Почва как компонент биосферы, значение в природе и жизни людей

 

В вопросе о генезисе солонцов еще много неясного и спорного, но несомненно, что характерные признаки и свойства этих своеобразных почвенных  образований обусловлены наличием в них значительного количества обменного натрия (табл. 62).

 

 

 

Из приведенной таблицы  видно, что в составе поглощенных  катионов солонцовых почв обменный натрий занимает значительное место и что  наибольшее его количество содержится главным образом на некоторой  глубине от поверхности, в иллювиальном горизонте.

 

Пути накопления в почве  катионов натрия могут быть различными.

 

Основным источником поглощенных  катионов натрия в солонцовых почвах являются соли натрия, которые появляются в почве главным образом в  результате капиллярных восходящих токов солевых растворов.

 

Накопление солей натрия в солонцах возможно в результате жизнедеятельности галофитной растительности, извлекающей из почвы значительное количество натриевых соединений.

 

Солонцы могут возникать  и в результате рассоления солончаков, в составе солей которых преобладают хлориды и сульфаты натрия. При этом развитие свойств, присущих солонцам, начинается в процессе рассоления, после того как из почвенной толщи будет удалена большая часть легко растворимых солей.

 

Об этом свидетельствует  также и тот факт, что размещение солонцов очень часто приурочено к первой и особенно ко второй надпойменным террасам, где в геологическом  развитии местности возможно было понижение уровня почвенно-грунтовых вод, и, следовательно, возникновение явлений рассоления.

 

Солонцы и солонцеватые почвы, являясь продуктом рассоления натриевых солончаков, при засолении их могут обратно переходить в солончаки.

 

Процесс внедрения в почвенный  коллоидный комплекс ионов натрия называется осолонцеванием почв, а образующиеся при этом почвы — солонцами.

 

Необходимым условием внедрения  обменного натрия в коллоидный комплекс является наличие солей натрия в  почвенном растворе. При этом наиболее энергично внедрение обменного натрия происходит в тех случаях, когда он присутствует в почве в форме соды. Реакцию взаимодействия между почвой и раствором соды можно представить в таком виде:

 

 

 

Так как при этом образуются трудно растворимые в воде соли СаСО3 и MgCO3, то реакция здесь может идти до полного замещения натрием  обменных катионов кальция и магния.

 

Значительно менее энергично  этот процесс протекает при наличии  в почвенном растворе нейтральных  солей — NaCl и Na2SO4.

 

Реакцию внедрения натрия и замещения им двухвалентных  катионов в этом случае можно изобразить таким образом:

 

 

 

В этом случае образуются более  легко растворимые соли (СаС12, MgCl2, CaSO4) и полного замещения натрием  двухвалентных катионов в поглощающем  комплексе не произойдет.

 

Здесь имеет место обратимая  реакция и лишь частичное насыщение почвы катионами натрия.

 

По исследованиям И. Н. Антипова-Каратаева, для возникновения  солонцовых процессов в почвах под  влиянием смеси нейтральных солей  необходима значительная величина соотношения  в растворе натрия к солям щелочноземельных элементов. Поэтому внедрение Na в поглощающий комплекс из нейтральных солей возможно только при большом преобладании в растворе натрия над щелочноземельными катионами (до 80% Na против 20 % Ca + Mg).

 

Внедрение в почвенный  поглощающий комплекс обменных катионов натрия знаменует собой новую  стадию в развитии почвы, стадию солонца.

 

В зависимости от тех или  иных природных условии содержание поглощенного натрия в солонцах может  выражаться различным количеством. При этом для развития солонцовых свойств совершенно не обязательно  полное замещение натрием всех остальных  обменных катионов.

 

Как установлено исследованиями К- К. Гедройца, И. Н. Антипова-Каратаева и др., солонцеватость почв проявляется уже в случаях содержания поглощенного натрия 5—10% от суммы обменных оснований. Типичный же солонец содержит обменного натрия 15—20% от суммы поглощенных оснований.

 

По степени солонцеватости почвы можно условно разделить на следующие группы в зависимости от содержания обменного натрия (по И. Н. Антипову-Каратаеву):

 

1) при содержании Na меньше 5% от суммы поглощенных оснований — несолонцеватые почвы;

 

2) при содержании Na 5—10% от суммы катионов — слабосолонцеватые почвы;

 

3) при содержании Na 10—20% — солонцеватые почвы;

 

4) при содержании поглощенного Na больше 20%—солонцы.

