CC BY
19
АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2017, том 23, № 2 (71), с. 12-23
————— СИСТЕМНОЕ ИЗУЧЕНИЕ АРИДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ —==———
ПРОЦЕССЫ ГИПСОНАКОПЛЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ ПОРОЗНОСТИ ПОЧВ В ЮЖНОЙ
ЧАСТИ ИРАНА (ПРОВИНЦИЯ ФАРС)
© 2017 г. С. Фазели*, А. Абтахи*, Р.М. Поч**, Х.Аббаслоу***
*Ширазский университет Иран, 71946-84471, г. Шираз, Эрам скв. Email:sahar.faz@gmail.com, abtahi@shirazu.ac.ir
**Университет Ллейда Испания, 25003, Ллейда, пл. В. Сирана, д. 1. Email: rosa.poch@mac.udl.cat ***Сиржанский Технологический Университет Иран, 78137, г. Сиржан. Email:abbaslou@sirjantech.ac.ir
Поступила 14.09.2016
Рост населения ведет к интенсивному и широкому использованию земель, включая гипсоносные и гипсовые почвы, что в результате приводит к повышенному спросу информации об этих распространённых почвах. С целью оценки скорости процессов почвообразования, в частности накопления гипса, и их влияния на пористость почвы были изучены почвы провинции Фарс, расположенной на юге Ирана. Содержание гипса в почвах варьирует в пределах 0.02-42.1% и возрастает с глубиной. В полевых условиях скопления гипса описываются в виде порошкообразных узелков и червеобразных кристаллов. Наблюдаются различные виды микроморфологических образований, связанных с гипсом, которые содержат в самом составе (структуре) и покрыты кристаллами гипса, типичными узелками. После линзообразного гипса были обнаружены узелки псевдоморфного микрита, где кальцит заменил исходный гипс, что является показателем смены в прошлом более засушливого климата на более влажный. Распространённость, морфология и размер кристаллов гипса зависят от почвообразующих процессов. Согласно микроморфологической классификации, гипсоносные почвы подразделяются на две группы: Eogypsic и Gypsic. По анализу снимков изучены и количественно определены изменения пористости почвы, связанные с накоплением гипса. Понимание процессов движения и задержки воды и воздуха в почве; а так же результаты этих процессов имеют практическое значение для землепользования и управления гипсоносными почвами.
Ключевые слова: микроморфология, гипс, анализ изображений, пористость почвы, аридные почвы.
Гипс является наиболее распространенным сульфатным минералом в почвах засушливых и полузасушливых районов. Гипсоносные почвы по оценкам составляют более 200 млн. га по всему миру, включая 27 и 28 млн. га в Иране (Mahmoodi, 1994). Поскольку почва имеет динамическую среду, определение процессов, формирующих почвы, имеет особое значение в изучении развития земель, а также условий окружающей среды в прошлом. В целом, гипсоносные почвы отличаются значительным содержанием гипса (CaSO4-2H2O). Почвы, содержащие гипс, распространены в районах с режимом увлажнения: ustic, xeric и aridic. В Иране такие почвы обычно обнаруживаются на склонах с крутизною менее 8% и занимают около 17.5 % от общей площади страны.
Различные факторы, такие как низкий уровень плодородия почв, низкая способность влагоудержания, небольшая мощность почвенного слоя из-за вертикальных корок, вероятность засоления и содержание в почвах более 60% затвердевшего гипса, считаются факторами, ограничивающими пригодность гипсоносных почв для дальнейшего использования. Более того, гипсоносные почвы обычно имеют непрочный агрегатный состав из-за недостаточности влаги как связующего компонента и, в основном, имеют нестабильную структуру, поэтому высока опасность эрозии и разрушения таких гидротехнических структур, как ирригационные каналы или других видов сооружений.
Микроморфология почв широко используется для определения генетических процессов (Khalaf et al., 2014), структуры (Artieda, 2013; Bergada et al., 2015) и свойств почв (Chamizo et al., 2015), а также их поведения (Aldaood et al., 2014).
Закладываются тонкие срезы, в них можно исследовать процессы движения, выщелачивания, или накопления почвообразующих компонентов. Благодаря высокой растворимости гипса по сравнению с карбонатом кальция, накопление этого минерала зависит от гидрогеохимических особенностей. Поэтому, формы накопления гипса могут быть использованы в качестве индикаторов его условий формирования в окружающей среде (Poch et al., 2010). Микроморфология почвы позволяет изучать и отслеживать остаточные изменения в этих гипсовых скоплениях. Целью данного исследования является анализ процесса гипсонакопления и изменения порозности почв в провинции Фарс, Иран, где были обнаружены гипсоносные почвы. Данное исследование впервые проводилось в указанной области с использованием микроморфологических и микроморфометричских подходов для описания и количественной оценки процесса с помощью метода анализа изображений.
