CC BY
63
УДК 631.432.4
ИСТОКИ ПОЧВОВЕДЕНИЯ, ГЕОХИМИИ И ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ В ТРУДАХ М.В. ЛОМОНОСОВА*
Г.В. Добровольский
В работе на конкретных примерах показано, что впервые научные основы знаний о происхождении и разнообразии почв, геохимии и физической химии как особых научных дисциплинах были изложены в трудах М.В. Ломоносова. Об этом говорили и писали в свое время В.В. Докучаев, В.И. Вернадский, Б.Н Меншуткин.
Ключевые слова: чернозем, почвы, геохимия, физическая химия.
Короткая жизнь Михаила Васильевича Ломоносова — всего 54 года — пришлась в основном на трудное время крупных государственных реформ и войн Петра Великого первой половины и середины XVIII в. По словам А.С. Пушкина:
«Была та смутная пора, Когда Россия молодая, В бореньях силы напрягая, Мужала с гением Петра».
(«Полтава»)
Это «возмужание» давалось действительно непросто, оно сопровождалось дворцовыми переворотами, народными восстаниями, тяжелыми войнами на южных и западных границах страны. Россия преодолевала свою отсталость и утверждалась как новое и сильное государство, как Российская империя.
Михаил Васильевич Ломоносов родился в 1711 г. в поморской семье недалеко от Архангельска, ушел оттуда пешком с рыбным обозом учиться в Москву, поступил и успешно окончил Славяно-греко-латинскую академию. Был командирован в университеты Германии, а вернувшись оттуда через 6 лет, благодаря своему труду и таланту вскоре стал первым русским академиком, поразительно разносторонним ученым в области естественных и гуманитарных наук. Лучше всего об этой особенности Ломоносова сказал еще один гений России — А.С. Пушкин: «...соединяя необыкновенную силу воли с необыкновенною силой понятия, Ломоносов обнял все отрасли просвещения. Жажда науки была сильнейшей страстью сей души, исполненной страстей. Историк, ритор, механик, химик, минералог, художник и стихотворец — он все испытал и все проник...». «Ломоносов был великий человек... Он создал первый университет. Он, лучше сказать, сам был первым нашим университетом» [10]. Действительно, в большинстве наук — естественных и гуманитарных — М.В. Ломоносов был первым. Так обстояло дело и с почвоведением, геологией, физической химией.
В области почвоведения Ломоносов наиболее полно изложил свои взгляды в замечательной работе «О слоях земных», изданной в 1763 г. в качестве приложения к его же труду «Первые основания металлургии». Характеризуя в параграфе 122 этой работы самый верхний слой Земли, он рассматривал вопрос о происхождении чернозема, подразумевая под этим названием темный, богатый органическим веществом слой почвы. Говоря о черноземе, Ломоносов пришел к выводу, что «его происхождение не минеральное, но из двух протчих царств натуры, из животного и растительного всяк признает, кто выше объявленное описание и свойства вещей рассудит» [6].
Анализируя особенности почв под разными типами растительности — хвойными и лиственными лесами, лугами и травами степей, Ломоносов формулирует свой заключительный вывод: «Итак, нет сомнения, что чернозем не первообразная и не первозданная материя, но произошел от согнития животных и растущих тел со временем» [6].
Очень образно писал Ломоносов о начальных стадиях воздействия примитивных форм растительности на горные породы и постепенном накоплении рыхлой земельной массы на их поверхности, т.е. образовании почвы. Вот его слова: «И каменные голые горы часто показывают на себе зелень мху молодого, которая после чернеет и становится землею, земля, накопясь долготою времени, служит после к произведению крупного мху и других растений» [6].
Анализируя взгляды Ломоносова на происхождение почвы с современных позиций, нельзя не удивляться меткости его суждений, умению вскрыть и подметить самую сущность почвообразовательного процесса. Не случайно в проблеме генезиса почв наибольшее внимание он уделяет вопросу происхождения почвенного перегноя, образование которого целиком связывает с деятельностью растений и животных. Разве не достойно удивления то, что, будучи в значительно большей мере геологом, чем биоло-
*В основу статьи положен доклад о научном наследии М.В. Ломоносова, сделанный автором статьи 16 ноября 2011 г. на факультете почвоведения Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и посвященный 300-летию со дня рождения ученого.
гом, Ломоносов объясняет формирование разнообразных почв влиянием не только разных горных пород, но прежде всего влиянием различных типов растительности?! При этом он не просто обращает внимание на различие свойств почвы под разными типами растительности. Эти различия он правильно объясняет разницей в количестве и качестве растительного опада, неодинаковыми условиями разложения растительных остатков. Разве это не блестящее предвосхищение основных принципов современного учения о биологическом круговороте веществ в процессе почвообразования? Мысль Ломоносова достигает здесь поразительной остроты научного предвидения. Язык его очень образен и точен: «В лесах, кои стоят всегда зелены и на зиму листа не роняют, обыкновенно бывает земля песчаная, каковы в наших краях сосняки и ельники. Напротив того, в березниках и в других лесах, кои лист в осень теряют, больше преимуществует чернозем. А как известно, что лист на земле согнивает и в навоз перетлевает, то не дивно, что через них пески, глины и другие подошвы черною землею покрываются тем больше, чем лес гуще и выше» [6].
Но не только от типа растительности, говорит Ломоносов, зависит образование и накопление перегноя в почве. Важное значение имеют состав горной породы и рельеф местности. Не способствуют образованию богатых перегноем почв песчаные породы, покатые и крутые склоны. Одним из возможных путей образования богатых перегноем почв Ломоносов считал процесс перегнивания торфа. Не прошли мимо его внимания и процессы эрозии, а также погребенные почвы, на значение которых для изучения прошлых эпох он указывает особо. Ломоносов имел ясное представление о географическом разнообразии почв. В его сочинениях мы встречаем упоминания о почвах тундр, болот, хвойных и лиственных лесов, степей, песчаных пустынь; пишет Ломоносов и о землях Аравии, «что стоят бесплодны от излишества солей», и о «солончаках» Прикаспийской низменности и других «жарких стран».
Нельзя не удивляться широте знаний Ломоносова о природе разных регионов России и других стран. Да это и не удивительно — ведь он руководил Географическим департаментом при Российской академии наук, был инициатором организации академических экспедиций и составления Географического атласа России. Происхождение и география почв России интересовали Ломоносова не только как натуралиста. Он думал об «исправлении земледелия» в целях увеличения его продуктивности.
Среди вопросов, поставленных Ломоносовым для «поправления российского атласа», находим вопрос о земледелии, о том «каких родов хлебов сеют больше и плодовито ли выходит».
Вообще в работах Ломоносова содержится масса очень метких мыслей и наблюдений, имеющих прямое или косвенное отношение к почвоведению.
Об этом я уже писал в журнале «Почвоведение» в 1961 г. [4]. Он, несомненно, сыграл очень большую роль в истории этой науки. Совсем не случайно, что уже через пять лет после кончины ученого, т.е. в 1770 г., в Московском университете начали преподавать почвоведение, правда, в составе курса «Сельскохозяйственное домоводство». Широко известно, что один из первых русских профессоров университета М.И. Афонин свое первое выступление на торжественном публичном собрании университета в 1771 г. посвятил вопросу «О пользе знаний, собирании и расположении чернозему особливо в хлебопашестве» [1]. Отражение идей М.В. Ломоносова о почвах, их разнообразии и использовании в сельском хозяйстве мы находим в трудах известных русских агрономов А.Т. Болотова, И.М. Комова, минералога В.М. Се-вергина, известного общественного деятеля XVIII в. А.Н. Радищева.
Можно с уверенностью сказать, что в области почвоведения М.В. Ломоносов был блестящим предшественником основателя современного генетического почвоведения — В.В. Докучаева.
В связи со сказанным любопытен факт из истории почвоведения. Однажды, читая в Полтаве общественную лекцию для специалистов сельского хозяйства, Докучаев сказал: «На днях профессор Вернадский получил поручение от Московского университета разобрать сочинения М.В. Ломоносова, и я с удивлением узнал от профессора Вернадского, что Ломоносов давно уже изложил в своих сочинениях ту теорию, за защиту которой я получил докторскую степень, и изложил, надо признать, шире и более обобщающим образом» [5]. Конечно, Докучаев здесь просто вежливо пошутил, но блестящее предшествующее «проникновение» Ломоносова в самую суть растительно-наземного происхождения почв, хотя и в общей форме, остается безусловным.
