв / под ред. Е.В. Шеина, Л.О. Кар-пачевского. М., 2007. С. 426-463.
2. Поздняков А.И., Позднякова Л.А., Позднякова А.Д. Стационарные электрические поля в почвах. М., 1996. 358 с.
3. Агроклиматические ресурсы Дагестанской АССР. Л., 1975. 112 с.
4. Зонн С.В., Банасевич Н.Н. Агромелиоративная характеристика Терско-Сулакской низменности // Почвенно-мелиоративный очерк бассейна р. Терек : тр. ЛОВИУА. Махачкала, 1933. Вып. 19. С. 18-26.
5. Процессы засоленных и рассоленных почв в связи с грунтовыми водами, их засолением и влиянием Каспийского моря / Н.Н. Банасевич [и др.] // Тр. ЛОВИУА. Махачкала, 1934. Вып. 29. С. 170 - 202.
6. Солдатов А.С. Почвенные исследования в Дагестанской АССР // Вопросы почвоведения, агрофизики и агрохимии : тр. отдела почвоведения Дагестанского филиала АН СССР. Махачкала, 1956. Т. 3. С. 5-29.
7. Солдатов А.С. Почвы Дзержинской оросительной системы в связи с их засолением // Вопросы почвоведения, агрофизики и агрохимии : тр. отдела почвоведения Дагестанского филиала АН СССР. Махачкала, 1959. Т. 4. С. 5-96.
8. Бартыханова С.М. Агрофизические свойства главнейших почв Междуречья Акташ Сулак // Вопросы почвоведения, агрофизики и агрохимии : тр. отдела почвоведения Дагестанского филиала АН СССР. Махачкала, 1956. Т. 3. С. 107 - 149.
9. Капустянская Н.Г. Характеристика главнейших почв междуречья Акташ - Сулак // Вопросы почвоведения, агрофизики и агрохимии : тр. отдела почвоведения Дагестанского филиала АН СССР. Махачкала, 1959. Т. 5. С. 153 - 199.
10. Почвы равнинной зоны Дагестана / С.У. Керимханов [и др.] // Земледельные и растительные ресурсы Дагестана и пути их рационального использования. Махачкала, 1975. Т. 2. С. 3 - 21.
11. Имшенецкий И.З. Почвы северо-восточной части Дагестана // Почвоведение. 1926. № 1. С. 20-35.
12. Котенко М.Е., Зубкова Т.А. Влияние микрорельефа на засоление почв полупустыни // Почвоведение. 2008. № 10. С. 1171-1178.
Поступила в редакцию_29 апреля 2009 г.