Материалы и методы
Описание исследуемого района. Район исследования, площадью около 1000 га, расположен в юго-восточной части провинции Фарс, примерно в 300 км от города Шираз, в координатах 53° 56' 24"-540 1' 12" в. д. и 28° 12' 30"-28° 18' 42" с. ш. (рис. 1). Максимальные и минимальные высоты над уровнем моря составляют 937 и 827 м соответственно, средняя высота - 850 м.
Рис. 1. Расположение исследуемой территории в Иране, провинция Фарс.
Территория характеризуется долгим сухим и жарким летом, знойными ветрами и относительно короткой влажной и умеренной зимой. Годовое количество осадков составляет 262.5 мм, а средняя годовая температура 19.9°С. Около 90% годового количества осадков приходится на период с декабря по март, являясь причиной сильных ливневых дождей и больших объёмов ливневых стоков, которые не могут проникнуть в почву. Для почв исследуемой области свойственны аридный режим увлажнения и гипертермический температурный режим.
Земли расположены вдоль горной цепи, образующей так называемую Загросскую складчатость. Почвообразующие породы сформированы из различных образований, таких как Кхами, Бангестан, Кахдоми, Табур, Джахрум, Асмари, Гурпи, Ками, Бахтиари, Разак и Мишан, которые относятся к палеозойскому и мезозойскому периодам (Aghanabati, 2004).
Отбор образцов и анализ. Физико-географические единицы исследуемой территории были определены и обоснованы на основании аэрофотоснимков масштаба 1:50000. Было отобрано 11 репрезентативных профилей со сходными свойствами, такими как: угол наклона (крутизны), рельеф,
состояние дренажа, каменистость, тип использования, сообщество эндемичных растений, материнские породы и формы эрозии (рис. 2). Также были рассмотрены такие характеристики профилей как текстура, структура, цвет и мощность (табл. 1).
Таблица 1. Морфологические свойства исследуемых почв*.
Профиль Горизонт Структура Влажный цвет Глубина (см) Граница
1 Ap ciabk 10YR3/4 0-25 cl
Bw1 miabk 10YR4/4 25-60 cl
Bw2 f1-2abk 10YR4/4 60-90 cl
Bw3 mass /ciabk 10YR5/4 90-130
2 Ap m 10YR3/5 0-20 cl
Bk1 m 10YR4/4 20-70 cl
C1 M 10YR4/5 70-100
3 A M 10YR4/4 0-25 cl
C M 10YR4/5 25-100
4 Apy clody> ciabk 10YR3/4 0-25 cl
By1 ciabk > m2abk 10YR4/4 25-60 cl
Bw1 ciabk > m2abk 10YR4/4 60-95 gr
Bw2 m >ciabk 10YR2/5 95-130
5 Apg clody> ciabk 10YR2/5 0-30 cl
Bg1 ciabk > cipr 10YR2/5 30-70 gr
Bg2 ciabk > cipr 10YR2/5 70-130
6 Ap ciabk > miabk 10YR3/4 0-30 cl
Bk1 m2abk > f2abk 10YR3/4 30-90 cl
Bk2 ciabk > m2abk 10YR3/4 90-130
7 Ap Pl 10YR3/5 0-10 cl
Bw1 m >miabk 10YR4/4 10-30 cl
Bw2 miabk > fiabk 10YR4/4 30-85 cl
Bw3 m>ciabk 10YR4/5 85-130
8 Ay m 2.5YR2/5 0-25 gr
By1 m 2.5YR2/5 25-65 cl
By2 m 2.5YR2/5 65-95 By2
By3 m 2.5YR2/5 95-130 By3
9 Ay m 10YR4/5 0-30 Ay
By1 m 10YR4/5 30-70 By1
By2 m 10YR4/5 70-90 By2
By3 m 10YR4/5 90-130 By3
10 Ap ciabk > miabk 10YR3/3 0-25 Ap
Bw1 ciabk > miabk 10YR3/4 25-45 Bw1
Bw2 m2abk 10YR4/4 45-75 Bk1
Bw3 miabk > fiabk 10YR2/5 75-125 Bk2
11 Ap pl>ciabk 10YR2/5 0-20 Ayz
Bk1 ciabk > m2abk-pr 10YR3/4 20-45 Byz1
C1 cipr > c2abk 10YR3/4 45-85 Byz2
A ciabk > miabk 10YR4/4 85-125 Byz3
Примечание к таблице 1 и 2: * - используемые символы в соответствии с сокращением, приведенными в Soil Survey Staff (1993, 2014).
