Влияние различных способов орошения риса на сезонную динамику различных форм щелочности почв Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

ХИМИЯ ПОЧВ

УДК 631.4

1 2Отаров А., *Еланцева Н.В., *Дуйсеков С.Н., *Молдабек Г. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ОРОШЕНИЯ РИСА НА СЕЗОННУЮ ДИНАМИКУ РАЗЛИЧНЫХ ФОРМ ЩЕЛОЧНОСТИ ПОЧВ

1Казахский научно-исследовательский институт почвоведения и агрохимии имени У.У. Успанова, 050060, г. Алматы, проспект аль-Фараби, 75, Казахстан,

е-таН azimbay@bk.ru 2Научно-исследовательский центр экологии и окружающей среды ЦА, 050060,

г. Алматы, проспект аль-Фараби, 75, Казахстан Аннотация. В работе рассматриваются актуальные вопросы, связанные с изучением природы щелочности почв рисовых полеи Акдалинского массива орошения. Анализированы карбонатная, боратная, органическая щелочность и их динамика в течении вегетационного периода риса при капельном орошении и орошении методом постоянного затопления в сравнении.

Ключевые слова: засоление, карбонатная щелочность, боратная щелочность, органическая щелочность, динамика, капельное орошение, постоянное затопление, потенциометрическии метод.

ВВЕДЕНИЕ

Кислотно-щелочное состояние любых почв определяет направленность почвообразовательного процесса. Большая часть орошаемых почв в Казахстане приходится на юг республики, где почвы, в основном, имеют высокую щелочность, обуславливающую снижение их плодородия.

Высокая щелочность, особенно так называемая «вспышка» щелочности является неблагоприятным фактором для орошаемого земледелия. Она вызывает пептизацию почвенных коллоидов, уплотнение и снижение плодородия, повышает содержание некоторых токсичных для растении веществ.

Особыи интерес представляет изучение природы щелочности почв рисовых полеи Казахстана. Их высокая щелочность в условиях аридного климата является одним из генетических признаков этих почв и от ее регулирования зависит эффективное плодородие почв.

Почвы Акдалинского массива орошения (объекта исследования) в галогеохимическом отношении в основном относятся к содово-сульфат-

ному типу засоления [1]. В условиях Акдалинского массива орошения основнои фон - это щелочная почва, а увеличение щелочности при выращивании риса - это есть совокупность сложных гидрохимических, физико-химических и биологических процессов. Явление повышения щелочности изучали многие исследователи и несмотря на многочисленность полученных данных по этому вопросу до настоящего времени нет однозначного мнения о причинах «вспышки» щелочности. Существует несколько гипотез, объясняющих это явление. Одни исследователи связывают ее с наличием соды в почвах и природных водах. Образование соды путем вытеснения из коллоидного комплекса обменного натрия, получила экспериментальное обоснование в исследованиях К.К. Гедроица [2]. Ковда В.А. считал, что источником содового засоления почв служат почвенно-грунтовые воды, когда при подъеме по трещинам и порам почвенно-грунтовых вод до верхнего горизонта формируется сода [3].

Родин Л.Е. и Базилевич Н.И. возможность образования соды в почвах и природных водах связывают с

минерализацией солей органических кислот [4]. Авторы наблюдали повышение рН до 9,9 единиц при аэробном разложении органических кислот. На возможность биогенного образования соды указывал Вильямс В.П. [5]. По его мнению, поглощение анионов растениями идет интенсивнее. При этом освобождаются катионы, которые реагируют со свободнои углекислотои, образуя карбонаты. Розанов А.Н. [6] отмечал, что высокая щелочность такыров и такыровидных почв обусловлена большим содержанием щелочных основании в опаде саксаула, при минерализации которого эти почвы обогащаются содои.

