Генезис солонцов

Солонцы развиваются под воздействием солонцового процесса, под которым понимают внедрение в поглощающий комплекс иона натрия и как следствие резкое повышение дисперсности органической и минеральной части, снижение устойчивости коллоидов по отношению к воде и возникновение щелочной реакции почвы.

Теория генезиса солонцов разработана К.К. Гедройцем. Он доказал, что «солонец возникает из солончака». В солончаках, засоленных натриевыми солями, ППК насыщается натрием. Когда под влиянием промывания атмосферными осадками (или других причин) солончак обедняется солями, тогда, с одной стороны, исчезают электролиты, коагулирующие коллоиды, а с другой стороны, вследствие того, что растворы обедняются натрием, вытесняется натрий из ППК. Высокая щелочность почвенного раствора приводит к пептизации (разрушению) коллоидов, причем органическое вещество, насыщенное натрием, переходит в состояние золя и легко просачивается сверху вниз по почвенному профилю, а пептизированные минеральные коллоиды, обладая огромной поверхностью взаимодействия с водой, разрушаются на составляющие их SiO₂, R₂O₃ и другие оксиды. Продукты разрушения, так же как и органическое вещество, мигрируют вниз по профил. Задерживаясь на некоторой глубине, они образуют иллювиальный солонцовый горизонт. Развитие солонца по пути дальнейшего выщелачивания приводит к формированию почвы нового типа – солоди.

Ключевым моментом в образовании солонцов, согласно концепции Гедройца, является образование соды, появление щелочной реакции, вызывающей пептизацию коллоидов. Причину же образования соды исследователь видел в вытеснении натрия из ППК водородом или кальцием, содержащимися в почвенном растворе. Почвенные частицы, насыщенные натрием, теряют агрегатное состояниевследствие высокой гидратации иона натрия. Коллоиды, обогащенные натрием, обалают способностью удерживать на своей поверхности воду, сильно набухают, приобретают устойчивость против коагуляции и значительную подвижность. При высоком содержании иона натрия резко возрастает растворимость органических и минеральных соединений почвы в результате щелочной реакции.

К.К. Гедройц различал две стадии в развитии солонцов: первая – засоление почв нейтральными солями натрия (Na2SO4), т.е. образование солончаков, и вторая – рассоление солончаков и развитие солонцов. В стадии рассоления солончаков Гедройц выделял три фазы: 1) удаление растворимых солей, 2) образование соды, 3) диспергирование почвенных частиц и вынос их вниз по профилю.

Исследованиями Е.Н. Ивановой (1932) было установлено, что солонцы при рассолении солончаков могут образоваться только в том случае, если в составе солей солончака отношение Na : (Са²⁺ +Mg²⁺)≥ 4. При рассолении солончаков, засоленных нейтральными солями, в составе которых содержиться более 20% кальциевых солей, солонцовые свойства не проявляются.

Дальнейшие исследования показали, что схема Гедройца – распространенный, но не единственный путь образования солонцов. Было установлено, что солонцы возникают в процессе не рассоления, а засоления почв, если засоление содовое. Гидроморфная почва постепенно обогащается содой, почвенный раствор приобретает сильнощелочную реакцию (рН 9–10), ППК на 60–80% насыщается обменным натрием. Характерный солонцовый профиль формируется, когда поверхностные горизонты отмываются от солей, обедняются илом и приобретают другие признаки элювиального горизонта.

Биологическая теория образования солонцов развита В.Р. Вильямсом, который считал, что источником солей натрия служит степная и полупустынная растительность – полыни, солянки, камфоросма, кермек и др. При минерализации растительных остатков образуется большое количество солей, в том числе и сода. Обогащение почв солями приводит к насыщению ППК натрием, и несолонцеватая почва постепенно превращается в солонец.

Солонцовые почвы могут возникать, минуя солончаковую стадию. Это возмоджно тогда, когда источником натрия является сода. В этих условиях происходит внеконкурентное поглощение натрия из почвенного раствора. Поэтому даже при незначительной концентрации соды в растворе возможно насыщение натрием ППК.