Измельченные, высушенные на воздухе почвенные образцы были просеяны (2 мм) и подготовлены для анализа размера частиц с использованием метода гидрометра, описанного в
работах G.W. Gee и J.W. Bauder (1986.) Содержание органического углерода измеряли методом влажного окисления хромовой кислотой и методом обратного титрования сульфатом-аммония железа. Карбонат кальция эквивалент (ККЭ) анализировали с помощью кислотной нейтрализации. Водородный показатель (рН) измеряли при помощи стеклянных электродов, в насыщенной смеси воды и почвы (Thomas, 1996). Электропроводность была измерена в насыщенном экстракте (Rhoades, 1996). Ёмкость катионного обмена определена с использованием ацетата натрия при рН 8.2 (Sumner, Miller, 1996). Количественное определение гипса проводилось по переработанной методике с использованием ацетона (Loppert, Suarez, 1996) и с поправкой на гидратную воду. Содержание кальция и магния измерялось методом EDTA-титрования.
Для микроморфологического исследования были отобраны образцы ненарушенных почвенных глыб. Затем они были пропитаны полиэфирной смолой в вакууме. После полимеризации и отверждения смолы, из них были сделаны тонкие вертикальные срезы, длиной 13 см, шириной 5.5 см и толщиной 20-30 мкм (Murphy, 1986). В результате, было получено 20 тонких срезов, изученных и сфотографированных поляризационным микроскопом G. Stoops (2003).
Для анализа изображений методом случайной выборки были отобраны 10 точек (5 мм х 5 мм) из каждой секции и 3 изображения - из каждой области, при параллельных поляризаторах (PPL), кросс-поляризаторах (XPL) и частично скрещенных поляризаторах (PXPL) с общим числом изображений из каждой секции - 30 штук. Затем они были обработаны с использованием программного обеспечения software Image J 1.3 X. Изображения из частично скрещенных поляризаторов являлись порогами: первый порог был использован для получения изображения пористости из изображения PXPL. Изображения PPL были использованы для контроля и выделения пористости от артефактов. Второй порог с высветленным серым фоном был представлен для получения изображений безгипсового содержания из изображения PXPL (рис. 2). Исключение составили объекты, размером более 20 мкм, которые были сохранены для удаления шума. Для каждого бинарного изображения был рассчитан процент площади, который соответствует объемной доле воздуха в почве.
/
First threshold for Gypsum
»'¡.-се
sjr ■■
Removal of noise and binarization
Gypsum in black
v j . ;•■
¡•♦A*
. л
ik v '
uy-T*;- -
\
Second threshold for Porosity
Ш
Removal of noise and binarization
\Js \
ET 11
1
- A
Pores in black
Рис. 2. Процесс анализа снимков.
Результаты и обсуждение
Морфологические и физико-химические свойства. Почвообразующими являются известковые и гипсоносные породы, которые образовались в результате выветривания конгломератов, песчаников, раковин и рифовых известняков, мергелей и гипса из отложений олигоцена и миоцена. Доломитовые известняки палеоцена-эоцена, сланцы и глауконитовые и доломитовые материнские породы были
перемещены на равнину в качестве аллювиальных синклинальных отложений.
Северо-западная часть территории часто покрыта аллювиальными потоками с легкими почвами и гранулированными структурами с грунтовыми водами. В отличие от них земли северо-восточной части характеризуются распространением аллювиальных равнин у подножия гор и минерализованными водами. Почвы характеризуются тяжелой текстурой, что свидетельствует о более длительной эволюции профиля чем в северо-западной части ведущими к образованию рыхлых, известковых, гипсовых горизонтов. Почвы в курганах и аллювиальных возвышениях постоянно подвергаются эрозии из-за высокой крутизны склона и ливневых потоков. Они характеризуются уровнем инфильтрации от среднего до быстрого и текстурой от очень лёгкой до легкой, а также отсутствием эволюции профиля и дифференциации горизонтов.
Таблица 2. Физико-химические характеристики исследуемых почв.