Не менее ярко проявился гений Ломоносова в химии и геолого-минералогических науках. Широко известно его «Слово о пользе химии», в котором показаны великие возможности этой науки в познании окружающего мира и ее практическая польза для человечества. Ломоносов не только провозгласил принцип плодотворности взаимопроникновения таких фундаментальных наук, как физика, химия, биология и математика, но и блестяще применил его, создав новую науку — физическую химию. Об этом очень интересно и подробно рассказано известным ученым-химиком Б.Н. Меншуткиным в его книгах «Ломоносов как физико-химик» (1904) [9] и «Жизнеописание Михаила Васильевича Ломоносова» (1937) [8].
В своих рапортах и отчетах в Академию наук в 1752—1753 гг. М.В. Ломоносов писал: «...диктовал студентам первые основания физической химии и читал по ним лекции по четыре часа в неделю, показывая при этом физические эксперименты...» [8]. По мнению Б.Н. Меншуткина, физико-химические опыты Ломоносова были задуманы на очень широких началах по программе, настолько всеобъемлющей,
что и до сих пор она не исчерпана. Курс его лекций хранится в Архиве Академии наук. Впервые он был переведен с латинского и опубликован Б.Н. Меншут-киным в 1904 г. Главное внимание в нем обращено на союз химии с физикой. В первом параграфе курса Ломоносов дает следующее определение: «Физическая химия — наука, объясняющая на основании положений и опытов физических причину того, что происходит через химические операции в сложных телах». После окончания лекций студенты под руководством Ломоносова приступали к физико-химическим опытам в лаборатории, чтобы на практике познакомиться с тем, что они прошли теоретически. По словам Б.Н. Меншуткина, М.В. Ломоносов как преподаватель был на высоте своего профессорского звания, а его химическая лаборатория была первой исследовательско-учебной лабораторией в истории химии.
В своих знаменитых «Очерках геохимии» В.И. Вернадский, анализируя историю геохимии, писал: «Необходимо здесь вспомнить М.В. Ломоносова (1711—1765)... Только в наше время вскрылась, прозревая будущие пути, научная мысль Ломоносова. В его забытых, плохо и неполно изданных трудах ясно и ярко видно сознание и понимание геохимических проблем. В тогдашнем Петербурге и в Петербургской академии наук он самостоятельно шел по пути, на который научная мысль окончательно вступила только в нашем XX веке. Он углублялся непрестанно в химию природных тел не в частностях, а в общем и в связи с историей Земли» [2].
Но не только в области геохимии М.В. Ломоносов был предшественником В.И. Вернадского. Это в равной мере относится ко многим вопросам и направлениям геолого-минералогических наук, которые были им развиты. Упомянем лишь идеи Ломоносова о роли эндогенных и экзогенных факторов формирования верхних слоев Земли, происхождении осадочных пород и минералов, роли воды в физических и химических процессах разрушения и созидания горных пород, строении внутреннего ядра Земли и др.
Среди работ Ломоносова в области геологических наук особое значение имеет уже цитированное сочинение «О слоях земных» [6]. По словам Вернадского, эта работа является «во всей литературе XVIII века — русской и иностранной — первым блестящим очерком геологической науки... Это не только научный, самостоятельный труд — это одно из первых научно-популярных произведений русской литературы». «Эта работа стоит почти одиноко во всем XVIII веке как провозвестник будущего» [3]. Особенность Ломоносова — быть провозвестником будущего — проявлялась буквально на всех направлениях его творческой жизни.
Отмечая ныне трехсотлетие со дня рождения М.В. Ломоносова, мы чтим в нем великого ученого, мыслителя и экспериментатора, теоретика и
практика, глубокого исследователя и яркого популяризатора.
Очень близки нам взгляды Ломоносова на роль мышления и эксперимента в научном познании, на роль теории и практики. Он справедливо утверждал, что для познания истины ученый должен не только собирать и наблюдать факты, но и логически осмысливать их, стараясь проникнуть в сущность явлений, познать законы. В то же время он предупреждал, что правила и законы должны опираться на точные факты: «Всем упражняющимся в науках известно, что правила хотя даны быть могут без изъяснений; однако далече не так тверды и уверительны, как с показанием их основания, через это приносят несравненно больше пользы» [6].
Широко известны стали замечательные слова Ломоносова: «Из наблюдений установлять теорию, через теорию исправлять наблюдения, есть лучший всех способ к изысканию правды».
Несмотря на то что со времени деятельности Ломоносова прошло уже три столетия, многие идеи и мысли его звучат удивительно современно. Это относится, например, к тезису о пользе «союза наук». В наше время происходит не только все большая дифференциация наук, но одновременно и все большее взаимопроникновение смежных отраслей знания. Наиболее рельефно это проявляется на современном этапе развития химии, физики, биологии и математики. Все большим числом методов исследования из смежных наук пользуется и почвоведение. В связи с этим интересно вспомнить, что М.В. Ломоносов говорил: «Нет сомнения, что науки наукам много весьма взаимно способствуют, как физика химии, физике математика...» [6].
Ломоносов считал, что биолог должен хорошо знать физику и химию, но и физику не бесполезны знания биологические: «Анатомия и ботаника полезны физику, поелику могут подать случай к познанию причин физических» [7].
Близок нам Ломоносов и по своим воззрениям на роль и задачи науки в жизни человеческого общества. Первейшей задачей науки он считал служение народу. В науке видел важное средство развития производительных сил и культуры, улучшения жизни народа. С огромной страстью, смелостью и настойчивостью боролся Ломоносов за распространение просвещения в народе, за развитие науки в России.
В свой предсмертный час он сказал: «Я пожил, потерпел и умираю спокойно. Жалею только, что не могу завершить все, что сделал для Родины, для блага науки в России, для славы Академии. Не тужу о смерти, дети отечества вспомнят обо мне и пожалеют...» [7].
Гордясь успехами нашей науки, мы с любовью и благодарностью храним память о великом соотечественнике, гениальном русском человеке Михаиле Васильевиче Ломоносове.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Афонин М.И. Слово о пользе, знании, собирании и расположении чернозему, особливо в хлебопашестве. М., 1771.
2. Вернадский В.И. Очерки геохимии. М.; Л., 1931.
3. Вернадский В.И. О значении трудов М.В. Ломоносова в минералогии и геологии // Труды по истории науки в России. М., 1968.
4. Добровольский Г.В. Ломоносов и почвоведение // Почвоведение. 1961. № 10.
5. Докучаев В.В. Лекции о почвоведении // Сочинения. Т. VII. М., 1953.
6. Ломоносов М.В. О слоях земных. М.; Л., 1949.
7. Ломоносов М.В. Полн. собр. соч. Т. 4, т. 10. М., 1957.
8. Меншуткин Б.Н. Жизнеописание Михаила Васильевича Ломоносова. М.; Л., 1937.
9. Меншуткин Б.Н. Ломоносов как физико-химик. М., 1904.
10. Пушкин A.C. Полн. собр. соч. Т. 7. М., 1958.
Поступила в редакцию 13.11.2011
BEGINNING OF SOIL SCIENCE, GEOCHEMISTRY
AND PHYSICAL CHEMISTRY IN M.V. LOMONOSOV'S WRITINGS
G.V. Dobrovolsky
In the present paper we shown specific examples that scientific foundations of knowledge as academic disciplines, in the field of soil genesis and soils' diversity, on geochemistry and physical chemistry were first described by M.V. Lomonosov in him writings. That was talked and written in their time by V.V. Dokuchaev, V.I. Vernadsky, B.N. Menshutkin.
Key words: chernozem, soils, geochemistry, physical chemistry.
