Теории образования солонцов

Под осолонцеванием понимается процесс накопления тонкодисперсных гидрофильных продуктов (глинистых минералов, аморфных полуторных оксидов, гумусовых и других соединений) в иллювиальном горизонте солонцов и солонцеватых почв при существенном участии натрия в составе обменных катионов.

Проблема образования солонцов одна из наиболее сложных в генетическом почвоведении. Этим вопросом занимались многие исследователи, но механизм образования солонцов остается не вполне разрешенным и до настоящего времени.

Существует несколько теорий образования солонцов. Одной из первых была коллоидно-химическая, разработанная К.К. Гедройцем в 1912 г. Согласно этой теории [16] солонцы образовались при рассолении солончаков, засоленных нейтральными солями. Основной причиной солонцеватости почв является наличие обменного натрия. Насыщение им поглощающего комплекса происходит на стадии солончака. В солончаке вследствие большой концентрации солей коллоиды находятся в состоянии геля, поэтому почвенная масса характеризуется рыхлым сложением. В случае отмывки верхней части профиля солончака от легкорастворимых солей (например, при понижении уров­ня грунтовых вод) в рассоленном горизонте органические и минеральные коллоиды, насыщенные ионами Nа⁺, начинают пептизироваться водой и перемещаться в глубь почвенного профиля. При нисходящем движении, проникая в горизонт с концентрацией солей выше порога коагуляции, коллоиды коагулируют, заполняют поры почвы, образуя таким образом иллювиальный горизонт. Такой горизонт при высыхании сильно растрескивается, образуется характерная ореховатая или призматическая структура, при смачивании он сильно набухает и становится практически водонепроницаемым.

Насыщение поглощающего комплекса натрием способствует возникновению щелочной реакции за счет появления в растворе соды. Образование соды происходит по схеме:

[ППК^–] 2Na⁺ + Ca(НСО₃)₂ ↔ [ППК^–]Са²⁺ + 2Nа ₂СО₃

Подщелачивание среды способствует активизации процессов выветривания первичных и вторичных минералов и перемещению продуктов распада вглубь в виде золей или сложных органо-минераль­ных комплексов.

В сухом состоянии солонцовый горизонт всегда разделен вертикальными трещинами. По ним в первые периоды увлажнения, пока не произошло набухание глыб, влага осадков, а вместе с ней и водопептизируемые коллоидные частицы почвы поступают в подсолонцовый горизонт. Вершинки призм становятся округлыми, формируется столбчатая структура.

Анализируя обширный фактический материал по изучению солонцов и солончаков азиатской части СССР, К.Д. Глинка высказал гипотезу об образовании солонцов путем попеременного засоления-рассоления почвы: «В тех климатических зонах, где при достаточной силе испарения растворимые натриевые соли могут временами попадать из грунтов в верхние горизонты почвы и где атмосферной влаги достаточно для того, чтобы не позволить этим солям надолго задерживаться в почвенных горизонтах, – постепенно должен развиваться солонцовый процесс. В тех климатах, где промывание почвы настолько берет перевес над поднятием влаги, что соли совсем не могут попадать в верхние горизонты почвы, солонцового процесса быть не может, как не может его быть и там, где промывных вод чересчур мало, чтобы противостоять накоплению солей в поверхностных горизонтах» [18, с. 58–59].

Как видим, для образования солонцов стадия солончака не является обязательной. Насыщение поглощающего комплекса почвы происходит за счет многократного воздействия периодически подтягивающихся от засоленных грунтов к поверхности растворов, содержащих нейтральные натриевые соли с последующей их отмывкой.

В.Р. Вильямс рассматривал солонцеобразование как результат деградации черноземных и каштановых почв в степном периоде почвообразования. Процесс биогенного накопления солей в почве происходит путем их переноса корневой системой растений из глубоких слоев в верхние почвенные горизонты. В результате аэробного разложения органических остатков продукты их минерализации в виде различных минеральных соединений поступают в почву. Эти соединения промываются дождями до нижней границы промачивания, а затем в сухие периоды с восходящими водными потоками подтягиваются к поверхности. При этом происходит дифференциация солей. Поверхностных слоев достигают лишь наиболее подвижные соединения – прежде всего соли натрия, в том числе сода. Соли кальция и магния задерживаются в глубине, образуя гипсовый и карбонатный горизонты. Раствор, содержащий соли натрия, особенно соду, воздействует на почвенный перегной, вытесняет поглощенный им кальций, замещая его натрием. Перегной, в котором поглощенным основанием становится натрий, образует в воде коллоидный раствор, склеенные им комки расплываются в воде. Чернозем превращается в бесструктурную массу, вязкую во влажном состоянии и твердую при высыхании, разорванную вертикальными трещинами на столбчатые отдельности. Таким образом, по Вильямсу, осолонцеванию подвергаются автоморфные почвы.