Профиль Горизонт ЦИК (Смоль/кг) Текстура CaCo3 эквивалент (%) Гипс (%) OM (%) EC (dS/m при 25°С) Mg (ммоль/л) Ca (ммоль/л) pH
1 Ap 12.22 scl 34.00 0.02 1.37 4.90 12.8 15.6 7.65
Bw1 14.19 sicl 25.25 0.70 1.37 4.80 14.4 16.0 7.6
Bw2 14.19 sc 65.25 0.09 1.04 4.90 11.0 11.6 7.66
Bw3 11.41 cl 71.50 0.01 0.40 8.40 24.4 11.6 7.88
2 Ap 13.83 l 47.00 0.20 1.04 0.08 1.5 6.5 7.36
Bk1 20.10 l 38.25 0.96 0.08 0.09 4.0 6.0 7.47
C1 21.20 cl 52.00 0.10 0.00 2.30 6.0 8.0 7.64
3 A 11.17 l 53.25 0.02 0.40 2.00 6.0 14.0 7.62
C 7.22 sl 63.88 0.09 0.08 1.60 1.0 8.0 7.58
4 Apy 14.19 sic 27.00 5.60 1.05 1.70 9.0 12.0 7.88
By1 14.18 cl 16.70 18.4 0.08 1.60 12.4 15.6 7.82
Bw1 16.18 l 44.25 0.30 0.00 1.30 6.0 8.0 7.73
Bw2 19.40 l 50.00 0.70 0.40 1.30 8.0 8.0 7.82
5 Apg 27.35 sic 47.00 0.50 2.66 22.50 26.0 50.0 7.49
Bg1 24.75 c 45.70 0.24 1.37 19.50 28.0 32.0 7.46
Bg2 22.67 sil 44.50 0.29 0.72 11.50 22.0 30.0 7.80
6 Ap 22.22 sic 53.20 0.33 2.02 4.90 46.0 42.0 7.76
Bk1 18.40 sic 44.50 0.29 1.37 7.50 28.0 26.0 7.61
Bk2 18.00 sic 57.00 0.17 0.40 6.90 18.0 26.0 7.67
7 Ap 11.80 sil 67.75 0.90 2.02 14.00 35.6 24.6 7.22
Bw1 14.18 sic 66.50 0.33 1.04 16.00 33.8 38.2 7.50
Bw2 13.65 sic 71.50 0.80 0.40 16.00 136.0 172.0 7.34
Bw3 13.41 sicl 72.60 0.30 0.40 18.00 210.0 216.0 7.72
Почвы предгорных и аллювиальных равнин характеризуются накоплением кальцита и гипса в горизонтах с умеренным развитием почвенных профилей. Ирригация осуществляется минерализованными водами. Им свойственна инфильтрация от слабой до умеренной, текстура - от тяжелой до очень тяжелой и часто относительно плотные конгломераты. В поймах, почвам свойственна инфильтрация от средней до слабой, и текстура от средней до очень тяжелой. В некоторых местах наблюдаются высокое накопление гипса и отсутствие хорошо-развитой структуры (Soil Survey Staff, 1993).
Согласно полевым наблюдениям и результатам физико-химических анализов (табл. 2),
выбранные почвы классифицируются как Gypsic Haplosalids, Gypsic Haplustepts, Typic Fluvaquents, Aridic Ustorthents, Typic Haplaquepts, Aridic Haplustepts и Aridic Calciustepts (Soil Survey Staff, 2014).
Значения рН находятся в диапазоне от 7.4 до 8.3. Достаточно стабильные показатели рН обусловлены известковым составом почвообразующих пород, низким уровнем выветривания и слабым развитием этих почв (Mahjoory, 1979).
В полевых условиях почвы характеризуются накоплением нескольких типов гипса и кальцита в виде порошкообразных узелков и червеобразных скоплений гипса, а также мягкой мучнистой извести. В гипсоносных профилях накопление гипса возрастает с глубиной благодаря вымыванию из верхних горизонтов и накоплению в Ву1 горизонтах. Впоследствии начинается второй цикл гипсового выщелачивания из Ву1 (рис. 3), но из-за недостатки влаги в регионе этот процесс протекает очень медленно, так что содержание гипса с глубиной уменьшается до 60 см.
Рис. 3. Изменение содержания гипса по гипсоносным профилям.
Согласно данным (табл. 2) наблюдается обратная тенденция между содержанием гипса и кальция во всех гипсоносных горизонтах профилях, причиной чего может являться различные показатели водопроницаемости кальция и гипса.
Микроморфология. Микроструктура исследованных тонких срезов является угловатым и
полуугловатым конгломератом с различной степенью разделения, зависящей от скорости эволюции почв. Пределы с/Я находятся между 15-35 микрометрами. Соотношение с/Я варьирует от 'Л до 1/10 и даже в некоторых тонких срезах наблюдалось соотношение 2/1.