Источники соды в почве. Как и все другие соли, сода появляется в процессе 1) выветривания и 2) при минерализации растений. 3) По реакции Гедройца сода образуется при вытеснении натрия из ППК кальцием карбонатов. 4) По реакции Гильгарда сода образуется при взаимодействии натриевых солей с карбонатами:

Na₂SO₄ + CaCO₃ → Na₂CO₃ + CaSO₄

1. Источником свободной соды в почве может быть процесс сульфатредукции. Восстановление сульфатов до сульфидов с последующим образованием соды осуществляется микроорганизмами в переувлаженных почвах в анаэробных условиях при наличии сульфатов, органического материала и низком окислительно-восстановительном потенциале. Схема реакции следующая:

Na₂SO₄ + 2C → Na₂S + 2CO₂

Na₂S +CO₂ +H₂O → Na₂CO₃ + H₂S

В формировании надсолонцового осолоделого горизонта определнную роль играет элювиально-глеевые процесс, который обусловлен его периодическим переувлажнением талыми и дождевыми водами. Оглеение, сопровождающееся образованием агрессивных фракций органического вещества, способствует разрушению минералов в надсолонцовом горизонте и выносу из него как продуктов разрушения, так и самого органического вещества.

Таким образом, профиль солонцов формируется под влиянием сложной комбинации следующих процессов:

1. процесс осолонцевания (внедрение натрия в ППК, поступление соды в почвенный раствор, что вызывает его подщелачивание и пептизацию коллоидов);

2. процесс осолодения (разрушение пептизированных минералов тонких фракций с выносом продуктов разрушения вниз по профилю, вынос растворенного органического вещества вниз по профилю; в осолодевающем горизонте разрушается в первую очередь монтмориллонит;

3. элювиально-глеевый процесс в надсолонцовом осолоделом горизонте;

4. дерновый процесс в верхней части надсолонцового горизонта;

5. накопление легкорастворимых солей, гипса, карбонатов в подсолонцовом горизонте; в автоморфных солонцах оно происходит за счет выноса солей из верхней части профиля, в гидроморфных и полугидроморфных – в результате накопления из испаряющейся капиллярной каймы почвенно-грунтовых вод;

6. оглеение нижней части профиля гидроморфных солонцов.

В природных условиях встречаются солонцы с высоким содержанием обменного магния и незначительным количеством натрия в ППК. Такие почвы считаются реликтовыми. Пептизация коллоидов под действием обменного натрия происходила на более ранних стадиях формирования солонца. В последующей при рассолении натрий вымывался и относительно накапливался магний как наиболее стабильный ион, чем кальций.

Магний при определенном соотношении в ППК с натрием играет существенную роль в проявлении солонцеватости. Он, как и натрий, хотя и в меньшей степени, увеличивает гидрофильность коллоидов, нарушает связи между микроагрегатами, превращает почву в неустойчивую к щелочному гидролизу.

По-иному рассматривал генезис солонцов Б.В. Андреев (1956). По его предположению, обменный натрий является на причиной, а следствием солонцового процесса. Он считал, что натрий появляется в обменном состоянии тогда, когда натриевые минералы подвергаются гальмиролизу (распаду (выветриванию) под действием солевых растворов).

Большое значение в формировании иллювиальных горизонтов солонцов имеет состав глинистых минералов, в частности присутствие монтмориллонита и высокогидратированных коллоидов, образовавшихся в процессе гальмиролиза минералов.

Таким образом, солонцы в природных условиях могут образоваться разными способами:

1. Путем рассоления солончаков, засоленных нейтральными натриевыми солями (Na₂SO₄), в том числе и содой.

2. При воздействии на почву слабоминерализованных растворов, содержащих соду.

3. На засоленных породах в результате биогенного накопления натриевых солей, в том числе и соды, а также вследствие подъема солей по капиллярам в верхние горизонты при их сильном иссушении.

4. Солонцовые свойства в почвах могут развиваться при высоком содержании в них различного рода гидрофильных коллоидов (богатых кремневой кислотой, а коллоидная кремневая кислота отличается высокой гидрофильностью), образование которых обусловлено гальмиролизом и другими причинами.

Свойства солонцов

Гран. состав и минералогический состав. Для солонцов характерна резкая дифференциация по профилю илистой фракции. Гумусово-элювиальный горизонт отличается более легким гран. составом, иллювиальный обогащен илом и поэтому всегда тяжелее. Отчетливое перераспределение илистой фракции обусловлено пептизацией коллоидов.

Преобладающими минералами илистой фракции являются минералы монтмориллонитово-гидрослюдистой группы с примесью аморфных веществ. Солонцовые горизонты содержат больше минералов монтмориллонитовой группы, чем верхние, для которых характерно относительное накопление кварца.

Химический состав. Для солонцов характерна дифференциация профиля по валовому составу. Надсолонцовый горизонт по сравнению с нижележащими обогащен SiO₂ и обеднен R₂O₃, Ca, Mg, S и другими элементами. Иллювиальные горизонты отличаются более высоким содержанием железа и алюминия. В карбонатных горизонтах больше кальция и магния.

Физико-химические и химические свойства. Реакция почвенного раствора в нижней части профиля щелочная (рН 8–10), в надсолонцовом горизонте может быть нейтральной и слабокислой.

