 |
Откуда в природных условиях может появиться сода?
|
|
|
|
Засоленные почвы и солоди.
В семиаридных и аридных областях различных географических поясов и зон локально распространены почвы, относящиеся к отделу галоморфных, генезис и свойства которых обусловлены процессами засоления и рассоления, – это солончаки солонцы и солоди.
Засоленными называются почвы, содержащие в своем профиле легкорастворимые соли в токсичных для сельскохозяйственных растений количествах. К ним относятся солончаки, солончаковатые почвы и солонцы. Они широко распространены в семиаридных и аридных областях суббореального, субтропического и тропического поясов и даже в бореальном поясе.
О количестве и составе водорастворимых соединений в почвах судят по данным анализов водных вытяжек. В водной вытяжке определяют плотный остаток, прокаленный остаток, водорастворимый гумус, а также анионы и катионы: CO32‑, HCO3‑, Cl‑, SO42‑, Mg2+, Ca2+, Na+. Результаты анализов выражаются в процентах и в милли-эквивалентах (м-экв) к абсолютно сухой почве, или в эквивалент-процентах от массы прокаленного остатка. Величины сухого и прокаленного остатков позволяют судить об общем содержании легкорастворимых солей в почве, соотношении растворимых минеральных и органических соединений и о распределении их по профилю. Засоленными считаются почвы, содержащие легкорастворимые соли в количестве > 0,25% от массы почвы.Почвы, в которых количество легкорастворимых солей составляет от 0,25 до 1% относят к солончаковатым. В солончаках величина легкорастворимых солей не опускается ниже 1% ни в одном из горизонтов почвенного профиля, иногда достигая 15% и более. Солончаковый процесс может проявляться в любом типе почв, если есть источник поступления легкорастворимых солей и условия, способствующие их накоплению.
|
|
|
По глубине залегания солевых горизонтов (положение верхней границы, см) в солончаковых почвах выделяются следующие виды:
Солончаковые 0 – 30;
Солончаковатые 30 – 80;
Глубокосолончаковатые 80 – 150;
Глубокозасоленные > 150.
По степени засоления солончаковатые почвы делятся на виды в соответствии с величиной плотного остатка, который зависит от химизма засоления
· Цифры в скобках соответствуют степени засоления по сумме солей в гипсоносных горизонтах почв, к которым отнесены почвы, содержащие более 1% CaSO4 . 2H2O.
Степень токсичности солей определяется их составом и растворимостью.Токсичность солей возрастает от сульфатного к содовому типу засоления. Особенно ядовита сода, менее токсичен сернокислый натрий. Сернокислый кальций безвреден, но он является спутником других солей, поэтому большое его содержание служит показателем низкого плодородия почвы.
Источниками легкорастворимых солей являются:
1. Засоленные почвообразующие породы. При выветривании таких пород образуется большое количество легкорастворимых солей. Ежегодный приток легкорастворимых солей с суши в океан составляет 2735 млн. т. Около 1 млрд. т солей каждый год поступает в бессточные области материков земного шара (Ковда,1946).
2. Засоленные грунтовые воды. Неглубокое залегание минерализованных грунтовых вод в условиях засушливого климата приводит к засолению почв и грунтов. Эти воды играют важную роль в перераспределении легкорастворимых солей в почвенном профиле.
3. Выход на дневную поверхность морских соленосных осадков, обусловленный либо тектоническими процессами, либо антропогенными воздействиями, приводящими к аридизации суши.
4. Импульверизация – эоловый перенос солей ветром. Этот процесс широко развит в районах распространения соленых озер, морей, засоленных почв. При переносе ветром на поверхность суши может поступать от 2 до 20 т солей на 1 км2.
|
|
|
5. Извержение вулканов. При извержении вулканов выделяются газы и пары, содержащие серу, хлор, которые в дальнейшем переходят в сульфаты и хлориды.
6. Аккумуляция солей в растениях. Полыни, кермек, перекати-поле, и другие растения накапливают большие количества растворимых солей, которые с опадом поступают в почву.