Грубые материалы включают в себя кристаллы гипса, кварца, полевого шпата и фрагменты известняка. Поры в этих почвах в основном состоят из плоскостей, каналов, камер и везикул. Также наблюдается содержание микрита в микромассах. Цвет этих почв варьирует от желтовато-коричневого до коричневого. Органические материалы в основном включают остатки корней или разложившихся клеточных остатков, которые случайным образом оказались в основной массе (табл. 3).
В этих условиях находятся различные формы гипсовых и кальцитовых свойств почв. Основные свойства в профилях связаны с гипсом и включают в себя плотные и рыхлые структуры пор, гипсоидиотопические и гидротопические узелки линзовидных кристаллов, покрыты, гипоматериалом, ксенотопические гипсовые узелки, а также двойные с кристаллами гипса как прослойками в основной массе (рис. 4). Количество гипса в почве возрастает в средней части профиля с глубиной.
Таблица 3. Микроморфологические свойства изучаемых почв.
Проницаемость и микроструктура, рельеф под почвами С/Р параметры (предел, отношение, связанные с распределением) Педосвойства
Профиль 1 (0-25 см) Ар
40% каналы и камеры, везикулы и равнины, педалированные, к югу блочные, слабо развитые 30 мкм, 1/4, открытые порфировые Типичные узелки кальцита, незакрепленные разрывные и непрерывные внутренние частицы, заполнены кристаллами кальцита; радиальный узелок гиподиотопический и ксенотопический кристаллов гипса; биогенный кальцит
25-60 см Bwl
40% каналы и камеры, везикулы и равнины, педалированные, к югу блочные, слабо развитые 30 мкм, 1/5, открытые порфировые Типичные узелки кальцита и пропитана, некоторые из них очень большие
Профиль 2 (20-70 см) Вк1
30% впадина и везикулы, каналы и пустоты, равнина слабо развита 34 мкм, 1/2, с двойным интервалом порфировых Карбонат кальция узелки с порами внутри и очень больших (2-4 мм); сложные свойства почв; фрагменты известняка измененной биологической активности и некоторой декарбонизации; высоко тревожные поперечные блоки по биологической активности
Профиль 4 (0-25 см) Ару
30% депрессия, везикулы, каналы и камеры и самолеты apedal, у^Ьу 30 мкм, 1/1, через один интервал с двойным интервалом порфировых и открытой разнесены в гипсовых свободных массах Свободные непрерывные и прерывистые с idiotopic линзовидной и hypidiotopic гипса; очень грубый размер песка с типичными узелками гиподиотопическими и ксенотопическими кристаллами гипса; плотные полные тШИп§8 с линзообразным гипсом; некоторые гипсовые тШИп§8 с частичным расположением idiotopic кристаллов гипса
ФАЗЕЛИ, АБТАХИ, ПОЧ, АББАСЛОУ Продолжение таблицы 3. Микроморфологические свойства изучаемых почв.
25-60 см By1
35% везикул, каналы, пустоты и равнины, педалированные, угловой формы, блочный, слабо развита 15 мкм, 2/1, через один интервал с двойным интервалом порфировых Поперечные, незакрепленные разрывные вкрапления с кристаллами кальцита (мелкий песок); типичные и концентрические кальцитные узелки (биогенные); плотные полные и неполные вкрапления с кристаллами кальцита (очень мелкий размер песка)
Профиль 5 (70-130 см) Bg1
20% впадины, везикулы, каналы и пустоты и равнины, педалированные угловой формы, блочные, слабо развит. 40 мкм, 1/6, открытая порфировых Узелки гипидиотопические и ксенотопические кристаллы гипса; некоторые свободные непрерывные вкрапления с гипсом
Профиль 7 (10-30 см) Bw1
25% каналов, пустоты, везикулы и равнины, педалированные, угловатой формы, блочный, умеренно-развитые 30 мкм, 1/3, открытая порфировых Узелки кальцита; фаунистические экскременты (красновато-коричневый)
30-85 cm Bw2
30% пустоты, каналы, везикулы и равнины, педалированные, угловатой формы, блочный, слабо развита 30 мкм, 1/5, открытая порфировых Глинистые прослои; фрагменты ориентированных глин как прослойками (от среднего до мелкого размера) песка; почвенные агрегаты свойства слоистые грубее и тонкие материалов
Профиль 8 (25-65cm) By1
30% пустоты, везикулы, впадины и равнины и самолеты, плоские элементы 15 мкм, 1/1, через один интервал с двойным интервалом порфировые Узелки идиотопические и гипидиотопические кристаллов гипса; плотные полные и неполные вкрапления с гипсом, сыпучие непрерывные и разрывные вкрапления с гипсом; линзообразная и гипидиометрическая форма кристаллов гипса в основной массе