Содержание гумуса колеблется в широких пределах в зависимости от зоны, в которой они формируются, и гран. состава. Солонцы черноземной зоны более гумусированы, чем каштановой. Наиболее распространены солонцы степи и полупустыни. Они бедны гумусом (1,5–3%) гумуса в дерновом горизонте. В составе гумус преобладают ФК, характерна высокая подвижность гумуса, что обусловливает вмывание его в иллювиальный горизонт. Лесостепные солонцы содержат 6–10% гумуса. Вниз по профилю содержание гумуса резко уменьшается. ФК преобладают над ГК только в надсолонцовом горизонте, ниже он гуматного состава.

Содержание обменного натрия в горизонте Вsn колеблется от 15 до 60% ЕКО. В солонцах содового типа засоления обменного натрия значительно больше, чем в солонцах хлоридно-сульфатных. В ППК содержится много магния (35–45% от ЕКО).

Солонцы – засоленные на глубине почвы. Легкорастворимые соли – сульфаты, хлориды, сода – содержатся в подсолонцовом и глубоколежащих горизонтах. В этих же горизонтах содержатся гипс и карбонаты.

Солонцы обладают плохими водно-физическими свойствами. Солонцовый горизонт отличается высокой вязкостью и липкостью, сильно набухает во влажном состоянии и уплотняется и твердеет при иссушении. Солонцы характеризуются низкой пористостью и водопроницаемостью, слабой физиологической доступностью влаги.

Систематика солонцов

Солонцы делят по характеру водного режима на 3 типа: 1. Автоморфные, 2. Полугидроморфные, 3. Гидроморфные.

Подтипы солонцов выделяют в зависимости от расположения в той или иной биоклиматической зоне.

В типе автоморфных солонцов выделяют следующие подтипы:

• черноземы,

• каштановые,

• полупустынные.

В типе полугидроморфных солонцов выделяют подтипы:

• лугово-черноземные,

• лугово-каштановые,

• полугидроморфные мерзлотные.

В типе гидроморфных солонцов выделяют подтипы:

• черноземно-луговые,

• каштаново-луговые,

• луговые мерзлотные,

• лугово-болотные.

Солонцы делят на роды по глубине залегания солей, по химизму засоления, по степени засоления. По глубине засоления выделяют следующие роды:

• солончаковые (верхняя граница солевых выделений на глубине 5–30 см);

• высокосолончаковатые (соли на глубине 30–50 см);

• солончаковатые (соли на глубине 50–100 см).

По химизму (типу) засоления выделяют следующие роды:

• содовые,

• смешанные,

• содово-сульфатные,

• содово-хлоридно-сульфатные,

• нейтральные (сульфатно-хлоридные, хлоридно-сульфатные).

По степени засоления выделяют следующие роды:

• солонцы-солончаки,

• сильнозасоленные,

• среднезасоленные,

• слабозасоленные.

Разделение на виды производится по мощности надсолонцового горизонта (в см):

• корковые (менее 5 см),

• мелкие (5–10 см),

• средние (10–18 см),

• глубокие (более 18 см).

На виды делят и по содержанию обменного натрия (в % от ЕКО) в Вna:

• малонатриевые (менее 10% от ЕКО),

• средненатриевые (10–25%),

• многонатриевые (более 25%).

Виды выделяют и по структуре солонцового горизонта:

• ореховатые,

• столбчатые,

• глыбистые.

Согласно классификации почв России (1997) выделяют 4 типа солонцов в стволе постлитогенных почв в отделе щелочных глинисто-дифференцированных почв:

• солонцы темные,

• солонцы светлые,

• солонцы криптоглеевые темные,

• солонцы криптоглеевые светлые.

Использование солонцов. Без мелиорации не используются. Основной прием мелиорации – изменение состава обменных катионов при одновременном улучшении физических свойств. Обменный натрий заменяется на обменный кальций. В качестве мелиоранта используется гипс. На степных и лугово-степных солонцах возможна самомелиорация – глубокая вспашка с перемешиванием верхних горизонтов с гипсовым и карбонатным. Хорошими почвоулучшителями являются травы с мощной корневой системой. Мелкие пятна солонцов можно мелиорировать с помощью землевания. Свойства солонцов улучшаются при применении органических и кислых минеральных удобрений.

СОЛОДИ

Солоди – это гидроморфные и полугидроморфные почвы с резко дифференцированным профилем, ярко выраженным осветленным горизонтом А₂ (Е), с присутствием обменного натрия и щелочной реакцией в горизонте В, с наличием карбонатов и легкорастворимых солей в нижней части профиля. Весь профиль носит более или менее выраженные признаки оглеения.