Сведения об авторе
Добровольский Глеб Всеволодович, докг. биол. наук, академик, директор ин-та экологического почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Тел.: 8(495)939-35-23; e-mail: [email protected]
ГЕНЕЗИС И ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ
УДК 631.38
СИЛЬНАЯ ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ ГЕОХИМИЧЕСКАЯ АНОМАЛИЯ В ВЕРХОВЫХ ТОРФАХ СРЕДНЕЙ ТАЙГИ СРЕДНЕГО ПРИОБЬЯ
Ю.Н. Водяницкий, А.Т. Савичев, Н.А. Аветов, С.Я. Трофимов, С.А. Козлов
Верховой торф средней тайги Среднего Приобья представляет собой сильную отрицательную геохимическую аномалию многих химических элементов по сравнению с торфом южной тайги Среднего и Верхнего Приобья. Вероятно, в южной тайге сказывается близость горных систем (Алтай, Салаирский кряж, Кузнецкий Алатау), и аэральный перенос пыли способствует обогащению верховых болот многими металлами. Этот процесс не проявляется на территории Среднего Приобья ввиду ее большей удаленности от горных систем.
Ключевые слова: химический состав торфа, отрицательная геохимическая аномалия, верховые болота Среднего Приобья.
Введение
Болотные ландшафты, занимающие около 40% территории Среднего Приобья, испытывают растущее антропогенное воздействие за счет расширения нефтедобычи, увеличения протяженности коммуникаций, износа трубопроводной сети на давно освоенных месторождениях, многие из которых расположены как раз в наиболее заболоченных районах. При этом на торфяную почву влияют не только углеводороды нефти, но и сопутствующие минеральные поллютанты. Среди них наиболее опасны галогены, а также тяжелые металлы и металлоиды. Оценить это техногенное воздействие можно только на основе данных об исходном химическом составе торфов в зоне нефтедобычи. Сейчас определение фонового содержания химических элементов в местных торфах затруднительно, поскольку некоторые особо подвижные поллютанты распространились на большую площадь. Формальный выбор в поле «условного фона» на основе хорошего состояния растительности оказывается грубым и часто не выдерживает проверки при химическом анализе торфа. Необходимость получения наиболее точных данных по фоновому уровню содержания химических элементов связана с распространением как положительных, так и отрицательных природных геохимических аномалий. Без этого высокие концентрации некоторых элементов можно счесть результатом загрязнения, хотя на самом деле они отражают природную положительную геохимическую аномалию. Также важно выявить и отрицательные природные геохимические аномалии: в них накопление некоторых техногенных элементов может улучшать питание растений [11].
Цель настоящей работы — геохимическая характеристика верховых торфов в средней тайге Среднего Приобья и сравнение их с таковыми южной тайги Среднего и Верхнего Приобья.
Объекты и методы исследования
Химический состав верховых торфов в средней тайге Среднего Приобья мы изучали на образцах с фонового участка (разр. 1) и условно-фонового на территории складирования и переработки шламов нефтедобычи (точка 1.1). Территория первого участка (разр. 1) лежит за пределами месторождения в 40 км от места разлива нефти. Образцы отбирали в мочажине олиготрофного грядово-крупномочажинного комплекса, характеризующейся сходными условиями с загрязненным участком. Общее проективное покрытие (ОПП) травяно-кустарничкового яруса — 10—15%. Доминируют осока заливная, шейхцерия болотная, пушица рыжеватая, клюква болотная, к ним примешиваются единичные экземпляры подбела и росянки круглолистной. ОПП мохового яруса — 100% (Sphagnum balticum — 80%, S. papillosum — 20%). Образцы торфа отбирали буром с глубин 0—20, 20—70 и 70—100 см.
Второй участок (точка 1.1) рассматривается как условно-фоновый, поскольку он находится в зоне действия шламового амбара (построен 2 года назад) одного из месторождений. Образцы торфа отбирали в 86 м от амбара с глубины 0—20 см. Верховое болото представлено грядово-среднемочажинным комплексом. Углеводородами участок загрязнен слабо, их содержание не превышает общий фон районов нефтедобычи Среднего Приобья [17].
Поскольку концентрация металлов в торфе низка, его озоляли: количество золы — 1,4—3,6%. Содержание химических элементов (рентгенофлуоресцент-ный метод) и редкоземельных металлов (рентгено-радиометрический метод) определяли на приборе «Респект» [18].
Химический состав золы верховых торфов средней тайги Среднего Приобья сравнивали с таковым южной тайги Среднего Приобья, определенного Е.Г. Не-
чаевой с соавт. [10] в большом числе образцов торфа (п = 150).
При использовании высокочувствительных методов, например нейтронной активации, исследователи анализируют торф в целом. В такой форме определено содержание многих элементов в верховом торфе Васюганского болота южной тайги Верхнего При-обья [8, 15, 16]. Их количество сравнивали с торфами в Среднем Приобье. Для этого свои данные, а также данные о торфе южной тайги Среднего Приобья [10] (зольный анализ) мы пересчитали на содержание элементов в торфе в целом.
Результаты и их обсуждение
Общеизвестно, что химические элементы подразделяются на группы в зависимости от электронного строения атомов. Самый низкий — ^-подуровень, затем идут р-, с1- и /-подуровни, при этом р- и а-эле-менты делятся на главные и редкие. Все ^-элементы относятся к главным, а все /-элементы — к редким. Тип подуровней электронов определяет реакционную способность химических элементов. По структуре активного электронного слоя элементы делятся на три блока: блок I включает 5- и р-элементы;
блок II — переходные ^-элементы; блок III — редкие /-элементы [7]. В табл. 1 объединено содержание в золе торфов s- и ^-элементов, в табл. 2 — ^-элементов, в табл. 3 — редких /-элементов.
Химический состав торфов Среднего Приобья изучен недостаточно. В особенности это касается редких элементов, сведений о которых нет. Верховые болота с автономным типом питания обеднены как макро-, так и микроэлементами [12].
В табл. 1—3 приведено содержание химических элементов в золе верховых торфов средней тайги Среднего Приобья по двум источникам. Во-первых, фоновый торф в разр. 1, изученный нами ранее в работе [3], — усредненное содержание трех образцов, отобранных с глубин 0—20; 20—70 и 70—100 см. Во-вторых, условный фон н глубине 0—20 см в зоне влияния шламового амбара — точка 1.1. Приведено также усредненное содержание элементов в золе торфов южной тайги Среднего Приобья [10].