 

Чем выше содержание поглощенного натрия в почве, тем резче выражены в ней свойства, присущие солонцам.

 

Наличие в поглощающем  комплексе поглощенного натрия, весьма слабого коагулятора коллоидов, накладывает на солонцы и солонцеватые почвы свой отпечаток. Эти почвы  резко отличаются от всех других почв как по морфологическим, так и химическим и физическим свойствам. Почвенные коллоиды, насыщенные натрием, подвергаются пептизации, переходят в состояние золя, приобретают подвижность и неустойчивость против размывающего действия воды и частично передвигаются сверху вниз.

 

В результате процессов вымывания  некоторые изменения при этом происходят и в механическом составе  солонцовых почв: количество илистой  фракции в верхнем слое уменьшается, а в нижнем — увеличивается (табл. 63).

 

 

 

Почва теряет структурные  свойства, распыляется. Вследствие высокой  дисперсности такая почва во влажном  состоянии сильно набухает и почти  полностью прекращает фильтрацию воды.

 

При этом диспергирующая роль поглощенного Na всегда начинает проявляться только после того, как из верхних горизонтов вымыты растворимые соли. До тех же пор, пока в почве содержатся растворимые соли, оказывающие коагулирующее действие на почвенные коллоиды, пептизация коллоидов не обнаруживается.

 

Развитие процессов осолонцевания сопровождается возникновением в почве сильнощелочной реакции. Щелочная реакция в солонцовых почвах обусловливается главным образом наличием соды.

 

Образование соды в солонцовых почвах может происходить химическим и биохимическим путем.

 

Образование соды в природе возможно прежде всего в результате взаимодействия почвы с почвенным раствором, всегда содержащим в себе то или иное количество растворенной углекислоты.

 

Этот процесс схематически можно представить в следующем  виде:

 

 

 

Если же почва заключает  в себе двууглекислый кальций, реакция  пойдет таким образом:

 

 

 

Другой способ образования  соды в почве указан проф. Гильгардом и осуществляется по таким схемам:

 

 

 

Так как гипс меньше растворим  по сравнению с хлористым кальцием, то очевидно, что несколько больше образуется соды по второй схеме.

 

Широко распространенным путем образования соды в почвах является биохимический процесс  восстановления сульфата натрия в присутствии  органических веществ по следующей  схеме:

 

Na2SO4 + органическое вещество → Na2S → Na2CO3 + H2S.

 

Этот процесс происходит под влиянием жизнедеятельности  анаэробных сульфатредуцирующих бактерий, способных в присутствии органического  вещества восстанавливать сульфаты до сероводорода и сульфидов (CaS, MgS, Na2S), последние же с СО2 и водой образуют карбонаты (Na2S + CO2 + Н2О = Na2CO3 + H2S).

 

Образующаяся тем или  иным путем сода, будучи солью сильного основания и слабой кислоты, легко  подвергается гидролизу и вызывает щелочную реакцию в почве; рН почвенных растворов солонцовых почв может доходить до 8, а в некоторых случаях даже до 11.

 

Пептизация органических и минеральных коллоидов в  условиях щелочной среды сопровождается выносом их в нижние горизонты. Здесь, встречаясь с остатками еще не вымытых солей, они коагулируют  и образуют иллювиальный горизонт, который называется солонцовым. Почвенный  поглощающий комплекс при этом в  известной части претерпевает глубокие изменения, распадаясь на R2O3 и SiO2. Продукты распада коллоидных частиц также  мигрируют в нижние слои.

 

В результате этих процессов  на небольшой глубине от поверхности  в почве образуется иллювиальный горизонт, который в сыром состоянии  отличается сильной вязкостью, а  при высыхании превращается в  чрезвычайно твердую массу. В  процессе высыхания иллювиальный горизонт обычно растрескивается и образует весьма характерную для солонцов столбчатую или глыбистую структуру.

 

Глубина залегания столбчатого  горизонта колеблется от нескольких сантиметров до 20—30 см и в значительной степени зависит от механического  состава почвы: чем легче механический состав, тем глубже залегает этот горизонт.