И.Н. Антипов-Каратаев, в отличие от В.Р. Вильямса, полагал, что осолонцеванию прежде всего подвергаются не автоморфные почвы, а гидроморфные и полугидроморфные: «Основной путь зарождения и развития солонцового процесса осуществляется на первых стадиях засоления почв в луговом режиме их существования, так как в этих условиях происходит относительное концентрирование притекающих в грунтовые воды солей, преимущественно сульфатов, с одной стороны, и развитие щелочности в грунтовых водах и почвенных растворах, главным образом под влиянием деятельности сульфатредуцирующих бактерий – с другой. В результате происходит внеконкурентное поглощение почвами ионов натрия из поднимающихся к поверхности почвенных растворов, со всеми вытекающими отсюда следствиями» [14, с. 75].

Схема Гедройца (солончак – солонец) И.Н. Антиповым-Каратае­вым полностью не отвергается, но он придает ей лишь подчиненное значение, приводя убедительные данные о том, что нейтральные солончаки могут переходить в солонцы лишь при преобладании сульфатов или хлоридов натрия над суммой солей магния и кальция не менее чем в 9 раз. При очень высоких концентрациях почвенных растворов это соотношение может быть уменьшено до 4:1, а в случае концентраций менее 50–70 г/л увеличено до 10 (20):1 и более.

Основным источником для насыщения поглощающего комплекса натрием является сода. При ее взаимодействии с поглощающим комплексом образуются соединения СаСО₃ и МgСО₃. Эти соли, обладающие слабой растворимостью, осаждаются в щелочной среде. Поэтому исключается возможность обратного вытеснения натрия из почвы. Реакцию взаимодействия соды с почвой можно представить следующей схемой:

[ППК^–] Са²⁺ + 2Na₂CO₃ ↔ [ППК^–] 4Na⁺ + СаСО₃ + МgСО₃

Мg²⁺

Поскольку соде в образовании солонцов придается первостепенное значение, И.Н. Антипов-Каратаев [14] обобщил данные о путях ее образования. Он указывал на следующие теории возникновения соды:

1) выветривание кристаллических и осадочных натрийсодержащих пород и минералов:

Na₂AI₂Si₆O₁₆ + H₂O Н₂AI₂Si₂O₈ · Н₂О + Na₂ СО₃

2) образование соды путем реакции обменного разложения нейтральных солей натрия и карбонатов щелочных элементов (реакция Гильгарда):

Na₂SО₄ + СаСО₃ + СО₂ + Н₂О → 2NaНСО₃ + СаSO₄

3) коллоидно-химические обменные реакции по К.К. Гедройцу:

[ППК^–]2Nа⁺ + СаСО₃ ↔ [ППК^–]Са²⁺ + Na₂ СО₃

или

[ППК]2Na⁺ + H₂ СO₃ ↔ [ППК] 2Н⁺ + Na₂ СО₃

4) поступление соды в почву из геологических источников солей по А.Н. Соколовскому, который считал основной причиной современного засоления почв геологические запасы солей, отложенные в соляных куполах, а также соли, концентрирующиеся в глубинных подземных водах;

5) биологические пути образования соды:

– при минерализации растительных остатков возникают соли азотной, серной и других кислот. Анионы поглощаются растениями, а катионы натрия с углекислотой и бикарбонатами почвенного раствора образуют соду;

– при разложении опада определенных групп растений степной и пустынной зон, в золе которых очень много натрия (камфоросма, бассия, полынь черная, биюргун, саксаул черный и др.);

– в результате биохимических процессов восстановления сульфата натрия с помощью сульфатредуцирующих бактерий в присутствии органического вещества:

Na₂SO₄ + 2C → Na₂S + 2СО₂;

Na₂S + CO₂ + H₂O → Na₂CO₃ + Н₂S

Как видим, во всех рассмотренных теориях образования солонцов основной причиной развития солонцового процесса является обменный натрий. Однако, как показали наблюдения многих исследователей, в природе часто встречаются солонцы морфологически хорошо выраженные, но имеющие незначительное количество поглощенного натрия [28, 39, 42, 48, 50, 66, 68].