В этих же таблицах приведены результаты пересчета химических элементов на воздушно-сухой торф. Это выполнено для наших торфов, а также торфов южной тайги Среднего Приобья — пересчитаны данные Е.Г. Нечаевой с сотр. [10]. Они сопоставлены с содержанием элементов в воздушно-сухом торфе
Таблица 1
Содержание s- и ^-элементов в фоновых верховых торфах Приобья
Регион Болото Зола s-элементы ^-элементы
Na2O K2O MgO CaO AI2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl Br I Rb Ba Sr Ga As Pb
% мг/кг
зола торфа
Средняя тайга Среднего Приобья условный фон (точка 1.1) 3,6 2,96 15,12 3,32 13,69 4,94 29,59 3,17 2,18 1,72 29 28 76 80 100 — 11 56
фон 1,7 — 2,23 1,86 5,38 9,58 63,65 3,24 2,99 0,07 — — 32 86 114 13 23 76
среднее 2,96 5,45 2,23 7,46 8,42 55,14 3,22 2,79 0,48 29 28 43 84 110 13 20 71
Южная тайга Среднего При-обья Обь—Ир-тышье [10] 6,0 — — 2,3 6,3 — 57,0 — — — — — — 1000 400 — — 105
воздушно-сухой торф
Средняя тайга Среднего При-обья условный фон (точка 1.1) — 0,11 0,54 0,12 0,49 0,178 — — — 1,04 1,01 2,74 2,88 3,6 — 0,40 2,0
фон — — 0,038 0,032 0,09 0,163 0,54 1,46 1,9 0,22 0,39 1,3
среднее — — 0,16 0,05 0,19 0,17 1,09 1,82 2,33 0,22 0,39 1,48
Южная тайга Среднего При-обья Обь—Ир-тышье [10] — — — 0,14 0,38 — — — — — — — — 60 24 — — 6,3
Южная тайга Верхнего При-обья Васюганье [8] — — — — 0,36 — — — — — 9,0 — — 75 60 — — —
Васюганье [15, 16] — — — — 1,50 — — — — — 26 — 11 73 123 — — —
среднее — — — — 0,52 — — — — — 11 — 11 74 69 — — —
Таблица 2
Содержание ¿-элементов в фоновых верховых торфах Приобья
Регион Болото Зола Fe2Û3 TiO2 Mn V Cr Ni Cu Zn Zr Nb
% мг/кг
зола торфа
Средняя тайга Среднего Приобья условный фон (точка 1.1) 3,6 2,69 0,359 2100 - 34 19 55 447 68 -
фон 1,7 2,62 0,720 757 - 62 32 48 278 91 2
среднее 2,18 2,64 0,63 1092,75 - 55,00 28,75 49,75 320,25 85,25 2,00
Южная тайга Среднего Приобья Обь—Иртышье [10] - 8,3 - - - - - - - - -
воздушно-сухой торф
Средняя тайга Среднего Приобья условный фон (точка 1.1) - 0,097 0,013 76 - 1,22 0,68 1,98 16 2,45 -
фон - 0,044 0,012 13 - 1,05 0,54 0,82 5 1,56 0,03
среднее - 0,06 0,012 28,75 - 1,09 0,58 1,11 7,75 1,78 0,03
Южная тайга Среднего Приобья Обь—Иртышье [10] - 0,36 0,06 96 5,4 6,0 2,4 4,8 18 13,8 -
Южная тайга Верхнего Приобья Васюганье - 0,33 - - - 1,55 - - - - -
Васюганье [15, 16] - 0,72 - - - 18 - - 85 - -
среднее - 0,39 - - - 3,90 - - 85,00 - -
Таблица 3
Содержание редких /-элементов в фоновых верховых торфах Приобья
Регион Болото Зола Y La Ce
мг/кг
зола торфа
Средняя тайга Среднего Приобья условный фон (точка 1.1) 3,6 8 2 3
фон 1,7 12,3 2,7 4
среднее 2,18 11,23 2,53 3,75
Южная тайга Среднего Приобья Обь—Иртышье [10] - - - -
воздушно-сухой торф
Средняя тайга Среднего Приобья условный фон (точка 1.1) - 0,29 0,072 0,108
фон - 0,21 0,046 0,068
среднее 0,23 0,05 0,08
Южная тайга Верхнего Приобья Васюганье [8] - - 0,64 2,79
Васюганье [15, 16] - 1,32 5,25 -
среднее - 1,32 1,30 2,79
южной тайги Верхнего Приобья, взятых из работ [8, 15, 16]. В работе Л.Е. Инишевой и Е.Э. Езупенок [8] приведены усредненные данные (п = 12) состава торфов. Содержание химических элементов в торфе точек 2 и 3, описанных в работах [15, 16], мы усреднили.
Геохимия болот кардинально отличается от геохимии минеральных почв благодаря разному вкладу биогенного фактора. В связи с этим приведем результаты подсчета коэффициента биогенной миграции (Кб), полученные после усреднения большого
числа образцов из лесов и болот Западной Сибири (п = 250). Коэффициенты резко различаются. Био-фильность (Кб) одних элементов в болотах по сравнению с лесом снижается: Са — 23,3 ^ 7,8, Mg — 7,2 ^ 2,2, Мп — 38,7 ^ 1,8, Р — 16,7 ^ 12,78, 2п — 6,0 ^ 3,0, Си — 5,0 ^ 3,0, Ва — 5,7 ^ 0,7, К — 2,4 ^ 0,7, Бг — 1,6 ^ 0,4; у других элементов она возрастает: РЬ — 2,0 ^ 3,0, А1 — 0,4 ^ 1,5, Бе — 0,3 ^ 0,9, 2г — 0,3 ^ 0,8, Л — 0,2 ^ 0,78, — 0,1 ^ 0,7 [10]. Как видно, накопление в болотной растительности типичных биофилов — кальция, фосфора, калия — резко снижается, тогда как кремния и титана, а также ряда тяжелых металлов (свинец, железо, цирконий) растет. Обсудим причины этого явления.
Вначале рассмотрим различие в поведении таких металлов, как цирконий и титан. В минеральных почвах они входят в состав наиболее устойчивых минералов: циркона, рутила и др. [13]. Именно эта недоступность растениям в минеральных почвах и определяет их низкую биофильность [12]. Но в случае доступности цирконий ведет себя как биофил, что давно установлено в опытах с внесением 952г в водоем [1]. Очевидно, что в верховом болоте, минеральное питание которого обеспечивается аэрозолями, цирконий и титан поступают в доступной форме и могут успешно накапливаться в болотной растительности. Приведем еще пример — уран. Данные о его содержании в растениях довольно противоречивы. Согласно сводке А.И. Перельмана [12], кларк концентрации урана (КК) равен 0,2. Но этот результат получен на минеральных почвах. Концентрация урана в торфе выше. На территории Хибин-ско-Ловозерской провинции КК урана составляет 0,6—0,8 [2]. В качестве последнего примера возьмем свинец. Доказано, что в почве он сильно инактиви-руется и теряет токсичность [4, 5]. В минеральных почвах свинец приоритетно сорбируется алюмосили-катными гелями: поглощается ими в гораздо большей массе, чем медь, цинк, кадмий, кобальт и никель [14]. У свинца рекордно высокий период полуудаления из минеральных почв (от 740 до 5900 лет) по сравнению с более опасными кадмием (13—110 лет) и медью (310—1500 лет) [9]. Но в торфах коэффициент водной миграции (Кв) свинца резко возрастает с 0,5 в лесах до 4,5 в болотах [10], что и ведет к росту его биофильности: Кб возрастает с 2,0 до 3,0. Таким образом, болота — это область высокой доступности ряда химических элементов, где масштабы биологического поступления сдерживаются только объемом валового содержания. Поэтому важно оценить размеры валового содержания химических элементов в зоне потенциального их дефицита.
Обратимся к анализу солевых компонентов в торфе. Как видно из табл. 1, условный фон в точке 1.1 заметно ими загрязнен. Прежде всего это касается галогенов. Содержание хлора составляет 1,7 против 0,07% на удаленном фоне; содержание брома и йода составляет 29 и 28 мг/кг, тогда как на удаленном
фоне эти галогены ниже предела обнаружения. Завышено и содержание щелочно-земельных металлов. В точке 1.1 содержится 15% КО, а на удаленном фоне — 2,2%. На условном фоне выше и содержание кальция — 13,7% СаО, против 5,4% на удаленном фоне и 6,3% в золе торфа южной тайги Среднего Приобья. Это означает, что соли мигрируют по крайней мере до 86 м от амбара, где точка 1.1 назначена в качестве условного фона. При сравнении содержания СаО в воздушно-сухих торфах выявилась такая картина. Фоновый торф средней тайги Среднего Приобья обеднен кальцием — в нем всего 0,09% СаО. Это значительно ниже содержания в торфах южной тайги Среднего и Южного Приобья — 0,4—1,5% СаО [8, 10, 16].
Содержание брома в верховом торфе южной тайги Верхнего Приобья высокое — 9—26 мг/кг [8, 16],
Усредненное содержание химических элементов в воздущно-су-хом торфе разных регионов Приобья: 1 — средняя тайга Среднего Приобья; 2 — южная тайга Среднего Приобья; 3 — южная тайга Верхнего Приобья
это значительно выше, чем в фоновом торфе средней тайги Среднего Приобья, где его содержание ниже предела обнаружения и даже выше, чем в точке условного фона в Среднем Приобье, загрязненной галогенами — 1 мг Вг/кг. Несмотря на ограниченность информации, можно предположить, что верховые торфа Верхнего Приобья несколько богаче галогенами, чем торфа средней тайги Среднего Приобья.
По другим химическим элементам условный фон мало отличается от удаленного фона и их содержание можно рассматривать вместе при характеристике торфа средней тайги Среднего Приобья. Мы построили зависимости усредненного содержания ряда металлов и брома в верховом воздушно-сухом торфе в трех регионах Приобья в направлении с северо-запада на юго-восток: от средней тайги к южной тайге Среднего Приобья и затем к южной тайге Верхнего Приобья (рисунок). Отчетливо видно, что верховой торф в этом направлении последовательно обогащается многими металлами. Из ще-лочно-земельных особенно сильно накапливаются магний, барий и стронций, из тяжелых — свинец, хром и цинк, из лантанидов — церий. Соответственно можно считать, что верховой торф средней тайги Среднего Приобья представляет собой сильную отрицательную геохимическую аномалию большого ряда элементов.