Исследователи Воробьева Л.А., Замана С.П. [7] щелочность почвы и грунтовых вод объясняли, главным образом, присутствием растворимых солеи щелочных и щелочноземельных элементов и анионов различных органических кислот. Деиствительно, щелочность водных вытяжек и почвенных растворов определяют титрованием кислотои по индикаторам фенолфталеину и метиловому оранжевому, считая, что она, как правило, обусловлена карбонат и гидрокарбонат-ионами. В то же время известно, что с кислотои может взаимодеиствовать любое вещество, способное присоединять протон. В почвенных растворах и водных вытяжках могут присутствовать соли слабых кислот, на титрование которых также идет кислота [9-11]. Анализ констант диссоциации показывает, что щелочность могут обусловливать анионы S-2, РО-4, НзSiO4"1' , Н2ВО3-1, НСОз-1 и анионы различных органических кислот.

Исследователь Аблаков Е.Б. [8] объясняет, что это повышение щелочности при орошении своим происхождением обязано изменению окислительно-восстановительных условии этих почв. Он считает, что при этом из солеи, имеющих нейтральную

реакцию, образуются соли, обладающие щелочнои реакциеи.

Таким образом, единои теории повышения щелочности при орошении нет. В зависимости от местных климатических, почвенных, геологических, гидрологических и других условии того или иного региона все эти процессы приобретают различную направленность. В этои связи становится актуальнои необходимость изучения природы щелочности для ее целенаправленного регулирования. Различные формы щелочности их сезонная динамика при капельном орошении риса совершенно не изучена и является одним из актуальных направлении почвеннои науки.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Объект исследования - почвы Акдалинского массива орошения. Для решения задачи изучения динамики и различных форм щелочности при различных способах орошения риса был выбран экспериментальньш участок на головнои части древнеи дельты реки Или. Участок расположен рядом с Акдалинским почвенным стационаром Казахского НИИ почвоведения и агрохимии им. УУ Успанова.

Климат в низовьях р. Или резко континентальныи с большои разницеи температур дня и ночи, лета и зимы, с холоднои малоснежнои зимои и жарким сухим летом. Самая высокая температура воздуха (среднемесячная) 23-25°С наблюдается в июне, причем абсолют-ныи максимум ее достигает 40-45°С; самая низкая - 13-15°С отмечается в январе, абсолютныи минимум составляет -45°С. Годовая сумма осадков 135206 мм. Продолжительность безморозного периода в среднем 150-160 суток. Сумма положительных температур (выше +15°С) достигает 2700-3000°С, что обеспечивает возделывание риса с коротким и средним вегетационным периодом.

Определение форм щелочности, обусловленнои карбонатами, боратами и анионами органических кислот, выполняли методом потенциомет-рического титрования по методике Воробьевои Л.А., Замана С.П. [7]. В результате получали кривые титрования, которые в зависимости от природы соединении и интервалов рН, имеют разную форму. Например, карбонат-ионы при прямом титровании кислотои характеризуются двумя резкими изменениями рН, которые на кривых титрования проявляются в виде двух скачков. Первыи скачок при титровании, например, СОз'' обусловлен присоединением протона к СОз'' и переходом СО3'' в НСО3', второи скачок обусловлен присоединением протона к НСОз' и переходом НСОз' в Н2СО3. Щелочность, которую обусловливают анионы различных органических кислот, находили по объему №ОН, пошедшему на обратное титрование системы от рН 4 до рН 7.

Аналитические образцы исследовались в лаборатории Акдалинского почвенного стационара при естествен-нои влажности, не допуская большого разрыва между отбором проб и их анализом.

Наблюдения за динамикои щелочности проводились до затопления рисового чека и подачи воды при капельном орошении, по фазам развития риса и после уборки урожая.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

При изучении природы щелочности почв рисовых полеи Акдалинско-го массива при поливе способом постоянного затопления и способом капельного орошения выяснено, что в почвах одновременно существуют взаимосвязанные различные формы щелочности: карбонатная, боратная, а также щелочность, обусловленная анионами органических кислот. Они по-разному влияют на растительность (по степени токсичности) и на своиства почвы.