65-95 cm By2
40% каналов и пустоты, равнины и везикулы, педали, 8иЬа^и1аг, блочные вкрапления, умеренно развитые 20 мкм, 1/2, двойные в одинаковом расстоянии друг от друга порфировые Сыпучие непрерывные и разрывные с линзовидными кристаллами гипса; плотные полные тШ1т§8 из ксенотопических кристаллов гипса (1 мм)
Декарбонизированные области, связанные с гипсовыми узелками и комплексом веществ из декарбонизированных районов и биогенного кальцита (queras) также были обнаружены в Ву3 горизонте. Это явление может быть связано с катионным обменом между корнями и почвой, с Ca2+, Mg2+ и К+, проникающими в корень, а Н+ попадает в почвенный раствор. В результате этого процесса окисляется почва вокруг корня, что способствует растворению кальцитов (Artieda, 2013). В том же самом горизонте в небольших количествах встречаются гнезда целестина (SrSO4). Целестин -минерал, который часто ассоциируется с наличием гипса и других эвапоритовых минералов.
Согласно микроморфологической классификации гипсоносных почв, они относятся к Eogypsic и Gypsic типам (Stoops, 1994).
Кристаллы кальцита представлены в основном микритами (менее 5 микрометров) и
обнаруживаются в основной массе. Однако различные почвенные формы кальцита, включающие покрытие, заполнение пор, типичные узелки и биогенные узелки также были изучены. Узелки микрита, сформированные псевдоморфным кальцитом микрита после линзовидного гипса были обнаружены в горизонтах Ву3 и Ву4. Псевдоморфные образования имеют линзовидную форму гипса при параллельно поляризованном свете, но кальцит сохранил первоначальную форму гипса. Это явление характерно как для засушливых, так и для полузасушливых областей свидетельствует о более влажном климате в прошлом с высокой биологической продуктивностью и повышенной влажностью, способствующих растворению гипса с замещением его на кальцит. Этот процесс усиливается от внешних границ кристалла к центру.
Рис. 4. Профиль 9, Ву2 горизонт, под XP лучами; раздвоения кристаллов гипса.
Рис. 5. Профиль 9, by3 горизонт; под XP светом; Queras.
L. Sullivan (1990) предлагает два механизма формирования этих псевдоморфоз: (I) растворение гипса с последующим осаждением кальцита в пустоте псевдоморфного соединениях, и (б) молекулярная замена гипса кальцитом. В первом случае образование псевдоморфных соединений в
общей массе может быть сопряжено заполнением пустот. В. Hamdi-Aissa (2002) придерживается второго варианта, в основе которого лежит механизм агрегации кристаллов гипса во время влажного периода голоцена.
В нашем случае также предполагается, что эти признаки почвообразования следовали после второго механизма развития пятнистых линзовидных псевдоморфоз, наблюдаемых в некоторых этапах почвообразования. Эксперименты T.L. Thompson с соавторами (1991) с выщелачиванием также способствовали развитию псевдоморфоз кальцита после замены гипсовых фрагментов, что было описано в последней гипотезе. Вероятнее всего, основным источником появления гипса в этих почвах является формация Разак. При формировании почвы от гипс-содержащих отложений (образование Разак), гипс переходит в почвы в результате процессов растворения и оседания. Существование насыщенных растворов и скорость свободной энергии в почвенных порах являются основными факторами при кристаллизации гипса (Kastner, 1970). Аналогичные наблюдения были зарегистрированы другими исследователями.
По этой причине, чем более глубоко и сильно развиты почвы, тем больше линзовидная форма гипса является доминирующим, поскольку для формирования этих кристаллов может потребоваться больше времени. Мы также наблюдали большие кристаллы гипса чечевицеобразной формы в некоторых частях этих почв и из-за аридного режима зоны в настоящее время мы можем сделать вывод, что процесс обогащения гипса происходил в более древние времена.
Анализ снимков. При сравнении содержания гипса (табл. 4), измеренного с помощью ацетона и анализов снимков, разница между этими двумя группами данных показывает очевидную недооценку метода с использованием ацетона.
Таблица 4. Результаты анализа изображений (SE - стандартная ошибка при 10 количестве репликаций).