Генезис малонатриевых солонцов трактуется по-разному. Ряд исследователей [39, 68, 69] считает, что солонцы, содержащие небольшое количество натрия, являются реликтовыми, или остаточными, а специфические свойства иллювиальных горизонтов таких солонцов приобретены на предыдущих стадиях развития почвы. При рассолении натрий вымывался, происходило относительное накопление магния, а солонцовые свойства сохранялись.

Другие исследователи [23, 27, 44, 54, 66] отмечают, что малонатриевые солонцы имеют самостоятельный путь развития. Солонцовые свойства обусловлены действием поглощенного магния или совместным влиянием магния и натрия. При экспериментальной проверке этих положений получены противоречивые выводы. П.И. Шаврыгин [70], С.И. Соколов [45] и другие полагают, что обменный магний так же воздействует на свойства почв, как и обменный натрий, только слабее. Кроме названных работ имеется ряд таких [8, 60, 61], в которых роль магния в солонцеватости отрицается. Исследования, проводившиеся в условиях Омской области [34, 62, 66], показали, что один магний на осолонцевание почв не влияет, причем по характеру воздействия он стоит ближе к кальцию, чем к натрию. Роль обменного магния в формировании солонцеватости проявляется лишь в том случае, если он воздействует на почву совместно с натрием. В.И. Убо­гов [10] доказал, что чем больше функциональных группировок в гуминовых кислотах будет связано с магнием (на фоне кальция), тем меньше требуется натрия для стабилизации этих коллоидов, то есть «магниевая солонцеватость» проявляется через органические коллоиды (гумус). На минеральные коллоиды магний оказывает такое же влияние, как и кальций.

Ряд авторов солонцеватость почв объясняет накоплением в иллювиальном горизонте высокодисперсной фракции, отличающейся высокой гидрофильностью и способностью диспергироваться под действием воды. Еще К.К. Гедройц [16] указывал, что уже на стадии солончака – солонца, когда не полностью проявились солонцовые свойства, почва, насыщенная натрием, под воздействием воды начинает разрушаться с выделением и накоплением свободных оксидов кремния, железа и алюминия.

Дальнейшее развитие это положение нашло в работах В.А. Ковды [30, 31]. Согласно его исследованиям, солонцовый процесс характеризуется мобилизацией кремнезема щелочными растворами в элювиальных горизонтах и его миграцией и накоплением в иллювиальных слоях и подпочве. Позже эти результаты были подтверждены другими исследователями.

Концепции К.К. Гедройца и В.А. Ковды наиболее полно были развиты Б.В. Андреевым в о теории гальмиролиза [4]. Он объяснял солонцеватость действием на минеральный субстрат солевых растворов, которые нарушают устойчивость кристаллической решетки минералов, приобретающих способность легко разрушаться водой и другими агентами выветривания. При распаде натрийсодержащих минералов в обменном состоянии почвы будет обнаруживаться натрий, а при распаде магниевых минералов соответственно – магний.

Таким образом, по Андрееву [4], обменный натрий является не причиной солонцеватости, а ее следствием. Кроме того, находит свое объяснение природа малонатриевых солонцов, у которых преобладающим обменным катионом является не натрий, а магний.

Взгляды К.К. Гедройца, В.А. Ковды, Б.В. Андреева успешно развивал В.Н. Михайличенко [39], который показал, что солонцовый процесс не ограничивается только ионообменными реакциями.

Протекают также различные химические реакции, результатом которых является синтез гидрофильных продуктов: натриевых соединений полимерной кремнекислоты, сульфатов, гуминатов, алюминатов натрия, а также натриевых солей алюмо- и ферригумусовых кислот, образующих сложный комплекс соединений – гидрофильную плазму. Эта плазма, адсорбируясь на поверхности гидрофобных коллоидов, способствует их пептизации в воде и, как следствие, проявлению специфических свойств, характерных при солонцеобразовании.

Таким образом, из обзора гипотез по вопросу об образовании солонцов можно сделать вывод, что единая точка зрения на этот счет отсутствует. Вероятно, следует признать, что в разных природных условиях пути образования солонцов различные. Такого мнения придерживаются многие исследователи солонцовых почв [28, 52, 54, 66].

 

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: