CC BY
20УДК 631.4:445.53 (574)
ФИЗИЧЕСКИЕ И ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЕМНЫХ СОЛОНЦОВ СТЕПНЫХ ОРЕНБУРГСКОГО ЗАУРАЛЬЯ НА ДРЕВНИХ КОРАХ ВЫВЕТРИВАНИЯ
А.М.Прутков
Сложное геологическое строение Оренбургского Зауралья нашло свое отражение в разнообразии почвообра-зующих пород. Наряду с четвертичными желто-бурыми глинами и суглинками, элювием плотных коренных пород и озерно-аллювиальными отложениями широкое распространение получили здесь пестроцзетные дрезние коры выветривания магматических и метаморфических горных пород Выступают они чаще всего в качестее почьообра-зующих для почв солонцового типа.
Зональные виды почв на древних корах выветривания Оренбургского Зауралья являлись объектом изучения многих исследователей [7, 9, 10]. Что касается почв со-понцового типа, и в особенности их физических и водно-физических свойств, го они продолжают оставаться сла-боизученными. А между гем специфика этих почв требу* ег, по-видимому, особого подхода при разработке приемов освоения и использования.
По механическому составу древние коры выветривания неоднородные (табл. 1). Содержание фракции «физической глины» колеблется в них от 21,7 до 89.9%, а илистой - от 3,6 до 61.2%. Это определяет широкое варьирование показателей физических свойств. Плотность пород колеблется от 1.12 до 1,73 г/см1, скважность - от 34,5 до 57,6%, набухание - от 0,2 до 9.7%. Высокое содержание илистой фракции, повышенная плотность, низкие значения скважности и водопроницаемости, свойственные тем разновидностям кор выветривания, которые прошли, по-видимому. интенсивную стадию диспергирования (9). Однако в большинстве своем древние коры выветривания отличаются рыхлостью, пористостью, низким набухан/ем и лучшей по сравнению с другими печвообразующими породами водопроницаемостью.
Резко отличаются древние коры выветривания от других почвообразующих пород Оренбургского Зауралья и по адсорбционной способности к воде. Содержание гигроскопической влаги колеблется от 0,9 до 6.1, а максимальной гигроскопической - от 6.0 до 20,8%.
Резкое увеличение гигроскопической и максимальной гигроскопической влаги отмечается, как правило, в об-
разцах с вьсоким содеэжанием воднорастворимых солей и илистой фракции Характерно для кор выветривания очень широкое сношение величины максимальной гигроскопической влаги к гжооскопической (от 3.0 до 10.4), тогда как 8 четвертичных желто-бурых отложениях оно составляет около 2.5. Сг.оео5разен и ход поглощения влаги. Если для четвертичных желто-бурых тин характерно скачкообразное увеличение влаги в начальный период увлажнения. то <оры выветривания отличаются плавной кривой насыщения.
Отмеченные особен ности некоторых физических и водно-физических свойств древних кор выветривания связаны. по-видимому, с коалинитово-гидрослюдистым их составом (9,10,11].
ООъектом наших исстедсваний явились преобпадающие на корах выветривания мало- и остаточно-натриевые степные солонцы. По механическому составу относятся они к глинистым, реже тлжелосуглинистым разновидностям (табл. 2}. Надсолонцовые горизонты отличаются облегченным мо<аническим составом. Преобладающими в них являются крупнолыгеиатые и песчаные фракции, что обусловлено. по-видимому выносом тонкодисперсного материала в нижележащие горизонты и возможным проявлением на поверхности почвы дефляции [9]. В распределении механически: элементов по профилю почв наблюдается характернее для 1сех солонцов накопление илистой фракции в илнюеианы-ых горизонтах (от 26,4 до 54.20%). Количественной зависимости между выносом ила и его накоплением в соистцовых горизонтах не отмечается, что связано, возможно, с обогащением иллювиальных горизонтов илистой фракцией за счет диспергирования минералов на месте.