 

Многообразные процессы, которыми сопровождается развитие солонцовых почв, находят свое отражение в их профиле, химическом и механическом составе.

 

Строение профиля солонцов. В профиле солонцовых почв имеется 4 ясно выраженных генетических горизонта: элювиальный, или надсолонцовый (А), иллювиальный, или солонцовый (B1), подсолонцовый, или солевой (В2) и почвообразующая порода (С).

 

Самый верхний — элювиальный, надсолонцовый (А) горизонт в результате потери им части гумусовых веществ и илистых суспензий имеет светло-серую окраску, отличается рыхлостью и бесструктурностью; мощность его в различных солонцах сильно варьирует: от 2 до 25 см. Он не содержит или весьма мало содержит растворимых солей, обеднен полуторными окислами и обогащен кремнеземом.

 

Иногда этот горизонт несколько  сцементирован и образует тонкую непрочную корочку пористого  или ноздреватого сложения. Нижние части элювиального горизонта часто  окрашены по сравнению со всем поверхностным  слоем в наиболее светлые тона.

 

Поэтому горизонт А солонцов обычно подразделяют на 2 подгоризонта: A1 — более темный и А2 — значительно светлее, очень часто серовато-белесого цвета, пластинчатый или листоватый сильнопористый.

 

Солонцовый, или иллювиальный (B1), горизонт резко отграничен от элювиального; он содержит больше поглощенного натрия, значительно обогащен полуторными  окислами, особенно А12Оз, частицами  ила, обычно окрашен темнее и нередко  имеет коричневый оттенок. Наиболее яркой особенностью его является сильная уплотненность в результате скопления в нем вынесенных из верхних частей почвенного профиля  полуторных окислов, илистых суспензий  и части гумусовых веществ.

 

Иллювиальный горизонт в  сухом состоянии расчленен трещинами  и распадается на хорошо обособленные отдельности — столбы или призмы, в связи с чем его называют столбчатым или призматическим. Столбчатые и призматические отдельности имеют поперечник 5—10 см, высоту 10—20 см,  несколько округлые верхушки и хорошо выраженные глянцевитые, грани по структурным отдельностям.

 

Иногда на поверхности  структурных отдельностей имеется  серая присыпка кремнезема (SiО2).

 

Мощность этого горизонта (B1) неодинакова в различных солонцах и часто достигает 20—30 см, а иногда и более.

 

Под солонцовым горизонтом залегает солевой, или подсолонцовый (В2), горизонт, проникающий до глубины 30—40 еж и содержащий в заметном количестве выцветы карбонатов кальция в виде белоглазки, легко растворимые соли, а также гипс в виде пятен и кристаллов. В зависимости от стадии рассоления солонца соленосность этого горизонта изменчива.

 

На ранних стадиях рассоления здесь в значительном количестве обнаруживаются хлориды и сульфаты натрия; на более поздних стадиях эти легко растворимые соли передвигаются вниз на значительную глубину и в подсолонцовом горизонте обнаруживаются только карбонаты кальция и гипс.

 

Выделение карбонатов и сульфатов  в солонцах наблюдается на различных  глубинах ниже горизонта В2. В солонцах, вторично засоленных, такие выделения, особенно сульфатов, могут встречаться и в горизонте В1.

 

Ниже залегает почвообразующая  порода различного механического состава, нередко заключающая некоторое  количество легко растворимых солей. Профиль солей в солонцах резко  отличен от других типов почв.

 

Элювиальный горизонт (А) обычно выщелочен как от легко растворимых  солей, так и от карбонатов.

 

Столбчатый горизонт солонцов (B1) также характеризуется невысоким  содержанием солей, однако в нем  нередко обнаруживается несколько  повышенное количество карбонатов и  бикарбонатов щелочей.

 

Максимальное скопление  карбонатов, сульфатов и хлоридов всегда обнаруживается в подсолонцовом горизонте (В2). %

 

Характер солевого профиля  солонцов в значительной степени  определяется глубиной залегания грунтовых  вод. В солонцах с близкими грунтовыми водами количество солей с глубиной постепенно убывает. В солонцах же с  низким залеганием грунтовых вод  количество легко растворимых солей  невелико вообще и с глубиной плавно возрастает; лишь углекислый кальций  сохраняет максимум в подсолонцовом горизонте.