Солоди широко, но всегда только пятнами, распространены на низменных равнинах Евразии, Южной Африки, Австралии, Северной и Южной Америки в условиях субгумидного или субаридного климата суббореального и субтропического поясов. Это почвы, развивающиеся исключительно в мезо- и микропонижениях рельефа, в условиях избыточного увлажнения. Периодическое поверхностное переувлажнение – важнейшая черта экологии солодей.

Растительность представлена гидрофильными сообществами в зонах лесостепей, степей и полупустынь: западинные осинники («осиновые кусты»), березняки («березовые колки»), осоковые ивняки, разнотравно-злаковые луга, заболоченные луга.

Строение профиля солодей.

Профиль солоди имеет строение: А(Т)–Еg–Bt,g–Bca,g–Bcs,g–Bsa,g–Cg(G).

По морфологическому строению солоди близки к подзолистым почвам (оглеенным), но с существенно иной нижней частью (карбонатной, солонцеватой, засоленной). В профиле всегда есть признаки оглеения: сизые и ржавые пятна, железо-марганцевые конкреции.

В верхней части профиля обычно имеется лесная подстилка, но может быть и непосредственно дерновый горизонт, иногда торфянистый при поверхностном заболачивании. Дерновый горизонт часто содержит мелкие железисто-марганцевые конкреции – свидетели пульсационного окислительно-восстановительного режима. Мощность гумусового горизонта небольшая (10–15 см).

Под дерновым гумусовым горизонтом лежит элювиальный горизонт Е (Еg) – белесый, слоеватый или бесструктурный, конкреционный. Имеются железисто-марганцевые конкреции и ржаво-охристые пятна.

Иллювиальный горизонт Вt,g обычно грязно-бурый, плотный, глыбистый или призмовидный, с глинисто-гумусовыми и сизоватыми пленками по граням структурных отдельностей и черными примазками.

Нижележащие горизонты образуют постепенный переход к материнской породе, они характеризуются бесструктурностью, пятнистостью, обильными новообразованиями (карбонаты, гипс, соли, иногда присутствуют лишь карбонаты).

Генезис солодей

Первое представление о генезисе солодей было дано К.К. Гедройцем (1912) и Т.И. Поповым (1914). Эти исследователи полагали, что солоди – продукт рассоления и выщелачивания солонцов. В условиях повышенного поверхностного увлажнения при отрыве почвы от грунтовых вод обменный натрий в верхних горизонтах солонцов замещается на обменный водород, что приводит к гидролитическому расщеплению минералов почвенного поглощающего комплекса. В условиях щелочной реакции, возникающей в процессе взаимодействия освобождающегося из обменной формы натрия с углекислотой, происходит разрушение ППК. Полуторные оксиды выносятся, остаточный кремнезем накапливается в осолоделом горизонте. Сверху вниз передвигается и органическое вещество. Постепенно солонцовый и часть подсолонцового горизонта разрушаются, превращаясь в осолоделый.

С точки зрения М.М. Рыбакова (1939) и Н.И. Базилевич (1947) и ряда других исследователей, одной из главных причин образования солодей является воздействие на почву слабоминерализованных грунтовых вод при пульсирующем водном режиме. В течение сухого периода года капиллярная кайма гр. вод, содержащих NaHCO₃ и Na₂CO₃, подтягивается кверху и это приводит к внедрению натрия в ППК, т.е. к осолонцеванию. Последующее промывание почвы во влажный период растворами, содержащими органические кислоты и угольную кислоту, вызывает замену поглощенного натрия водородом – происходит осолодение. Наиболее активно эти процессы идут на нижней границе элювиального горизонта, что вызывает постепенное увеличение его мощности.

По мнению С.П. Яркова, И.С. Кауричева и многих других исследователей, в генезисе солодей, ежегодно затапливаемых с поверхности, большая роль принадлежит элювиально-глеевому процессу. Переувлажнение почв в условиях достаточно высокой температуры вызывает падение окислительно-восстановительного потенциала. При временном анаэробиозе образуется большое количество высокоподвижных агрессивных веществ (кислот, полифенолов и др.), которые вызывают разрушение почвенных минералов. Нисходящий ток влаги обеспечивает вынос продуктов разрушения вниз по профилю. При низких значениях ОВП происходит восстановление Fe³⁺ и увеличение его подвижности. Это приводит частично к сегрегации, а частично к выносу железосодержащих соединений, что вызывает отбеливание элювиального горизонта.

Современные процессы в солодях определяются их своеобразным водным режимом, который Базилевич определила как промывной с периодическим переувлажнением поверхностными водами и слабым внутренним выпотом.