Солонцам на ;>ревни < корах выветривания присуща четкая дифференциация т очвенного профиля по плотности и скважности (табл 3). В надсолонцовых горизонтах плотность составляет 0,81 -1,16 г/см3, скважность - 53.3-66,6%. В иллювиальных - плотность резко возрастает (до 1.40-1.50 г/см3), а скважность снижается до 47.3-41,9%. При этом значитегьных ра птичий между мало- и осточно-на-
Таблица 1
Физические и водно-физические свойства древних кор выветривания Оренбургского Зауралья
ЫгМ; Глубина образца, см Механический состав Плотность Т89рООЙ Ппотмосп, Скваж- Гигроскопическая влага. % ГИвксим. гигроскопическая влага. % мгз Набуха- водопроницаемость,
ЭОв Ссмрха*»» % т.-см' ность^ гв ние. %
<0,01 мм <0.001 мм (-3) ;»/Г8) ММ> М11И
22 14 9 12 2 10 8 70-80 130-140 110-120 140-150 140-150 90-100 80-90 57,9 56.2 89,9 35,2 49,7 21.7 81.6 16.5 11.5 59.9 20.6 17.0 3.6 61,2 2,68 2.64 2,71 2.65 2.67 2,79 2.64 1,30 1.12 1.23 1,19 1,33 1,36 1.73 52.1 57.6 54.7 55.1 50.2 51,0 34.5 0.9 5.3 2.3 6.1 1.5 2,3 2.3 9/ 20 8 106 19.9 10.1 6,9 9,е. 10,4 3.9 3.8 3.2 6.7 3.0 4.1 5.9 9,7 7.6 7.4 0.2 0.2 7.5 0.066 5.408 0.006 0.746 1,434 0,151 0.001
А.М.ПРУТКОВ. Физические и водно-физические свойства черноземных сопонцов степных __Оренбургского Зауралья на древних корах выветривания
Таблица 2
Механический состав черноземных солонцов степных на древних корах выветривания
разрезов Горизонт Глубина образца, см Содержание фракций, % от абсолютно сухой понвы
1.00 -0» мм 0.25 - 0.05 мм 0.05 • 0.01 им 0.01 • 0.005 V* 0.0(5-0.001 им < 0.001 мм сумма фрак-иий <0,01 мм
22 А 0-2 5,7 19,1 36.0 14.9 13.9 8.4 37,2
В 2-12 4,5 12,0 28.7 18,4 10,0 26,4 37,8
ВС 12-21 6.2 22,6 33.4 15,1 11.6 11,1 54.8
С 70-80 33 20,4 17.8 13.2 28,2 16,5 57,9
9 А 0-9 9,8 10,5 25.3 8,6 19.2 26.6 54.4
В 9-19 7,1 3.6 15,9 2,5 16.8 54,1 73,4
ВС 22-32 6,5 0,1 16.2 11.3 26.0 39,9 77.2
С 70-80 5,9 8.1 2.8 5,1 13,1 65,0 83,2
110-120 6,3 0.1 3.7 10,7 19,3 59,9 89.9
20 А 0-6 16,3 23,5 11.2 10.6 18,2 20.2 49,0
В 6-16 21,4 17.7 10.3 10,4 16.7 23.3 50.4
ВС 20-30 20,5 9,3 7,8 6,7 10,7 45,0 62,4
С 40-50 23,8 12.7 6.5 3,0 11.2 42.8 57,0
90-100 34,5 25.5 18,3 10.0 8.1 3,6 21,7
14 А 0-7 7,6 26,0 19,2 12.0 16.0 19.2 47,2
В 7-17 4,5 11,3 9,6 10,0 10,4 54.2 74,6
ВС 23-33 7,0 11.4 15.6 9.6 20.4 36,0 66,0
с 55-65 6,1 4,0 19,5 21.9 21,3 27.2 70.4
130-140 0,3 8,3 35,2 30,6 14.1 11,5 56.2
8 в 15-25 1.4 5.8 11.9 16.9 13.4 50,6 80.9
ВС 25-35 2,4 19,2 1.7 14,1 20.8 41,8 76,7
с 80-90 0,8 17,6 2.3 4.9 19.4 55,0 79,3
140-150 0,9 6.0 5.5 7,3 19.1 61,2 81.6
Физические свойства солонцов на древних корах выветривания
Таблица 3
№№ разрезов, почва
Горизонт
Глубина образца, см
ПЛОТНОСТэ твердой фазы. г/см4
Плотнссть,
г/см-
Скважность.