Профиль и горизонт Пористость, % Объем гипса, % SE пористости_SE гипсового_
Ap - 1 31.7 2 1.6 1.4
Bw1 - 1 47.6 — 0.5 -
Bki - 2 5.34 — 0.7 -
Apy - 4 32.5 8.6 0.8 1.2
Byi - 4 29.3 7.38 1.2 1.1
Bg2 - 5 8.18 9.1 0.9 0.7
Bw1 - 7 6.27 — 1.9 -
Bw2 - 7 4.33 — 1.3 -
Byi - 8 4.28 6.51 1.1 1.2
By2 - 8 5.31 8.33 1.1 2.3
Byi - 9 22 4.58 1.7 3.4
By2 - 9 8.47 1.7 1.1 2.3
By3 - 9 3.32 5.4 0.6 0.9
Bwi - 10 5.18 — 0.8 -
BW2 - 10 7.31 — 1.3 -
Byz1 - 11 6.57 15 1.7 2.1
Byz3 - 11 1.40 9.18 1.6 1.9
Этот факт был ранее отмечен в работах Я.М. РосЬс с соавторами (1998), и это было связано, среди прочих причин, с невозможностью растворить весь гипс. В процессе обработки изображений не учитывается валовое содержание гипса в основной массе. При соотношении этих двух способов определения содержания гипса (рис. 6) отмечается положительная и линейная корреляция Я2=0.95.
Содержание гипса возрастает с глубиной почвы, вне зависимости от использования метода с использованием ацетона или с анализом снимков. Такое распределение содержания гипса за счет испарения из насыщенных гипсом грунтовых вод будет способствовать накоплению гипса.
Корреляция между обеими переменными при приеме всех образцов во внимание, является очень низкой, так как пористость безгипсовых горизонтов очень изменчива и зависит от других факторов, кроме содержания гипса. Однако, когда рассматриваются только шесть горизонтов с более чем 15%
содержания гипса (метод ацетона), мы наблюдаем отрицательную линейную корреляцию (R2=0.743, P>0.05) между пористостью и содержанием гипса, хотя значение не является существенным, однако это, возможно, указывает, что накопление гипса способствует уменьшению пористости (эквивалентный диаметр>20мкм). R.M. Poch с соавторами (1998), изучая процесс накопления гипса в каталонских почвах не наблюдал изменения пористости. В нашем случае, накопление крупных кристаллов гипса оставляет несколько пор между ними. Также следует учитывать доминирующие гипсовые свойства почвообразования, такие как заполнение пор (плотное неполное и свободное непрерывное) и в основном плотные заполнение, которое возможно наблюдать под микроскопом, что также может быть причиной снижения пористости в этих почвах.
О 10 20 30 40 50 60 70
Гипс %, определен методом анализа изображений
Рис. 6. Определение соотношение между объемом гипса 2-мя методами анализа изображений и ацетона.
Заключение
Количество, морфология и размеры гипсовых кристаллов в исследуемых почвах зависит от процессов почвообразования, с того момента, когда материнская порода еще не содержала гипс. Аналитические результаты, полевые и микроморфологические наблюдения, зависимость в основном, от местоположения и типа почвообразующих процессов, позволяют сделать вывод, что основным источником возникновения и накопления гипса является перенос его грунтовыми водами из гипсосодержащего раствора в формациях Разак.
Количество гипса увеличивалось с глубиной во всех профилях почвы из-за слабого выщелачивания в таких засушливых районах. Существование большого линзообразного гипса в условиях аридной зоны в настоящее время, а также размер кристаллов гипса, свидетельствуют, что накопление гипса происходило в прошлом и что эта область, вероятно, характеризовалась влажным климатом в момент образования гипса. Наличие узелков микритов с псевдоморфозами кальцита после линзообразного гипса, вероятно, указывает на более влажный (в прошлом) климат, с более высокой биологической активностью (выше рСО2) и влажностью, что обеспечило растворение гипса и замещения кальцита. Этот процесс прогрессирует обычно от внешней окружности к центру кристалла. Накопление гипса привело к уменьшению пористости (размер пор >20 мкм). Это можно объяснить процессом (1) заполнения пор гипсом, и (2) формированием гиподиотопической, ксенотопической и гипсовой почвенной структуры, а также дальнейшим ростом лентикулярных кристаллов, заполняющих пустоты предыдущих образований.
Морфологическое описание системы почвенных пор с помощью анализа снимков обеспечивает более реалистичную основу для понимания удержания и движения воды и воздуха в почве и, таким образом, эти результаты имеют практическое значение в целях землепользования и использования гипсоносных почв.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Aghanabati A. 2004. Geology of Iran. Geological Survey of Iran. Iran. 586 р.
AldaoodA., Bouasker M., Al-Mukhtar M. 2014. Impact of wetting drying cycles on the microstructure and mechanical properties of lime-stabilized gypseous soils // Engineering Geology. Vol. 174. Р. 11-21.
Artieda O. 2013. Morphology and micro-fabrics of weathering features on gyprock exposures in a semiarid environment (Ebro Tertiary Basin, NE Spain) // Geomorphology. Vol. 196. P. 198-210.
Bergada M.M., Poch R.M., Cervello J.M. 2015. On the presence of gypsum in the archaeological burial site of Cova des Pas (Menorca, western Mediterranean) // Journal of Archaeological Science. Vol. 53. P. 472-481.
Chamizo S., Rodriguez-Caballero E., Canton Y., Asensio C., Domingo F. 2015. Penetration resistance of biological soil crusts and its dynamics after crust removal: Relationships with runoff and soil detachment // Catena. P. 164-172.
Hamdi-Aissa B., Fedoroff N., Halitim A., Vallès V. 1998. Short and long-term soil-water dynamic in soils in Chott hyper-arid areas (Sahara of Algeria) // Proceeding of the 16th World Congress of Soil Science. Montpellier. France. 10 р.
Gee G. W., Bauder J.W. 1986. Particlesize analysis // Methods of soil Analysis. Madison. P. 383-411.
Khademi-Moghari H. 1997. Stable isope geochemistry, mineralogy and microscopy of gypsiferous soils from central Iran. PhD Thesis. University Of Saskachewan.
Khalaf F.I., Al-Zamel A., Gharib I. 2014. Petrography and genesis of Quaternary coastal gypcrete in North Kuwait, Arabian Gulf // Geoderma. Vol. 226-227. Р. 223-230.
Mahjoory R.A. 1979. The Nature and Genesis of Some Salt-Affected Soils in Iran // Soil Science Society of American Journal. Vol. 43(5). P. 1019-1024.
Mahmoodi Sh. 1994. Properties and management of gypsiferous soils // 4th Soil Science Congress of Iran, Isfahan Univ. of Technology, 29-31 Aug.
Poch R.M., Artieda O., Herrero J., Lebedeva-Verba M. 2010. Gypsic features. In: G. Stoops, V. Marcelino and F. Mees (Editors), Interpretation of Micromorphological Features of Soils and Regoliths. Elsevier.
Poch R.M., De Coster W., Stoops G. 1998. Pore space characteristics as indicators of soil behaviour in gypsiferous soils // Geoderma. Vol. 87 (1-2). P. 87-109.
Rhoades J. D. 1996. Salinity: Electrical conductivity and total dissolved solids // In D. L. Sparks et al. (ed.) Methods of Soil Analysis. Am. Soc. Agron., Madison, WI. Part 3, P. 417-436
Soil Survey Staff. 1993. Soil Survey Manual. USDA-Natural Resources Conservation Service, Washington, DC.
Soil Survey Staff. 2014. Keys to Soil Taxonomy. USDA-Natural Resources Conservation Service, Washington, DC.
Stoops G. 2003. Guidelines for Analysis and Description of Soil and Regolith Thin Sections. Soil Science Society of America Madison, Wisconsin.
Stoops G., Poch R.M. 1994. Micromorphological classification of gypsiferous soil materials // In: G.S. Humphreys and A.J. Ringrose-Voase (Editors). Soil micromorphology: studies in management and genesis. Developments in soil science. Elsevier, Amsterdam. Vol. 22. P. 327-332.
Sullivan L. 1990. Micromorphology and genesis of some calcite pseudomorphs after lenticular gypsum // Australian Journal of Soil Research. Vol. 28(4). P. 483-485.
Sumner M. E., Miller W. P. 1996. Cation exchange capacity and exchange coefficients // In D. L. Sparks et al. (ed.) Methods of Soil Analysis. Am. Soc. Agron. Madison. WI. Part III. P. 1201-1229.
Thomas G. W. 1996. Soil pH and soil acidity // In D. L. Sparks et al. (ed.) Methods of Soil Analysis. Am. Soc. Agron. Madison. WI. Part III P. 475-490.
Thompson T.L. Hossner L.R., Wilding L.P., 1991. Micromorphology of calcium carbonate in bauxite processing waste // Geoderma. Vol. 48 (1-2). P. 31-42.