7. Атмосферные осадки. С атмосферными осадками в почвы может поступать от 20до 30 мг/л солей.
8. Вторичное засоление. Характерно для районов орошаемого земледелия при поливе минерализованными водами, либо при неоправданно высоких поливных нормах. При высоких нормах полива повышается уровень грунтовых вод и, если они минерализованы, то легкорастворимые соли достигают пределов почвенного профиля, и происходит вторичное засоление.
Солончаки.
Солончаки (S-Cs,q) формируются в условиях, когда поступление легкорастворимых солей в поверхностный горизонт почвы не компенсируется их выносом.
Накопление солей реализуется при выпотном или периодически выпотном типе водного режима при близко залегающих засоленных грунтовых водах в условиях аридного или полуаридного климата.
Близкое залегание грунтовых вод приводит к развитию процессов оглеения в нижней части почвенного профиля.
Растительность солончаков специфична и легко может служить индикатором засоления. Это солерос, сарсазан, шведка, некоторые виды лебеды. На солончаках с очень высокой степенью засоления растительность сильно изрежена и представлена различными видами солянок. Размеры фитомассы и, соответственно, гумусонакопление в солончаках находятся в обратной зависимости от количества и токсичности присутствующих в профиле солей. На сильно засоленных почвахвысшая растительность отсутствует, встречаются лишь некоторые виды водорослей (например, диатомовые), гумусовый горизонт не формируется.
Главным диагностическим признаком солончаков является поверхностный солончаковый (солевой) горизонт. Он характеризуется наличием в верхних 20 см легкорастворимых солей в количестве не менее 1% от массы (по данным водной вытяжки), что исключает развитие большинства растений, кроме галофитов, не образующих сомкнутого покрова.
|
|
|
В зависимости от состава солей внешний вид и свойства поверхности почвы различаются. Сульфаты магния и натрия, кристаллизуясь, присоединяют большое количество воды и увеличиваются в объеме. При таком типе засоления образуются солончаки пухлые, имеющие с поверхности пухлую корочку. Малогигроскопичный хлорид натрия дает на поверхности сухую хрупкую корочку («корковые» солончаки), а сильногигроскопичный хлорид кальция никогда не просыхает («мокрые» солончаки).
Наличие в составе солей соды приводит к формированию черных солончаков, т к. в щелочной среде гуминовые вещества становятся подвижными и прокрашивают почву.
В значительном количестве соли присутствуют по всему профилю солончаков, часто без заметных видимых выделений. Одновременно с накоплением солей может наблюдаmься оглеение.
Морфологически профиль солончаков слабо дифференцирован и имеет следующее строение: S-Cs,q
S (S[AY]; S[AU}) – солончаковый (светлый, темный). Может иметь бурую, палевую (S[AY]), темно-серую (S[AU}) окраску в зависимости от содержания гумуса. В сухом состоянии имеет солевую корку или солевые выцветы. Мощность в пределах 20см.
Cs,q – засоленная почвообразующая порода. Часто имеет оливковый оттенок, признаки оглеения, бесструктурный. Возможны конкреционные и мергелистые формы карбонатных новообразований, а также ржавые примазки и пятна.
В большинстве случаев солончаки относятся к малогумусированным почвам. В составе гумуса преобладают фульвокислоты. Мало накапливается азота и зольных элементов. Емкость катионного обмена низкая (10-20 м-экв/100 г.), но в некоторых высокогумусных луговых солончаках лесостепной зоны она достигает 50-60 м-экв/100 г. В составе обменных катионов преобладают кальций, магний, имеется натрий. Почвенный поглощающий комплекс содовых солончаков содержит магний и натрий. Реакция среды слабощелочная (рН 7,3-7,5), в содовых солончаках – щелочная (рН 9,0-11,0). Карбонаты обнаруживаются с поверхности. Содержание и глубина залегания гипса зависит от аридности климата. Больше всего гипса накапливается в солончаках пустынной и полупустынной зон.
|
|
|
Причины соленакопления и засоления почв. Согласно исследованиям проведенным В.А.Ковдой различают следующие циклы соленакопления:
1. континентальное соленакопление, связанного с движением, перераспределением и аккумуляцией углекислых, сернокислых и хлористых солей во внутриматериковых бессточных областях; Бывают первичные и вторичные циклы (первичные связаны с процессом выветривания и почвообразования, вторичные – перераспределение солей в толще осадочных соленосных пород.