Обсудим причину этого явления, особенно заметную при сравнении с более обогащенными торфами Верхнего Приобья. Подчеркнем, что региональные различия в содержании ряда металлов в верховых болотах отмечены ранее в европейской части России [6]. Больше всего цинка и марганца находится в торфах Уральского региона. Здесь это обогащение торфа явно обязано влиянию металлоносных Уральских гор и происходит за счет выпадения насыщенной металлами пыли. Ту же картину, но еще более выразительную, мы видим в Западной Сибири. Верховые торфа в предгорной части Верхнего Приобья по сравнению со Средним обогащены очень многими металлами. Среди ¿-элементов это кальций; среди ^-элементов — бром, рубидий, барий, стронций;
среди ^-элементов — железо, хром, цинк, никель, ниобий; среди /-элементов — лантан и церий. Налицо явное и разностороннее влияние на химический состав торфов гор юга Сибири. Но расположенные на значительном расстоянии от горных систем болота средней тайги Среднего Приобья лишены этого источника аэрального обогащения и остаются обедненными металлами, многие из которых растения используют в питании в качестве микроэлементов.
Наиболее отчетливо специфика химического состава верховых торфов средней тайги по сравнению с торфами южной тайги Приобья проявляется при рассмотрении отношения металлов-биофилов (кальция, магния, марганца и меди) к содержанию таких биогенно-инертных элементов, как титан и тяжелые металлы (свинец, железо, цирконий, иттрий, лантан и церий) в торфах трех географических зон. Эти отношения максимальны в зоне сильной отрицательной геохимической аномалии средней тайги Среднего Приобья. Здесь главенство биофилов над титаном и тяжелыми металлами достигает наивысшей точки.
Выводы
Верховой торф средней тайги Среднего Приобья представляет собой сильную отрицательную геохимическую аномалию многих химических элементов по сравнению с торфом южной тайги Среднего и Верхнего Приобья. Дефицит ряда химических элементов связан с незначительным аэральным поступлением пыли на территорию Среднего Приобья, удаленную от горных систем на западе и юго-востоке. Напротив, в верховом торфе южной тайги Верхнего Приобья сказывается влияние горных систем (Алтай, Салаирский кряж, Кузнецкий Алатау). Благодаря крайне низкому фоновому содержанию ряда элементов химическое загрязнение верховых торфов в местах нефтедобычи в средней тайге Среднего Приобья оказывается очень ощутимым. Но в то же время обогащение верхового торфа некоторыми техногенными элементами восполняет их природный дефицит.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Агафонов Б.М., Тимофеева-Ресовская Е.А., Тимофеев-Ресовский Н.В. О судьбе радиоизотопов в водоемах // Тр. ин-та биологии Ур. АН СССР. 1962. Вып. 62.
2. Водяницкий Ю.Н., Косарева Н.В, Савичев А. Т. Содержание лантанидов (У, Ьа, Се, Рг, Мё, 8ш) и актинидов (!Ъ, и) в почвах Хибинско-Ловозерской провинции // Бюл. Почвенного ин-та. 2010. Вып. 65.
3. Водяницкий Ю.Н, Савичев А.Т, Трофимов С.Я., Шишконакова Е.А. Содержание и миграция металлов в торфе, загрязненном нефтью // Почвоведение. В печати.
4. Гомонова Н.Ф. Эколого-агрохимические функции удобрений при их длительном применении (50 лет) в агро-ценозе на дерново-подзолистой почве: Автореф. дис. ... докт. биол. наук. М., 2010.
5. Елькина Г.Я. Подходы к нормированию содержания тяжелых металлов в подзолистых почвах // Современные проблемы загрязнения почв. II Междунар. науч. конф. Т. 2. М., 2007.
6. Ефимов В.Н. Торфяные почвы и их плодородие. Л., 1986.
7. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов. Кн. 1—6. М., 1994—1997.
8. Инишева ЛИ, Езупенок Е.Э. Содержание химических элементов в торфах верхового типа // Современные проблемы загрязнения почв. II Междунар. науч. конф. Т. 2. М., 2007.
9. Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почвах и растениях. М., 1989.
10. Нечаева Е.Г., Белозерцева И.А., Напрасникова Е.В. и др. Мониторинг и прогнозирование вещественно-динамического состояния геосистем сибирских регионов. Новосибирск, 2010.
11. Обухов А.И. Экологические последствия загрязнения почв тяжелыми металлами и мероприятия по их устранению // Поведение поллютантов в почвах и ландшафтах. Пущино, 1990.
12. Перелъман А.И., Касимов Н. С. Геохимия ландшафта. М., 1999.
13. Роде А.А. Система методов исследования в почвоведении. Новосибирск, 1971.
14. Савенко В.С., Савенко А.В. Экспериментальные методы изучения низкотемпературных геохимических процессов. М., 2009.
15. Цыбукова Т.Н., Инишева Л.И., Тихонова О.К. и др. Комплексная оценка содержания редких элементов в тор-
фяном сырье единого болотного ландшафта // Химия растительного сырья. 2001. № 4.
16. Цыбукова Т.Н., Инишева Л.И., Тихонова O.K. и др. Характеристика элементного состава торфяного сырья оли-готрофного болота // Химия растительного сырья. 2000. № 4.
17. Шор Е.Л., Хуршудов А.Г. Оценка средних фоновых концентраций нефтепродуктов в почвах и поверхностных водах нефтяных месторождений Нижневартовского района // Исследования эколого-географических проблем природопользования для обеспечения территориальной организации и устойчивости развития нефтегазовых регионов России. Нижневартовск, 2000.
18. Savichev A.T., Vodyanitskii Yu.N. Determination of barium, lanthanum and cerium contents in soils by the X-Ray radiometric method // Eurasian Soil Sci. 2009. Vol. 42, N 13.
Поступила в редакцию 13.07.2011
STRONG NEGATIVE GEOCHEMICAL ANOMALY OF RAISED BOGS PEAT
IN MIDDLE TAIGA ZONE, MIDDLE PRIOBYE
Yu.N. Vodyanitskii, A.T. Savichev, N.A. Avetov, S.Ya. Trofimov, S.A. Kozlov
A heavy negative geochemical anomaly features peat samples from raised bogs of middle taiga zone, Middle Priobye region, as they are compared to peat samples from bogs of south taiga zone, Middle and Upper Priobye regions, West Siberia. The nearest mountain systems (Altai, Salair Ridge, Kuznetsky Alatau) seem to influence on peat composition in the south taiga zone by air transportation of mineral dust. The latter enriches peat of raised bogs with some metals, while it does not reach outlying Middle Priobye region.
Key words: chemical composition of peat, negative geochemical anomaly, raised bogs of Middle Priobye.
Сведения об авторах
Водяницкий Юрий Никифорович, докт. с.-х. наук, профессор каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Тел.: 8(495)939-27-40; e-mail: [email protected]. Савичев Александр Тимофеевич, канд. физ.-мат. наук, зав. лаб. минералогии Геологического института РАН. Тел.: 8(495)959-35-09. Аветов Николай Андреевич, канд. биол. наук, ст. науч. сотр. каф. географии почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Тел.: 8(495)939-36-41; e-mail: [email protected]. Трофимов Сергей Яковлевич, докт. биол. наук, зав. каф. химии почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Тел.: 8(495)932-11-82; e-mail: [email protected]. Козлов Сергей Александрович, студент 4-го курса каф. географии почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова.
