Шпаргалка по "Геологии"

появляются условия для  накопления легкорастворимых хлоридов и

сульфатов Na, К и Mg. Как  в дерново-подзолистой зоне при  выходе

жестких грунтовых вод  может накапливаться СаС03, так  в луговых

почвах черноземной зоны встречается накопление соды и возможно формирование

содово-засоленных почв.

Общие закономерности распределения  и накопления солей в почвах

установил В. А. Ковда. По мере нарастания аридности климата

общая концентрация почвенных  растворов увеличивается, а в  их составе

повышается доля легкорастворимых солей. Последовательность выпадения

солей в осадки, переход  их в твердую фазу определяется растворимостью

соли. Последовательность выпадения  солей в осадок (по Ковде и Перельману):

/ '— ненасыщенный раствор, 2 — насыщенный раствор, 3 — выпадение в осадок

ление солей по вертикальному  профилю почвы. Если осуществляется

процесс засоления за счет близко расположенных соленых грунтовых

вод то в твердых фазах  водоносного горизонта находятся  преимущественно

труднорастворимые соли СаС03 и частично гипс. Только при

очень высокой минерализации  в осадке могут быть другие соли. Восходящий

ток влаги переносит соли к поверхности почвы, и последовательность

их выпадения в осадок по мере испарения почвенного раствора

определяется растворимостью (рис. 8). Вблизи уровня грунтовых

вод возможно скопление полуторных окислов, выше расположен максимум

скопления СаС03, еще выше концентрируется гипс и, наконец,

у самой поверхности накапливаются  хлориды, а также легкорастворимые

сульфаты, т. е. наиболее токсичные  для растений соли.

Если в первоначально  засоленной толще преобладают нисходящие

токи влаги, то соли располагаются  в обратном порядке. В верхних

горизонтах остаются наименее растворимые СаС03 и гипс, а легко-

растворимые компоненты постепенно перемещаются в глубокие горизонты.

Анализируя последовательность солей в почвенном профиле

можно сделать заключение о характере водного режима и  определить

тенденцию современного процесса: происходит прогрессирующее засоление

почвы или наоборот, почва  подвержена процессу рассоления.

Идеальное распределение

солей по их растворимости  в реальной

почве практически почти

не встречается. Отклонения от

общей теоретической схемы  вызваны,

во-первых, взаимным

влиянием солей на их растворимость

и, во-вторых, тем, что в

почвах не устанавливается  какой-

либо один — стационарный

восходящий или нисходящий —

поток влаги. При выпотном и де-

суктивно-выпотном режимах  расход

воды непостоянен в  различные

сезоны года и фазы развития

растений, а при выпадении

осадков наблюдается хотя бы

частичное нисходящее движение

растворов. В почвах промывного

режима периоды нисходящего

движения растворов

чередуются с восходящими  в зависимости

от погодных условий.

То же относится и к  другим типам

водного режима. Поэтому  в

реальных почвах солевой  профиль

формируется под влиянием

чередующихся по направлению  и

меняющихся по интенсивности

потоков влаги. Это приводит к

разнообразным отклонениям  от

теоретической схемы распределения

солей, и анализ солевых

профилей требует полного  учета

режима влажности.

Щелочи и щелочные земли

выполняют в почвах различные

функции. Выше уже отмечалась

их конституционная роль. Ионы

Са2+, Mg2+, K+, Na+ составляют

главный фонд обменных катионов,

причем Са2+ и К+ способствуют

стабилизации почвенного поглощающего комплекса и почвенной

структуры, тогда как Mg2+ и  особенно Na+ сравнительно легко

диссоциируют из ППК и  вызывают пептизацию илистой части  почв.

С натрием связывают развитие солонцового процесса, и его доля в

составе обменных катионов используется как показатель степени  солон-

цеватости почв; Са^ и Na+ участвуют  в регулировании реакции почв,

а насыщенность почв кальцием способствует более интенсивной  гуми-

фикации и закреплению  гумусовых веществ в форме  труднорастворимых

кальциевых солей.

Наиболее важные почвенно-химические функции щелочных и ще-

лочно-земельных металлов связаны с их участием в реакциях обмена,

катионов и формированием  состава почвенных растворов.

18.Обменные катионы в почвах СССР

Состав обменных катионов в различных  типах почв изменяется в

широких пределах. Эти изменения  закономерны, обусловлены типом

почвообразования, водно-солевым режимом  почв и хозяйственной деятельностью

человека.

Практически все почвы в составе  обменных катионов содержат

кальций и магний; чаще кальций  преобладает. В почвах с промывным

водным режимом и кислой реакцией присутствуют Н+ и АР+, в почвах

засоленного ряда — Na+. Обменный К+ — непременный компонент

почв, но доля его невелика

В зависимости от содержания обменных Н+ и А13+ (точнее, гидролитической

кислотности,) все почвы можно  разделить на две

большие группы: почвы насыщенные основаниями и почвы не насыщенные

основаниями. Насыщенные основаниями почвы не содержат

Н+ и А13+, обменные катионы представлены только обменными основаниями,

количество которых соответствует  величине реальной емкости

катионного обмена.

По Д. Хиссинку, степень насыщенности почв основаниями определяется

по формуле:

V = S/T*100

где V — степень насыщенности почв основаниями в % от ЕКО, S —

сумма обменных оснований и Т — емкость катионного обмена.

Почвы не насыщенные основаниями содержат некоторые количества

обменных Н+ и А13+, и для них всегда S<T. В эту группу почв

входят подзолистые, дерново-подзолистые, болотные, серые и бурые

лесные почвы, некоторые черноземы  и почвы влажных субтропиков.

Степень насыщенности основаниями  может возрастать при сельскохозяйственном

использовании почв, достигая 100% в  сильно известкованных

(или переизвесткованных) почвах.

Для нахождения степени насыщенности почв основаниями определяют

гидролитическую кислотность Н и сумму обменных оснований S,

находившихся в почве в момент измерения. Тогда:

V=S/(S+H )*100.

При S+H=T эта формула совпадает  с формулой Хиссинка. Но так

как емкость катионного обмена определяется в стандартных условиях

и может существенно отличаться от величины 5 для нативной почвы,

то при нахождении величины V предпочтительнее пользоваться последней

формулой.

Насыщенные основаниями почвы  — это преимущественно степные:

черноземы, каштановые, сероземы, бурые  и серо-бурые степные, а также

почвы различных зон, сформированные при участии жестких грунтовых

вод или на карбонатных породах.

Среди почв, насыщенных основаниями, особую группу составляют

почвы, содержащие в значительных количествах обменный Na+. К ним

относятся солонцеватые почвы, солонцы, многие солончаки. Присутствие

в ППК обменного Na+ не всегда вызывает проявление солонце-

ватости. Под солонцовым процессом  понимают повышение дисперсности

и гидрофильности твердых фаз почвы, сопровождающееся ростом

щелочности. Это приводит к резкой дифференциации почвенного профиля

и появлению неблагоприятных агрономических свойств солонцового горизонта. Появлению этих свойств способствует обменный Na+,

если имеются условия для  его отдиссоциации. При избытке  легкорастворимых

солей, когда диссоциация обменных катионов подавлена,

даже высокое содержание обменного Na+ не приводит к появлению

признаков солонцеватости. Однако в  таких почвах высока потенциальная

опасность осолонцевания, которая  может реализоваться, например,

при орошении или промывках почвы  для удаления легкорастворимых

солей. Учитывая особую роль натрия, солонцы  разделяют

на виды, различающиеся по содержанию в гор. Bi обменного Na+

(в % от суммы обменных оснований):

многонатриевые более 25%,

средненатриевые 10—25%,

малонатриевые менее 10%.

Закономерности изменения состава  обменных катионов в почвах

зонально-генетического ряда отражают главным образом нарастание

степени минерализации почвенных  растворов и их состав. Кислым слабоминерализованным

или пресным водам северных областей соответствует

присутствие или даже преобладание в ППК таких катионов,

как Н+ и А13+. В серых лесных почвах и, особенно, черноземах преобладает

уже Са2+, он удерживается прочнее, чем катионы Mg2+ и Na+.

И наконец, в засоленных или прошедших  стадию засоления, почвах в

больших количествах обнаруживается обменный Na+ (табл. 23).

Приведенные материалы показывают, что состав обменных катионов

определяется двумя главными причинами: концентрацией и составом

почвенного раствора, с одной  стороны, и коэффициентами селективности

при распределении катионов между  ППК и равновесным почвенным

раствором, с другой. Экспериментально найденные коэффициенты

селективности (их часто неточно  называют константами обмена)

изменяются даже для одной пары катионов в довольно широких пределах.

Выше было показано, что это зависит  от содержания гумуса,

минералогического состава почв и  соотношения катионов в ППК. Например,

вычисленные по уравнению Никольского  коэффициенты селек-

тивности для реакции обмена на черноземе: ПСа2++2Ыа+*±ПЫа2++

-fCa2+, по данным различных авторов, колеблются от 4до 16

Сложившийся в естественных условиях состав обменных катионов

существенно изменяется при сельскохозяйственном использовании

почв. Целенаправленное регулирование  состава обменных катионов

осуществляется при известковании  и гипсовании почв, однако не редки

случаи, когда изменения состава  обменных катионов происходят в неконтролируемых

условиях. Наибольшее влияние на состав обменных

катионов оказывает внесение минеральных  удобрений, орошение почв

и их осушение, отражающееся на их солевом  режиме.

Внесение минеральных удобрений  без сопутствующего известкования

влечет за собой увеличение кислотности  почв, нарастание степени

ненасыщенности почв основаниями, увеличение доли Н+, А13+ и иногда

К+ в составе ППК.

Свойства почвы динамичны и  все показатели во времени меняются,

однако под влиянием минеральных  удобрений (NPK.) относительно и

абсолютно нарастает обменная и  гидролитическая кислотность и  содержание

А13+. Если в 1953 г. при закладке опыта обменная кислотность

была почти одинаковой на контроле и в опыте с NPK (0,87 и

0,91 мг-экв/100 г), то к 1974 г. в  опыте с NPK она уже более  чем в

2 раза превышает кислотность  почвы контрольного варианта (0,81 и

1,80 мг-экв/100 г). Устранение нежелательного  изменения состава обменных

катионов достигается в данном случае известкованием.

Не менее сильное влияние  на состав обменных катионов оказывает

орошение степных почв водами различной  степени минерализации.

Воды рек и водохранилищ аридных  районов, используемые для

орошения, обычно содержат заметные количества натриевых солей.

Например, в водах Нила концентрация Na+ составляет 0,3—

0,7 мг-экв/л, тогда как сумма  Са2+ и Mg2+ — около 2—3 мг-экв/л.

В водах Цимлянского водохранилища  количество Na+ превышает содержание

Са2+, и оно только в 1,5—2 раза меньше, чем сумма Са2+ и

Mg2+. В водах каналов, по которым вода поступает на орошаемые

массивы, доля Na+ в составе катионов постепенно повышается по мере

удаления от водохранилища. Такие  воды при поливе смещают сложившееся

равновесие в системе ППК—почвенный  раствор и в составе обменных

катионов увеличивается доля обменного  натрия. Особенно быстро

идет этот процесс, когда для  орошения используются воды артезианских

скважин с повышенным содержанием  натриевых и магниевых

солей; как видно, уже через пять лет количество об-

менного Na+ увеличилось более чем  в 2 раза, а через 10 лет — в

5,5 раза, причем этот процесс  захватывает и глубокие горизонты  почвы.

Чтобы прогнозировать вероятность  вхождения Na+ в почвенный

поглощающий комплекс, а следовательно, и потенциальную опасность

осолонцевания почвы при ее орошении минерализованными водами,

используют специальный показатель адсорбируемости натрия, или натриевое

адсорбционное отношение. Этот показатель обозначают абре-

виатурой ПАН, или в латинской  транскрипции SAR (sodium adsorption

ratio). Величину SAR рассчитывают по  результатам определения

концентрации катионов в ирригационной  воде:

S A R = [Na+] _ 1,41 [Na+]

/ [Са2+] + [Mgg+] K[Ca2+] + [Mg^+J

где квадратные скобки обозначают концентрации соответствующих катионов

в воде (в мг-экв/л). По смыслу величина SAR отвечает правой

части уравнения изотермы катионного обмена, и поэтому при равновесии

доля обменного натрия в составе  ППК находится в прямой (хотя и

не всегда прямолинейной) зависимости  от SAR. Этот показатель, сле-

довательно, позволяет оценить  качество поливной воды, ее пригодность

для орошения без опасности вызвать  осолонцевание почвы.

Опасность осолонцевания зависит  не только от величины SAR, но

и от общей минерализации ирригационных  вод, что объясняется нелинейностью

изотермы катионного обмена и влиянием ионной силы на

активности катионов раствора. Общая  теория этих взаимодействий

еще не разработана, и поэтому оценка вод по их пригодности для

орошения и потенциальной опасности  засоления и осолонцевания почв