2. приморское соленакопление обусловлено аккумуляцией морских солей, хлоридов и сульфатов Na, Mg в прибрежных морских низменностях;
3. дельтовое соленакопление характеризуется сложным сочетанием процессов движения и аккумуляции солей, приносимых рекой и долинно-дельтовым грунтовым потоком, а так же солей, поступающих со стороны моря.
Причины засоления почв: поступление из засоленных грунтовых вод; перераспределение солей горных пород и их накопление в почвах пониженных элементов рельефа; перенос солей ветром (импульверизация) капель и твердых аэрозолей в бассейнах соленых озер, морей, с поверхности солончаков; трансформация нейтральных или нетоксичных продуктов выветривания в процессе почвообразования в токсические водорастворимые соединения; вторичное засоление пресными ирригационными водами.
Вследствие их проявления возникают засоленные почвы. Наиболее часто встречаемые в практике это солончаки и солончаковатые почвы, солонцы и солонцеватые почвы.
В зависимости от генезиса они делятся на автоморфные и гидроморфные.
В зависимости от морфологии и вида солей подразделяются: на мокрые (гигроскопичные соли хлоридов кальция и магния; пухлые (соли сернокислого натрия – глауберовая соль Na2SO4 10H2O); корковые (хлористый натрий); такыровидные – мощная корка, разбитая трещинами на полигональные отдельности; черные – содовое засоление.
Важным показателем является токсичность солей. Для их характеристики служит показатель – сумма токсичных солей. Это соли, перешедшие в водную вытяжку, минус водорастворимые соли гипса и карбонатов кальция. Для определения токсичности используется эквивалент токсичности хлора. При этом действие 1 ммоль (‑) С1 по токсичности приравнивается к действию 0,1 ммоля (‑) СО32‑, 3 ммоль (‑) НСО3‑; 6 ммоль (‑) (SO42‑).
На этой основе была предложена классификация почв по степени засоления, учитывающая эквивалентное действие различных анионов:
|
|
|
Суммарный эффект токсических ионов Степень засоления (CO32‑, HCO3‑, Cl‑, SO42‑), моль (‑)
Незасоленные <0,3
Слабозасоленные 0,3‑1,0
Среднезасоленные 1,0‑3,0
Сильнозасоленные 3,0‑7,0
Очень сильнозасоленные > 7,0.
Это позволяет установить возможность использования почв в с\х, установить необходимость их мелиорации.
Солонцы
Солонцы распространены не только в суббореальной зоне Евразии и Северной Америки, но в семиаридных областях практически всех континентов. Обычно это небольшие пятна различной формы и величины, довольно четко выделяющиеся по характеру растительного покрова, в котором исчезают дерновинные злаки и появляются прутняк (кохия стелющаяся), грудница мохнатая, черная полынь, биюргун, кермек, кокпек, нанофитон и др.
Степные солонцы встречаются в комплексе с каштановыми почвами. Луговые солонцы приурочены к низменным озерно-аллювиальным равнинам; примером таких равнин являются Тамбовская, Западно-Сибирская низменности в России. В этих условиях солонцы образуют комплексы с луговыми, лугово-черноземными (черноземы и черноземы текстурно-карбонатные гидрометаморфизованные) почвами и черноземами, часто солонцеватыми.
Солонцами называют почвы, содержащие в почвенно-поглощающем комплексе большое количество обменного натрия, а иногда и магния в солонцовом (BSN) горизонте.
Они имеют резкую элювиально-иллювиальную дифференциацию профиля, как по морфологическим так и по химическим показателям и характеризуются неблагоприятными агрономическими свойствами. Солонцы относятся к категории засоленных почв, но содержат легкорастворимые соли не с поверхности, а на некоторой глубине.
Существует несколько теорий происхождения солонцов. Общим для них является признание ведущей роли иона натрия в генезисе солонцов и в развитии их неблагоприятных свойств.
По теории К.К. Гедройца солонцы образуются при рассолении солончаков, засоленных нейтральными солями (хлорид натрия). В почвах, содержащих большое количество нейтральных солей, создаются условия для насыщения почвенного поглощающего комплекса (ППК) ионами натрия путем вытеснения из него других катионов. Коллоиды, обогащенные натрием, удерживают на своей поверхности воду, что приводит к их сильному набуханию, расстояние между частицами увеличивается, и они теряют способность к коагуляции – пептизируются. Коллоиды, находящиеся в состоянии пептизации, становятся подвижными. Поэтому в почвах, насыщенных натрием, разрушается структура, ухудшается агрегатное состояние.
Вследствие обменной реакции между натрием, находящимся в почвенном поглощающем комплексе, и ионом кальция, присутствующим в почвенном растворе, образуется сода, которая создает щелочную среду.
(ППК-)2Na+ + Ca(HCO3)2 ↔ (ППК-)Ca+ + 2NaHCO3
Щелочная реакция почвенного раствора способствует дальнейшему диспергированию коллоидов и усилению растворимости и подвижности гуминовых веществ, главным образом, гуматов натрия. В результате этих процессов под влиянием нисходящего тока атмосферных осадков в первую очередь выносятся водорастворимые соединения (легкорастворимые соли), затем вниз по профилю перемещаются тонкодисперсные частицы и гуминовые вещества, содержащие натрий. С глубиной концентрация почвенного раствора возрастает. Золи минеральных и органических коллоидов, передвигаясь по профилю, встречаются на некоторой глубине с минерализованным почвенным раствором, в котором концентрация электролитов повышена, что вызывает коагуляцию коллоидов и приводит к формированию солонцового горизонта – BSN.
Таким образом, одним из наиболее важных моментов образования солонцов является наличие соды.
Откуда в природных условиях может появиться сода?
Природные источники соды:
1. Сода в природных условиях образуется при выветривании магматических и осадочных пород, содержащих какое-либо количество натрия. Высвобождающиеся при выветривании основания (Ca, Mg, Na и др.) взаимодействуют с углекислотой почвенного раствора и образуют соответствующие карбонаты, в том числе карбонат натрия.
2. Сода может возникать в результате взаимодействия нейтральных солей, поднимающихся с восходящими растворами из грунтовых вод, с карбонатами щелочных металлов почвы:
Na2SO4 + Ca(HCO3)2 → CaSO4 + 2NaHCO3
Однако таким способом, как отмечал К.К. Гедройц, сода в почвах накапливается в заметных количествах лишь тогда, когда в ней продуцируется большое количество углекислоты.
3. Сода в почве образуется в результате обменной реакции между натрием почвенного поглощающего комплекса и кальцием карбонатов или водородом угольной кислоты почвенного раствора:
(ППК-) 2Na+ + Ca(HCO3)2 ↔ (ППК-)Ca2+ + 2NaHCO3
или
(ППК-) 2Na+ + H2CO3 ↔ (ППК-) 2HH+ + Na2CO3
4. Образование соды возможно при разложении опада определенных групп растений степной и пустынной зон, в золе которых очень много натрия (камфоросма, бассия, полынь черная, биюргун, саксаул черный, и некоторые другие).
5. Сода образуется также в результате биохимических процессов восстановления сульфата натрия сульфатредуцирующими бактериями, которые в анаэробных условиях разрушают сульфат натрия и связывают серу в сернистые соединения (сероводород, сульфиды железа). Освободившийся натрий в виде содового раствора поднимается с уровнем грунтовых вод весной, активно воздействует на почвы, вызывая их осолонцевание:
Na2 SO4 + 2C →Na2S + 2CO2;
Na2S + CO2 + H2O = Na2CO3 + H2S.
Таким образом, важным для образования солонцов является факт внедрения натрия в почвенный поглощающий комплекс и наличие щелочной реакции среды. Это приводит к подвижности коллоидов и резкой дифференциации почвенного профиля.
|
|
|