УДК 631.4
ПРОБЛЕМЫ ДИАГНОСТИКИ СОЛОНЦОВОГО ПРОЦЕССА В ЦЕЛИННЫХ И АГРОИЗМЕНЕННЫХ СОДОВЫХ СОЛОНЦАХ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ ОМСКОЙ ОБЛАСТИ
В.В. Хан, И.Н. Любимова, И.А. Салпагарова
На примере целинных и агроизмененных содовых солонцов лесостепной зоны Омской области проведена сравнительная оценка двух методов выявления солонцового процесса (кинетика набухания почв и балл «В» физико-химических условий развития). Без применения химической мелиорации методы показали близкие результаты: выявлено наличие солонцового процесса. После химической мелиорации в большинстве почв оценка солонцеватости сравниваемыми методами дала противоположные результаты. При внесении больших доз мелиоранта оба метода показали отсутствие солонцового процесса.
Ключевые слова: солонцы, агроизмененные почвы, диагностика солонцового процесса.
Введение
На территории Западной Сибири солонцы и солонцеватые почвы занимают площадь около 10 млн га. Использование их в сельском хозяйстве возможно только после проведения мелиоративных мероприятий. Эффективность мелиорации оценивается по остаточному содержанию обменного натрия в почвен-но-поглощающем комплексе (ППК). Наблюдения за мелиорированными солонцами показывают, что со временем в обработанном слое возможно увеличение содержания обменного натрия. Это можно объяснить протеканием двух процессов: осолонцевания и засоления. Для их диагностики и разделения, кроме данных по обменному натрию, необходимы дополнительные критерии.
Исследования В.А. Грачева и Э.А. Корнблюма [4] показали, что растертые образцы из засоленных и солонцеватых горизонтов отличаются друг от друга характером кривой кинетики набухания. В образцах из солонцеватых горизонтов на ней в первый час наблюдается задержка набухания, появляется своеобразная «ступенька». И.Н. Любимова и В.А. Грачев [7] считают, что время задержки набухания в мелиорированных почвах по мере вытеснения обменного натрия уменьшается.
Н.Б. Хитровым [11] было предложено исследовать существование солонцового процесса в почве по сочетанию двух признаков:
• специфической морфологии — наличию в профиле горизонта, имеющего призматическую структуру с отношением высоты педов к горизонтальному размеру > 1,5—2, горизонтальный размер отдельно-стей < 8—10 см и/или хотя бы редких органо-гли-нистых натечных кутан на боковых гранях педов;
• по показателю физико-химических условий развития процесса «В » в призматическом горизонте либо в горизонте, примыкающем к нему сверху, либо в обоих горизонтах. Показатель «В » должен быть > 1.
Цель работы — по кинетике набухания и показателю физико-химических условий развития процесса «В» оценить наличие и степень выраженности солонцового процесса в целинных и агрогенно-изменен-ных (агроземах) черноземных солонцах Омской обл. с содовым химизмом засоления и сравнить полученные результаты.
Объекты и методы исследования
Объекты исследования — содовые солонцы и солонцеватые почвы лесостепной зоны Омского и Лю-бинского р-нов Омской обл. Отбор образцов производился в 2010 г.
Для солонцов этого региона характерна резкая дифференциация по содержанию илистой фракции между гумусово-элювиальным (А) и иллювиальным (В1) горизонтами. При переходе из гор. А в гор. В количество ила возрастает с 17—22 до 35—56% [10]. Максимум отмечается в гор. В2 или В3. Гранулометрический состав гор. А — тяжело- или легкоглинистый, гор. В1 — средне- или тяжелоглинистый. Отличительная особенность лесостепных солонцов Омской области в сравнении со степными — меньшее содержание песка и крупной пыли. Минералогический состав коллоидной и предколлоидной фракций гор. А и В1 изучаемых солонцов представлен главным образом гидрослюдами и каолинитом, которым сопутствуют различные хлориты и гидро-ксиды железа. В нижележащих горизонтах в составе минералов появляется монтмориллонит, с глубиной его количество увеличивается, а максимум отмечается в материнской породе [2]. В большинстве случаев солонцы испытывают влияние грунтовых вод. Их уровень зависит от рельефа: на повышенных участках грунтовые воды обычно залегают глубже, чем в понижениях. В основном их уровень залегания колеблется в пределах 2—5 м, что характеризует солонцы как луговые или лугово-черно-земные. Годовая амплитуда колебаний уровня грун-
товых вод достигает 0,5—2 м. Состав солей в них, согласно исследованиям Р.Ю. Витмана [цит. по 10], очень разнообразен: от бикарбонатно-натриевого (содового) в средней части лесостепи до нейтрального (хлоридно-сульфатного и сульфатно-хлоридного) в южной ее части.
В Омском р-не было заложено три разреза: на целинном полугидроморфном черноземном средненат-риевом содово-сульфатном солонце (солонец темный), залежном полугидроморфном черноземном средне-натриевом солонце с разрушенным солонцовым горизонтом (агрозем солонцовый) и на залежном полугид-роморфном черноземном многонатриевом солонце с сохранившимся солонцовым горизонтом (агросоло-нец). Здесь и далее классификация почв дана в соответствии с таковой 1977 [5] и 2004 [6] гг.
В Любинском р-не образцы почв отобраны с опытного участка по мелиорации лугово-чернозем-ных корковых многонатриевых сульфатно-содовых солонцов (Голубковский стационар). Полевой опыт заложен в 1970 г. Л.В. Березиным, З.И. Воропаевой и В.Е. Кушнаренко. Был внесен гипс (слой 0—10 см) в дозе 32 т/га с заделкой дискованием. В последующие годы основную обработку проводили безот-вально на глубину 25—30 см. В 1985 г. повторили гипсование опытных делянок с тремя дозами внесения мелиоранта: 8, 16 и 32 т/га. В качестве контроля приняли вариант с однократным внесением 32 т/га гипса в 1970 г. Многолетние наблюдения в период с 1985 по 2005 г. [9] показали, что повторная мелиорация позволила улучшить свойства почв, создать мощный гомогенный мелиоративный слой. Наиболее глубокие изменения обеспечивает повторное гипсование дозой 32 т/га. Содержание обменного натрия (расчетный натрий по методу Шуновера) в слое 0—20 см уже на первый—четвертый годы исследований уменьшилось до 2,6—2,0 ммоль-экв/100 г почвы при его содержании в контроле 12,6—8,2 ммоль-экв/100 г почвы. Положительное влияние повторного гипсования на обменный натрий также было отмечено и в слое 20—40 см. Уже через семь лет после повторного внесения гипса в дозе 32 т/га содержание солей в слое 0—20 см уменьшилось до 7 т/га. Доза 16 т/га тоже имела хороший опресняющий эффект в слое 0—20 см — на четвертый год количество солей составило 5,5 т/га. Максимум концентрации солей приходится на второй метр, а опресняющий эффект выше однократного гипсования в 1,5—2 раза. Повторное гипсование не повышает токсичного уровня засоления корнеобитаемого слоя: на 20-й год последействия количество токсичных солей составляет 2,3 и 1,4 т/га соответственно по дозам гипса 16 и 32 т/га. Исследователями также было выявлено, что внесенный в 1985 г. гипс уже к 1990 г. прореагировал полностью, за исключением варианта повторного гипсования дозой 32 т/га, где даже в 2002 г. сульфата кальция в слое 0—20 см оказалось 5,6 т/га.
Нами было изучено четыре варианта опыта: контроль — 32 т/га, 1970 г., повторные дозы — 8, 16 и 32 т/га, 1985 г. Образцы отбирали с глубин 0—20 и 20—40 см в 2010 г.
В лабораторных условиях определяли содержание легкорастворимых солей в водной вытяжке [1], состав обменных оснований методом Пфеффера в модификации Молодцова и Игнатовой [8], содержание гумуса, по Тюрину [1]. Кинетику набухания растертых образцов определяли по методике В.А. Грачева и Э.А. Корнблюма с использованием прибора для набухания грунтов (ПНГ) с автоматической записью кривой набухания [4]. При оценке показателя физико-химических условий развития солонцового процесса «В » пересчитывали количество токсичных солей в водных вытяжках на величину электропроводности, а также учитывали электропроводность фильтратов из водонасыщенных почвенных паст [13].