%
Механическая прочность, кг/смг
12.Солонец степной малонатриевый
22. Солонец степной малонатриевый
9. Солонец степной остаточно-натрие-вый
20. Солонец степной остаточно-натри-евый
А В ВС С А В
ВС С А В
ВС С А В
ВС С
0-5
5-15 18-28 58-68
0-2 2-12 12-21 70-80 0-9 9-19 22-32 70-80 0-6
6-16 20-30 40-50 90-100
2,45 2,66 2,61 2,68 2,48 2.58
2.65 2,68 2,61 2,73 2,68 2.71 2,42 2,48 2,61
2.66 2,79
1.13
1.40 1,34 1,30 1.16 1.50 1.52 1.32 УМ 1.4* 1.56 1.23 0.81
1.41 1.36 1,40 1,36
59.3
46.4 48,7
51.5
53.3 41,9
42.7
50.8
56.4 47,3 41,8 54,7
66.6 43.2 47,0 47,0 51,0
16 90 40 65 9
40 60 36 12 55 75 80 16 35 65 90 20
46
ВОПРОСЫ СТЕПЕВЕДЕНИЯ. 1999
триевыми солонцами не наблюдается Повышенной плотностью (1,34-1,56 г/см3) и низкой скважностью {48,7-41,8%) отличаются и лодсолонцовые горизонты.
Резко различаются надосолонцовые и иллювиальные горизонты солонцов по механической прочности.* В подсо-лонцовых горизонтах механическая прочность составляет 9-16 кг/см*. 8 солонцовых - сопоотивпение оаздавлива-нию возрастает от 40 до 90 кг/см2, однако остается значительно ниже по сравнению с иллювиальными горизонтами средне- и многонатриовых солонцоз на четвертичных желто-бурых отложениях (160-4 90 кг/см1).
Сопоставление величин сопротивления раздавливанию с механическим составом почв и содержанием обменного натрия свидетельствует о наличии тенденции к увеличению механической прочности по мере возрастания илистой фракции и обменного натрия. Значительные различия по механической прочности между иллювиальными горизонтами остаточно- и малонагриевых солонцоз на древних корах выветривания и средне- и многонатриевых солонцов на четвертичных желто-бурых отложениях опоеделяются. по-видимому. особенностью минералогического состава почв и количественным содержанием погпощенного натрия.
Высокая механическая прочность монтмориллотиновь.х глин и низкая каоличитовых отмечалась неоднократно {6, 9. 14]. Влияние поглощенных катионов на механическую прочность проявляется через их коагулирующее или диспергирующее действие [14, 15]. При большей циспергзции частиц прочность почво-грунтов повышается. Особенно сильно проявляется это в монтмориллонитовых породах. Спецификой минералогического состава и низким содержанием обменного чатрия и определяется, по-видимому, пониженная механическая прочность иллювиальных горизонтов солонцов на древних корах выветривания.
Содержание максимальной гигроскопической влаги в надсолонцовых горизонтах солонцов составляет 5,2-5,6% (табл. 4). а в иллювиальных возрастае1 до 5,9-8,2%. Одна-
Водно-физические свойства солонцоз
ко абсолютные ее -оказатели в иллювиальных горизонтах мало- и остаточнэ-натриевых солонцов на древних коргх выветривали ч в 1.5-2,5 раза ниже по сравнению со средне и многонатриевыми солонцами на четвертичных желто-бурых отложениях и близки по своим значениям к зональным почвам. В ряде случаев в иллювиальных горизонтах маяонатргеаьк солонцов величина ее достигает 14-15%. Почвенная масса здесь отличается, как правило, высоко»', дисперсностью.
Результаты опредэл<гния влажности завядания "показали. >-то з надсолонцовых гооизонтах величина ее не превы-шае- 8.6-9.1% от веса почвы. Загас «активной влаги» "' составляет 14,2-21,5%. В иллювиальных и подсолонцовых горизонтах влажность завядания возрастает до 10,5-12.8%. однако остается близкой к зональным почвам Вместе с этим при повышенной плотности сложения солонцов до 19% объема почвы занято недоступной влагой. Запас '-активной в/ аги» сосгавпяет всего 8.2-11,5%.
Особенность м инералог ическо о состава солонцов на древних корах выветривания, слабая их гумусированность и пониженное содержание обменного натрия определили относительно низхсе значение величины максимального набухания (табл. 4). В надсолонцовь х горизонтах этот показатель составляет 5,7-7,2%, а в иллювиальных колеблется от 7,9 до 17.2%. что в 2.0-2 5 раза ниже по сравнению со средне- и многонатриевыми солонцами на четвертичных желто бурых, стложениях.
Водные свойства солонцов характеризуются нами величинами наименьшей (НВ), полной влагоемкости (ПВ) и водопроницаемостью (табл. 4).