Повышение щелочности в момент затопления при подаче воды каплями связано с растворением и усилением реакции диссоциации, гидролиза щелочеобразующих солеи - карбонатов, боратов, с суспензионным эффектом, нарушением карбонатного равновесия. Дальнеишее повышение щелочности до фазы цветения риса обуславливается биохимическими, а при постоянном затоплении еще и восстановительными процессами.

На участке с постоянным затоплением в силу преобладания анаэробных условии («закрытая» система) общая концентрация почвенных растворов выше, и почва подвержена биологическому подщелачиванию. По этои причине по всем срокам отбора величины общеи щелочности выше при постоянном затоплении по сравнению с капельным орошением («открытая» система) (рисунок 1).

Сброс воды из чека приводит к снижению всех выделенных форм щелочности и рН почвенных растворов. С изменением общеи концентрации почвенных растворов реакция растворения, диссоциация и гидролиза щелочеобразующих солеи имеет обратныи ход, а карбонатно-кальциевое равновесие нарушается в сторону образования гидрокарбонатных ионов. Все эти процессы приводят к снижению щелочности почвенных растворов.

На рисунке 2 показана динамика карбонатнои щелочности по срокам отбора образцов при различном способе орошения. По всем отборам карбонатная щелочность, обусловленная солями щелочных и щелочноземельных металлов с угольнои кислотои, выше при постоянном затоплении, чем при капельном орошении. То есть токсичность карбонатнои формы щелочности при капельном орошении ниже, чем при постоянном затоплении и мы считаем, что это является одним из положительных сторон капельного орошения

риса. Анализ констант диссоциации обусловливать и анионы различных показывает, что щелочность могут органических кислот.

1,400

•А

т

£ 1,200 о

3 1,000

со X

2 0,800 г

£ 0,600

о

х

о 0,400 <и

| 0,200

5 6 7 8 Сроки отбора

10

11

12

13

1

2

3

4

9

—*— капельное орошение —•— постоянное затопление

Рисунок 1 - Динамика влияния капельного способа орошения риса на величину

общеи щелочности почв

2 исх. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Сроки отбора

—*— капельное орошение —•— постоянное затопление

Рисунок 2 - Динамика влияния капельного способа орошения риса на величину карбонатнои формы щелочности почв

Органическая щелочность по всем отборам выше на участке с капельным орошением (рисунок 3).

Так, например, если взять четвертыи отбор, то на участке с постоянным затоплением она была равна 0,320 мг-экв/100 г почвы, а на участке с капельным орошением 0,414 мг-экв/100 г почвы.

Это связано с меньшим растворением и меньшеи миграциеи гумусовых веществ при капельном орошении. Следует отметить, что к

концу вегетации риса величины органическои формы щелочности достаточно близки по обоим способам орошения. Этот факт не будем считать отрицательным, так как он скорее говорит о меньшеи миграции гумуса вниз по профилю при поливе способом постоянного затопления.

Наблюдения показали, что с повышением карбонатнои щелочности и рН почвенного раствора увеличивается и боратная щелочность, что также связано с процессами раство-

£

0,5

0,4 -

£ 0,3 т О с

£ 0,2 -0,1

0

6 7 Сроки отбора

10

11

12

13

■ капельное орошение

■ постоянное затопление

Рисунок 3 - Динамика влияния капельного способа орошения риса на величину органической формы щелочности почв

рения, диссоциации, дополнительным переходом в раствор подвижных боратов. Порог токсичности бора для молодых растении риса начинается с 6 мг/кг почвы. Бор в растворе представлен борнои кислотои и борат-ионами, количество которых зависит от рН почвенного раствора. Так как карбонатная щелочность и рН по всем срокам отбора выше при постоянном затоплении, то, как и ожидали, и боратная щелочность выше на

демонстрационном участке с постоянным затоплением, чем на участке с капельным орошением. Как видно из рисунка 4 при поливе способом постоянного затопления на 2-м сроке отбора образцов величина боратнои формы щелочности достигает своего максимума «вспышки щелочности», ко-торыи совпадает с фазои развития риса 2-3 листьев и в большинстве случаев это приводит к изреживанию густоты стояния посевов риса.