Результаты и их обсуждение
При морфологическом описании исследуемых почв выделены некоторые их особенности. В солонце темном целинном Омского р-на (AY—(1)ASN— (2)ASN—BMK—BCAnc) солонцовый горизонт делится на два подгоризонта. Первый — подгоризонт (1)ASN — имеет светло-серую окраску и столбчатую структуру, структурные отдельности очень прочные и твердые; второй — (2)ASN — темно-серый, орехо-ватый. По периметру разреза в некоторых местах присутствует слаборазвитый гор. AY мощностью ~2 см, непрочный, мелкокомковатый, пластинчатый. В нижней части профиля встречаются карбонатные новообразования в виде белоглазки.
В этом же районе нами были исследованы залежные солонцы: агрозем солонцовый (PU—BEL— BCAnc—BCA), в котором солонцовый горизонт полностью вовлечен в пахотный слой, и агросолонец (AY—PU—ASN—BMK—BCA), в котором солонцовый горизонт сохранился и отличается от такового темного целинного солонца окраской, плотностью и обилием темноокрашенных гумусово-глинистых кутан, гор. ASN в нем имеет более темную окраску и меньшую плотность.
В Любинском р-не мы исследовали агрогенно-преобразованные солонцы (PU—BCA) в полевом опыте с применением фосфогипса. Целинных аналогов данных почв на исследуемой территории найти не удалось, поэтому воспользовались литературными данными, согласно которым мощность надсолонцового гумусового гор. А варьирует от 3 до 5 см, солонцового гор. В1 — от 10 до 13 см, вскипающего подсолон-цового гор. В2 — от 9 до 12 см [10]. В мелиорированных солонцах пахотный слой состоит из смеси трех горизонтов. Согласно классификации почв 2004 г., данные почвы относятся к типу агроземов солонцовых, где солонцовый горизонт отсутствует. Образцы почв опытного участка отбирали с глубин 0—20 и
Вариант полевого опыта
Контроль
32 т/га
16 т/га
8 т/га
20—40 см. Морфологическое сравнение агроземов солонцовых из Омского и Любинского р-нов выявило характерные различия. Структурные отдельности верхнего слоя (0—20 см) образцов опытного участка (Любинский р-н) непрочные, легко рассыпаются при сдавливании пальцами. Увеличение степени непрочности агрегатов происходит с увеличением дозы внесения в почву гипса. Нижележащий слой (20—40 см) вскипает от 10%-й HCl во всех вариантах опыта. Чем меньше доза внесения фосфо-гипса, тем сильнее и интенсивнее вскипание. Ни в одном из образцов почв этого района остатков солонцового горизонта найдено не было, что подтверждается исследованиями сотрудников Омского аграрного университета, проведенными в период с 1985 по 2005 г. в полевом опыте на Голубковском стационаре. Было показано, что при значительных колебаниях количества осадков и уровня грунтовых вод признаки вторичного засоления и осолонцева-ния отсутствовали [9].
Исследуемые образцы почв из верхних горизонтов имеют достаточно высокое содержание гумуса. В целинных и залежных почвах Омского р-на содержание гумуса варьирует от 1,23 до 8,23%; в почвах полевого опыта Голубковского стационара Любинского р-на — от 1,23 до 4,83%.
Верхние горизонты (до 25 см) исследуемых почв либо слабо засолены, либо относятся к незасолен-ным. С глубиной степень засоления увеличивается до средней и сильной. По химизму засоления образцы отличаются друг от друга. В солонце темном, агроземе солонцовом и агросолонце Омского р-на засоление содово-сульфатное. В почвах опытного участка в варианте «контроль» (32 т/га в 1970 г.) при обследовании в 2010 г. отмечено хлоридно-содовое засоление. Повторное же гипсование в 1985 г. дозами 32, 16 и 8 т/га к 2010 г. изменило хлоридно-содовое засоление на сульфатно-содовое. Гипс в образцах полевого опыта обнаружен в следовых количествах, т.е. к 2010 г. во всех вариантах опыта он прореагировал с почвой.
Изучение кинетики набухания образцов почв полевого опыта Голубковского стационара показало, что задержки набухания (ступеньки) на кривых нет; это может свидетельствовать об отсутствии солон-цеватости почв (табл. 1). Следует отметить, что в образцах, за исключением с применением повторных доз гипса 32 (0—20 см, 20—40 см) и 16 т/га (0—20 см), содержание обменного натрия превышает 25% от суммы обменных оснований, что относит их к средне-и многонатриевым. В вариантах повторного гипсования кривая кинетики набухания соответствует 1-му типу, который выделил Н.Б. Хитров [12] при исследовании почв Центрального Предкавказья. Подоб-
Таблица 1
Физико-химические свойства мелиорированного содового многонатриевого солонца (Голубковский стационар, Любинский р-н)
Глубина, см
0—20
20—40
0—20
20—40
0—20
20—40
0—20
20—40
ЕСрасч.,
дСм/м
2,8
3,3
1,2
2,8
3,5
2,9
4,3
ЕС ,
ЕСэксп.,
дСм/м
1,2
1,4
0,56
0,76
1,2
1,7
1,5
2,4
^обм %
28,5
61,6
0,55
5,05
19,4
56,3
30,5
74,4
«^расч.»
4—5
11
2—3
10
12—13
13
1—2
11
14
Примечание. Задержка набухания отсутствует.
ного рода кривые наблюдаются в верхних и в остальных горизонтах, содержащих гипс (рисунок). Они имеют быстрый прирост высоты кривой набухания в первые 30—60 мин. с последующим быстрым выходом ее на плато. В остальных вариантах полевого опыта, согласно разделению кривых набухания по Н.Б. Хитрову, кривые соответствуют 3-му типу, который наблюдается только в почвах с высокой степенью выраженности слитогенеза. В этих горизонтах наблюдается очень медленное набухание образца, продолжающееся от 2 до 6 ч, что связано с резким снижением его влагопроводности. Проявление и развитие слитогенеза в исследуемых нами почвах маловероятно, так как он развивается в условиях высокого содержания набухающих глинистых минералов. По литературным данным, в минералогическом составе изучаемых почв преобладают гидрослюды и каолинит [2]. Монтмориллонитовая группа отмечается в нижних горизонтах и породе. О подобного рода кривых писал В.А. Грачев с соавт. [3] при исследовании гидроморфных черноземных солонцов Центрально-Черноземных областей: они, как правило, более расплывчаты и не столь контрастны, как у солонцовых горизонтов каштановых солонцов. Кри-
Кривые набухания почв (цифры — типы набухания)
«^эксп.»
6
0
0
1
4
6
5
вые набухания протяженнее, что затрудняет их дешифровку. Авторы не объясняют причины получения подобных кривых в данных почвах. Мы же полагаем, что это связано с высоким содержанием обменного натрия и низким — легкорастворимых солей.
Удельную электропроводность для расчета балла «В» по Н.Б. Хитрову определяли двумя способами: экспериментально в фильтрате из водонасыщенной почвенной пасты и рассчитывая ее по водной вытяжке и влажности, соответствующей нижней границе текучести образца (табл. 1). Величины электропроводности, полученные расчетным путем, превышают ее экспериментальные значения, т.е. статистически это разные выборки. При этом «Врасч» и «Вэксп», полученные на основе двух разных значений электропроводности, имеют близкие величины. Вероятно, при расчете балла «В» в исследуемых образцах больший вес имеет содержание обменного натрия. Полученные результаты позволяют предположить, что при расчете показателя физико-химических условий развития солонцового процесса «В» в мелиорированных почвах с применением гипса возможно использование данных водной вытяжки для определения электропроводности, если получение фильтрата из водонасыщенной почвенной пасты затруднено.
Проведенные исследования показали, что оценка солонцеватости разными методами в мелиорированных (с применением фосфогипса) солонцах Голуб-ковского стационара не однозначна. По кинетике набухания она отсутствует, а значения показателя «В» свидетельствуют о существовании физико-химических условий для развития солонцового процесса. И только в варианте повторного гипсования 32 т/га при отсутствии набухания балл «В» равен нулю.