Почвам солонцового типа свойственна дифференциация профиля по этим юказателям. Чадсолонцовые гори-зом1ы отличаются удовлетворительной водопроницаемостью (от 0,708 дс 3 1 12 мм/мин), высокими значениями ПВ (32 1-49.4% от веов почвы), НВ (30.1-23,1% от веса почвы) и пористости с.эрации (30 1-42.2%).
Таблица 4
степных на древних ксрах выветривания
N*N* разрезов Горизонт Глубина образца, см Маке, гигроскопическая влага, % Влажность зависания. % Запас активной влаги, % Набуха ние, % Водслроич-«аэмэс-ь. ММ WH Полная елаговм-кость. % Наименьшая впаго- ОМКОСТь. % Пористость аауацли. %
22 А 0-2 5,4 не опр 5.7 не опр. не опр. не опр. не олр.
В 2-12 5.9 9.1 11,5 9,4 0.050 27.9 22.0 8.9
9 ВС 12-21 7.5 10,5 14.9 14 9 0,001 28.0 21,1 10.6
С 70-80 9,4 12.8 5.9 5,9 0.066 39,6 23.4 21.1
20 А 0-9 5,6 не опр 14.2 7,21 0,708 49.4 23.1 30.1
В 9-19 7.7 8,9 9.6 15.6 0.004 32.8 21.6 16.2
8 ВС 22-32 8.4 12.0 5,6 5,2 0,004 26,7 18,2 13.4
С 70-80 9.9 12.6 не опр. 7,4 0,005 44.4 19,5 30.7
А 0-7 5,2 не опр. 21,5 6,7 0,752 32,1 30.1 42.2
В 7-17 5.8 8.6 8,2 5,7 0262 30,5 16.3 20.2
ВС 20-30 6.2 8,1 8,7 7,9 0.002 34,1 18.4 21,7
С 40-50 5.0 9,7 12,4 5,9 0.003 33,8 15.7 25.2
А 0-10 7.0 12.4 12.2 14.2 0 095 27,1 23.4 5.8
ПАХ. В 15-25 8.2 11.2 11.3 17.2 0071 28.0 23.6 6,8
ВС 25-35 8.6 12.3 10.1 10.8 0 006 27.3 24.3 4,7
с 80-90 9.6 14.1 не опр. 7,5 0.001 20.0 17.1 5,1
' Механическая прочность естественных образцов почв воздушно-сухого сосоян.тя характеризуется нами сопротивлением раздавливанию. " влажность завядания определялась методом проростков.
Запас «активной влаги» рассчитан по разности между влажностью наименьше 1 влагоемкости и влажностью завядания.
А.М.ПРУТКОВ. Физические и водно-физические свойства черноземных сопснцов степных Оренбургского Зауралья на древних корах выветривания
В иллювиальных горизонтах остаточно-натриевых солонцов ПВ достигает 34,1% от веса и 47,3 от объема почвы, а HB, соответственно, 18,4% и 28,4%. На долю HB приходится 63,8-65,7% ПВ. Пористость аэрации снижается до 12,7-16,2%
Иллювиальные горизонты малонатриевых солонцов по величине ПВ приближаются к остаточно-натриевым, что определяется, по-видимому, близкой их плотностью. Однако, в отличие от последних, малонатриевые солонцы характеризуются тенденцией к увеличению HB (до 23.6-27,0% от веса и 33,0-38,3% от объема почвы), приближаясь к средне- и многонатриевым солонцам на четвертичных желто-бурых глинах. HB составляет 78-86% от ПВ. Пористость аэрации снижается до 5,8%. По мнению A.A.Роде [12]. совпадение величин ПБ и HB при наибольшем значении плотности свидетельствует о почти полном заполнении порового пространства влагой, прямо или косвенно удерживаемой сорбционными силами.
В отличие от средне- и многонатриевых солонцов на четвертичных желто-бурых глинах иллювиальные горизонты мало- и особенно остаточно-натриевых солонцов на древних корах выветривания водопроницаемы (табл. 4). Меньшей фильтрационной способностью отличаются малонатриевые солонцы.
Слабое передвижение свободной влаги в солонцах объясняют обычно высоким содержанием обменного натрия, высокой тидрофильностью коллоидов и сродством последних < воде [1,2]. Вода в сипу своей полярности притягивается почвенными частицами и создает водонепроницаемый экран.