1

2

3

4

5

8

9

исх.

Рисунок 4 - Динамика влияния капельного способа орошения риса на величину

боратнои формы щелочности почв

ЗАКЛЮЧЕНИЕ подвергаются разному химическому,

Щелочные почвы рисовых полеи физическому и биохимическому при различных способах орошения изменению. Щелочность почвенных

растворов динамична в течение вегетационного периода, как при капельном орошении, так и при постоянном затоплении.

На участке с постоянным затоплением все почвенные процессы происходят в анаэробных условиях («закрытая» система), что связано с изменением окислительно-восстановительных условии этих почв, когда из солеи имеющих неитральную реакцию, образуются соли, обладающие щелоч-нои реакциеи и с более высоким биологическим подщелачиванием. По этои причине по всем срокам отбора значе-

ния щелочности ниже при капельном орошении («открытая» система), чем при постоянном затоплении. Небольшое исключение составляет лишь органическая форма щелочности при капельном орошении, которая до середины вегетации риса несколько выше, чем при поливе постоянным затоплением. Этот вопрос также остается пока открытым и требует дальнеишего исследования.

Капельное орошение при выращивании риса - новыи способ борьбы с высокои щелочностью почв. новая технология освоения засоленных почв.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Боровский В.М. Формирование засоленных почв и галогеохимические провинции Казахстана. - Алма-Ата: Изд. «Наука» КазССР, 1982. - С. 62-76.

2 Гедроиц К.К. Избранные научные труды. - М.: Изд. «Наука», 1975. - 638 с.

3 Ковда В.А. Происхождение и режим засоленных почв. - М., Л., 1946-47. - Т. 1-2.

4 Родин Л.Е., Базилевич Н.И. Динамика органического вещества и биологическии круговорот зольных элементов и азота в основных типах растительности земного шара. - М.: Изд. «Наука», 1965. - 264 с.

5 Вильямс В.Р. Избранные сочинения. - М.: Изд. «Сельхозгиз», 1949. - Т.1. -

450 с.

6 Розанов А.Н. Сероземы Среднеи Азии. - М.: Изд. АН СССР, 1951. - 459 с.

7 Воробьева Л.А., Замана С.П. Природа щелочности почв и методы ее определения // Почвоведение. - 1984. - №5. - С. 134-139.

8 Аблаков Э.Б. Солевои режим и процессы заболачивания в почвах рисовых полеи низовьев р. Сырдарьи: автореф. кан.с-х.наук. - Алма-Ата, 1954. - 24 с.

9 Баименова А.Т. Природа щелочности почв рисовых полеи Акдалинского массива орошения: автореф. дисс канд.с.-х. наук: 06.01.03. - Алма-Ата, 1984. - 23 с.

10 Мамутов Ж.У Щелочность почв оросительных вод рисовых полеи Казахстана и способы ее регулирования: диссертация в форме научного доклада на соискание уч. степени доктора биол. наук. - Москва, 1993. - 48 с.

11 Баименова А.Т., Корниенко В.А, Мамутов Ж.У К вопросу о природе щелочности в оросительных водах рисовых полеи // В кн. Земельные ресурсы и повышение продуктивности почв Казахстана. - Алматы, 1978. - С. 173-183.

REFERENCES

1 Borovsky V.M. Formirovaniye zasolennykh pochv i galogeokhimicheskiye provintsii Kazakhstana. - Alma-Ata: Izd. «Nauka» KazSSR, 1982. - S. 62-76.

2 Gedroyts K.K. Izbrannye nauchnye trudy. - M.: Izd. «Nauka», 1975. - 638 s.

3 Kovda V.A. Proiskhozhdeniye i rezhim zasolennykh pochv - M., L., 1946-47. - T. 1-2.

4 Rodin L.E., Bazilevich N.I. Dinamika organicheskogo veshchestva i biologichesky krugovorot zolnykh elementov i azota v osnovnykh tipakh rastitelnosti zemnogo shara. - M.: Izd. «Nauka», 1965. - 264 s.