Чтобы уточнить применимость методов оценки солонцеватости для почв содового химизма засоления, был изучен солонец темный (целинный) и залежные солонцы (агросолонец и агрозем солонцовый) Омского р-на, наличие морфологической солонцеватости в которых не вызывает сомнений (табл. 2). На кривой набухания во всех образцах почв было отмечено наличие ступеньки (2-й и 4-й тип кривых набухания по Н.Б. Хитрову), что говорит о возможности протекания солонцового процесса. В верхних горизонтах солонца темного (целинного) и агросолон-ца наблюдается 2-й тип кривых набухания — ступенька появляется в первые 30—60 мин., а для солонцовых горизонтов характерны высокое содержание обменно-
го натрия (более 10—20%) и сравнительно небольшое засоление (рисунок). Кривые набухания агрозе-ма солонцового, нижних горизонтов солонца темного (целинного) и агросолонца относятся к 4-му типу (рисунок). По мнению Н.Б. Хитрова, такой тип кривых набухания характерен для горизонтов, не содержащих гипс и имеющих высокую щелочность в вытяжках из почвенных паст. Своеобразие этого типа кривых состоит в том, что первые 2—6 ч набухание происходит по 3-му типу, затем наступает длительный период почти полного его отсутствия, по окончании которого набухание вновь продолжается.
И.Н. Любимова и В.А. Грачев [7] отмечали, что связь между продолжительностью задержки набухания и содержанием обменного натрия сложная и нелинейная, выделить и количественно определить какую-либо закономерность не представляется возможным. Наши исследования подтвердили, что метод кинетики набухания следует рассматривать скорее как возможность качественной оценки наличия или отсутствия солонцеватости, а не качество количественного показателя.
В образце солонца темного целинного величины электропроводности, полученные разными способами, практически совпадают, соответственно совпадают «Врасч.» и «Вэксп.» (табл. 2). В образцах залежных почв величины расчетной и измеренной электропроводности напрямую, как и в случае мелиорированных с использованием гипса, отличаются в два и более раза. При этом, как и в почвах опытного участка, величины «Врасч » и «Вэксп » совпадают.
Таблица 2
Физико-химические свойства целинного и агроизмененных солонцов (Омский р-н, Омская обл.)
Горизонт Глубина, см ЕСрасч., дСм/м ЕС , ЕСэксп., дСм/м ^обм.> % «Врасч.» «Вэксп.» Кинетика набухания, мин
Солонец темный
(1)Л8М 0—17(20) 2,1 1,8 26,6 5 5 <6
(2)Л8М 17(20)—34 3,7 4 46,3 7 7 152
вмк 34—48 5,8 6,1 51,9 7 7 76
ВСЛпс 48—70 5,4 4,6 51,9 7 8 60
Агрозем солонцовый
ри 0—24 3,6 2,5 36,6 5 6 < 15
ВБЬ 24—45 4,9 4,6 54,3 7 8 169
ВСЛпс 45—90 4,1 2,7 52,0 8 9-10 65
ВСЛ 90—100 4,0 1,5 35,2 5 7 38
Агросолонец
ри 10—20 1,3 0,4 6,1 1—2 2 71
Л8М 20—50 1,9 1,2 24,8 5 5 40
Вмк 50—70 2,8 1,8 30,8 5 6 150
ВСЛ 70—90 3,6 1,8 32,3 4 6 12
Высокие баллы «В» исследуемых почв Омского р-на свидетельствуют о достаточно высокой вероятности протекания солонцового процесса. Таким образом, в образцах почв содового засоления Омского р-на (целинного солонца, агрозема солонцового и агросо-лонца) возможность развития солонцового процесса выявлена и по кинетике набухания, и по баллу «В». В зависимости от поставленной задачи исследования диагностику возникновения солонцового процесса в солонцах с содовым засолением (целинных и мелиорированных без применения химических мелиорантов) можно применять оба метода. Для оценки степени наличия физико-химических условий, благоприятных для развития солонцового процесса, более информативен метод расчета балла «В».
Выводы
• Сравнение результатов диагностики солонцового процесса в содовых целинных и агроизменен-ных солонцах лесостепной зоны Омской обл. двумя методами (по кинетике набухания почв и расчету
балла «В» физико-химических условий развития солонцового процесса) показало, что они близки и могут быть использованы как вместе, так и по отдельности.
• При определении показателя «В» величина удельной электропроводности может быть получена как напрямую (экспериментально), так и рассчитана по данным водной вытяжки и влажности, соответствующей нижней границе текучести образца.
• При исследовании химически мелиорированных солонцовых почв (Голубковский стационар, Любинский р-н) в большинстве случаев результаты оценки двух методов не совпадают. Исключение составляют образцы варианта опыта с повторным гипсованием дозой 32 т/га. На этом варианте не было задержки набухания и величина балла «В» равна нулю. Можно предположить, что в агрогенно-преоб-разованных солонцах показатель «В» предполагает наличие физико-химических условий, благоприятных для развития солонцового процесса, но он отсутствует, хотя метод кинетики набухания фиксирует его присутствие и протекание в почве.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Воробьева Л.А. Химический анализ почв. М., 1998.
2. Градобоев Н.Д., Семендяева Н.В., Зубарев Р.Д. Минералогический состав илистых фракций солонцов Омской области // Особенности почв Сибири и химизация сельского хозяйства. Омск, 1970.
3. Грачев В.А, Баранова О.Ю., Исаев В.А. Кинетика набухания и солонцеватость гидроморфных почв // Вестн. Рос. Академии с.-х. наук. 1992. № 3.
4. Грачев В.А, Корнблюм Э.А. Кинетика набухания и набухаемость почв солонцовых комплексов и солодей Заволжья // Почвоведение. 1982. № 1.
5. Классификация и диагностика почв СССР. М., 1977.
6. Классификация и диагностика почв России. Смоленск, 2004.
7. Любимова И.Н, Грачев В.А. Возможность использования особенности кинетики набухания для оценки эффективности мелиорации солонцов // Науч. тр. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. Почвы солонцовых территорий и методы их изучения. М., 1988.
8. Теория и практика химического анализа почв / Под ред. Л.А. Воробьевой. М., 2006.
9. Троценко И.А. Изменение свойств многонатриевых солонцов лесостепной зоны Ишим-Иртышского междуречья при разовом и повторном гипсовании // Докл. Омского отд. Междунар. академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности. Т. 8, вып. 2(5). Омск, 2009.
10. Убогов В.И, Кушнаренко В.Е., Азаренко Ю.А. Агро-экологическая оценка, свойства и мелиорация солонцов Омской области. Омск, 2009.
11. Хитров Н.Б. Физико-химические условия развития солонцового процесса // Почвоведение. 1995. № 3.
12. Хитров Н.Б. Генезис, диагностика, свойства и функционирование глинистых набухающих почв Центрального Предкавказья. М., 2003.
13. Хитров Н.Б. Выбор диагностических критериев существования и степени выраженности солонцового процесса в почвах // Почвоведение. 2004. № 1.
Поступила в редакцию 16.12.2011
THE PROBLEMS OF SOLONETZIC PROCESS DIAGNOSIS
BY VARIOUS METHODS IN VIRGIN AND ANTROPOGENIC SODA SOLONETSES
IN FOREST-STEPPE ZONE OF OMSK REGION
V.V. Khan, I.N. Lubimova, I.A. Salpagarova
Evaluation of two methods for detecting solonetzic process (kinetics of swelling soils and point "B" physico-chemical conditions of solonetzic process) is conducted on the example of virgin and anthropogenic soda solonetses forest-steppe zone of Omsk region. In most cases the study of virgin and anthropogenic soil without the use of chemical reclamation is shown the results of both methods are similar. Both methods revealed the presence of solonetzic process. In most cases the study of soda solonetses after chemical reclamation both methods gave contradictory results
of the evaluation. Applying the large doses of améliorant is revealed the both methods showed the absence of solonetzic process.
Key words: solonetz, anthropogenic soil, diagnosis of solonetzic process.
Сведения об авторах
Хан Валентин Викторович, аспирант каф. химии почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Тел.: 8(495)939-50-10; e-mail: [email protected]. Любимова Ирина Николаевна, докт. с.-х. наук, уч. секретарь Почвенного ин-та им. В.В. Докучаева. E-mail: [email protected]. Салпагарова Ирина Азретовна, канд. с.-х. наук, доцент каф. химии почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Тел.: 8(495)939-50-10; e-mail: [email protected].