В настоящее время считается общепризнанным, что полярность воды имеет значение только в сорбции водяных паров, а гравитационная влага подчиняется в основном силам тяжести, а также капиллярным и осмотическим давлениям. Однако плохая водопроницаемость в солонцах но может быть объяснена отсутствием гор или малыми их размерами. Неполярные жидкости хорошо фильтруются через сухие солонцовые горизонты [8]. Низкую водопроницаемость иллювиальных горизонтов малонатриевых солонцов в последнее время связываю^ с высоким содержанием в них воднопептизируемого ила [5, 8. 13]. Исследования, проведенные нами в этом направлении [3. 4], вполне согласуются с выводами названных авторов для средне- и многонатриевых солонцов, характеризующихся высоким содержанием воднопептизируемого ила. В мало-и особенно в остаточно-натриевых солонцах, отличающихся низким содержанием воднопептизируемого ила, такой четкой зависимости не наблюдается. Слабая их водопроницаемость определяется, вероятно, высокой микроагре-гированностью тонкодислерсной почвенной массы, обусловившей слитное сложение иллювиальных горизонтов.
Таким образом, специфика физических и водно-физических свойств солонцов степных на древних корах выветривания требует учета при разработке приемов их освоения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Андреев Б.В Повышение водопрочности и улучшение степени связности почвенных агрегатов в солонцах. Изд-во Мин. с.-х. СССР. М., 1959. 8 с.
2. Антипов-Каратае-з И.Н. Вопросы происхождения и географического расгространения солониов в СССР. В кн. «Мелиорация солонцов в СССР». Изд-во АН СССР. М., 1953. С. 11-252.
3 Блохин Е В.. Прутков АМ. Воднопептитзиоуемый ип в солонцах Оренбургской области. В сб. «Новое в мелиорации солонцов». Омск, 1973. С. 16-18.
4. Блохин Е.В., Прутков А.М. К характеристике илистой фракции солонцовых почв Оренбургской области. Сб. «Вопросы почвоведения и агрохимии в условиях Юго-Во-стока и Западного Казахстана» Т. XVIII, Саратов. 1976. С.76-86
5. Гончарова НА Особенности генезиса малонатриевых солонцоз и каштановых солонцеватых почв. Автореф. канд. дисс. М.. 1969 28 с.
6. Кирюшин В.И. Ес.ьков А.И. Влияние поглощенных катионов на псптиэируемость и физические свойства лочеооЗразуюц/х лоэод в связи с их минералогическим составом. Сб. «Вопросы генезиса, мелиорации и охраны почв Северного Казахстана». Целиноград, 1972. С.81-96.
7. Клчментьев А И Почвы низкогорий восточного склона Южно-о Урал.; Оренбургской области, их агро-производственная характеристика и вопросы рационального использования. Автореф. канд. дисс. Оренбург, 1975. 23 с.
8. Парфенов А.И. Изучение воднопептизируемого или солонцов Омской области. Автореф. канд. дисс. Казань, 1969.25 с.
9. Кучеренко В Д. Влияние минералогического состава почвообразующих пород Южного Урапа на некоторые свойства степных почв Сб. «Доклады II межобластной конференции почвоведов .*. агрохимиков Среднего Поволжья и Южного Урала». Казань, 1962. С. 158-176.
10. Побединцева И.Г. Влияние состава почвообразующих пород на свойства почв южных степей Зауралья. Автореф. канд. дисс. Ы., ¡970. 23 с.
11. Победницева И.Г. Почвы на древних корах выветривания. Изд-во Московского ун-та. 1975. 190 с.
12. Роде А А. Основы учения о почвенной влаге. Т.1. Гидромотеоиздат. Л., 1965. 639 с.
13. Ссменкин А.И. Водно-физические свойства солонцов Омской области в связи с их происхождением. Автореф. канд. дисс. Казан э, 1971.28 с.
14. Сергеев Е М. и др. // Грунтоведение. Изд-во Московского ун-та, 1S73. 378 с.
15. Шаврыгин П.И. Влияние поглощенного магния на физические свойства почв// Почвоведение, 1935. №2. С. 167-173
Physical and water-physical properties of chernozem steppe solonetz of Orenburg Zauralie on ancient barks of weathering
A.M.Prutkov
The evaluation of water-physical propeties of ancient barks of weathering of Orerb jt<j Zauralie is given and their influence on gonetic particularities of solonetz is followed in the article.
Studying the mineralogical composition of soil-forming rocks, the distinguís betweem water-physical properties of solonetz of ancient barks on weathering and that on cover phyto-brown deposits are revealed.