5 Vilyams V.R. Izbrannye sochineniya. - M.: Izd. «Selkhozgiz», 1949. - T.1. - 450 s.

6 Rozanov A.N. Serozemy Sredney Azii. - M.: Izd. AN SSSR, 1951. - 459 s.

7 Vorobyeva L.A., Zamana S.P. Priroda shchelochnosti pochv i metody eye opre-deleniya // Pochvovedeniye. - 1984. - №5. - S. 134-139.

8 Ablakov E.B. Solevoy rezhim i protsessy zabolachivaniya v pochvakh risovykh poley nizovyev r. Syrdaryi: avtoref. kan.s-kh.nauk. - Alma-Ata, 1954. - 24 s.

9 Baymenova A.T. Priroda shchelochnosti pochv risovykh poley Akdalinskogo mas-siva orosheniya: avtoref. diss kand.s.-kh. nauk: 06.01.03. - Alma-Ata, 1984. - 23 s.

10 Mamutov Zh.U. Shchelochnost pochv orositelnykh vod risovykh poley Kazakh-stana i sposoby eye regulirovaniya: dissertatsiya v forme nauchnogo doklada na soiskaniye uch. stepeni doktora biol. nauk. - Moskva, 1993. - 48 s.

11 Baymenova A.T., Korniyenko V.A, Mamutov Zh.U. K voprosu o prirode shchelochnosti v orositelnykh vodakh risovykh poley // V kn. Zemelnye resursy i povysheniye produktivnosti pochv Kazakhstana. - Almaty, 1978. - S. 173-183.

TYli IH

1 2Отаров А., ^ланцева Н.В., хДуйсеков С.Н., Шолдабек Г.

КУР1ШТ1 СУАРУЫНЫН, ТYРЛI ЭД1СТЕР1НДЕП С1ЛТ1Л1ПНЩ ДИНАМИКАСЫ ЖЭНЕ

ХИМИЯЛЬЩ ТАБИFАТЫ 19.О. Оспанов атындагы К,азац топырацтану жэне агрохимия гылыми-зерттеу институты, 050060, Алматы ц., эл-Фараби дацгылы, 75, К^азацстан,

e-mail аzimbay@bk.ru 2Орта Азиялыц экология жэне цоршаган орта гылыми-зерттеу орталыгы, 050060, Алматы ц., эл-Фараби дацгылы, 75, Цазацстан

Ма;алада А;дала суару массившщ KYpta ерктершщ сытыж ;асиеттерш зерттеуге байланысты езект мэселелер ;аралды. Карбонатты, боратты, органикалы; сiлтiлiк пен олардьщ динамикасын тамшылатып суару жэне суару кезшде турак;ты су тасу эдшмен KYрiш есiру кезещнде салыстыру жYргiзiлдi.

TyuiMdi свздер: туздылы;, карбонатты сытыж, бораттыц сiлтiлiгi, органикалы; сытыж, динамика, тамшылатып суару, тура;ты су басу, потенциометрикалы;.

SUMMARY

1 2Otarov A., iElantseva N.V., *Duisekov S. N., *Moldabek G.

DYNAMICS AND CHEMICAL NATURE OF ALKALINE IN DIFFERENT METHODS OF IRRIGATION OF RICE

1 Kazakh Research Institute of Soil Science and Agrochemistry after U.U. Uspanov,

050060, Almaty, 75 Val- Farabi avenue, Kazakhstan, e-mail аzimbay@bk.ru

2 Scientific-Research Center for Ecology and Environment of Central Asiа, 050060,

Almaty, 75 Val- Farabi avenue, Kazakhstan

In the paper, topical issues related to the study of the nature of the alkalinity of the rice fields of the Akdalinsky irrigation array are considered. Carbonate, borate, organic alkalinity and their dynamics during the growing season of rice during drip irrigation and irrigation by the method of constant flooding were analyzed.

Key words: salinity, carbonate alkalinity, borate alkalinity, organic alkalinity, dynamics, drip irrigation, permanent flooding, potentiometric.