CC BY
21
АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2011, том 17, № 4 (49), с. 131-137
^ОТРАСЛЕВЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ ЗАСУШЛИВЫХ ЗЕМЕЛЬ—==—
УДК 631.48
ОБ ОСОБЕННОСТЯХ ПОЛИДИСПЕРСНОЙ СИСТЕМЫ ОСНОВНЫХ ТИПОВ ПОЧВ ЗАПАДНОГО ПРИКАСПИЯ
© 2011 г. Д.Б. Асгерова, М.З. Залибекова, А.Б. Биарсланов
Учреждение Российской академии наук Прикаспийский институт биологических ресурсов
Дагестанского научного центра РАН Россия, 367025Махачкала, ул. М. Гаджиева, д. 45. E-mail: [email protected]
Поступила 26.04.2011
Актуальность изучения полидисперсной системы почв связана с ведущей ее ролью в формировании устойчивости к процессам опустынивания, аридизации. От гранулометрического состава зависят многие свойства почв: физико-химические, водные, воздушные, тепловые. Полидисперсная система почв и почвообразующих пород - это четырехфазная биокосная гетерогенная система открытого типа, которая в своем развитии всегда стремится к состоянию динамического равновесия. В этом случае гетерогенную систему рассматривают с позиции детерминантных отношений ее составных элементов. Ключевые слова: полидисперсная система, физический песок, физическая глина, супесчаные, песчаные почвы, системный анализ, гидрофильная, гидрофобная масса, соленакопление, концентрация.
Введение
Вопросы географии почв и почвенно-географического районирования Северного Кавказа и Прикаспийской низменности освещены в работах Д.Г. Виленского (1927), Б.Ф. Добрынина (1925), С.В. Зонна (1983), И З. Имшенецкого (1926), П.Е. Простахова и Л И. Егорова (1964), Б.Г. Розанова (1975), В.М. Фридланда (1957). С 1920-х гг. Терско-Кумская низменность была объектом исследований многих почвоведов, в результате которых впервые был получен большой объем почвенно-картографических материалов, дана классификация почв, изучены морфологические и химические свойства, дан анализ географических закономерностей их распространения. В связи с подъемом уровня Каспийского моря проводились работы по изучению почвенного покрова по циклам затопления-иссушения. Значительный вклад в разработку экологических, экономических и организационных основ освоения аридных территорий внесли и зарубежные ученые (Глянц, 1992; Dregne, 1991; Varguer, 1987).
Почвенный покров Терско-Кумской низменности формирует аллювиальные карбонатные разновидности с современным или реликтовым гидроморфизмом. Их отличительная особенность - наряду с типовым разнообразием - стадийность формирования и эволюционная сопряженность. В основу классификации почв были заложены эколого-генетические принципы, основанные на том, что главной особенностью экологических условий формирования, определяющей классификационное положение почв, является степень их гидроморфизма (Добровольский, 1964, 1978; Добровольский и др., 1967, 1975; Зонн, 1932, 1933, 1978; Классификация ..., 1977).
Преобладающими почвами в районе исследований являются светло-каштановые карбонатные, солонцеватые, лугово-каштановые карбонатные, луговые солончаки и лугово-болотные почвы. Небольшими участками представлены песчаные почвы. Общей чертой почвенного покрова территории является высокое содержание солей в верхнем метровом
слое, что обусловлено неоднократным затоплением Каспия и засоленностью четвертичных отложений. Засоленные почвы занимают обширные пространства. Их развитие связано с острозасушливым климатом, обусловливающим накопление легкорастворимых солей. Восходящие токи минерализованных грунтовых вод увеличивают концентрацию солей в верхних горизонтах почвы. В пространственном плане здесь появляется комплексность почвенного покрова, выражающаяся в частой смене на небольшом расстоянии разновидностей, отличающихся по гранулометрическому составу и содержанию легкорастворимых солей (Залибеков, 2000).
Объекты и методы исследования
Для изучения почвенного покрова зоны влияния Каспийского моря в 2006 г. был заложен экспериментальный полигон общей площадью 3000 га, охватывающий светло-каштановые солонцеватые солончаковые почвы, а также почвы, подверженные периодической смене процессов затопления-иссушения в связи с изменениями уровенного режима Каспийского моря (табл. 1).
Таблица 1. Смена типов почв по продолжительности циклов затопления ^ иссушения (Залибеков, 2000). Table 1. Change of soil types by duration of cycles of flooding ^ desiccation (Zalibekov, 2000).
Типы почв Высотные отметки, БС м Продолжительность циклов Трансформация почв
Светло-каштановые -20.0 и выше Полувековая, вековая Светлокаштановые, автоморфные - > лугово-каштановые полугидроморфные
Лугово-каштановые -20.0 - -26.0 Многолетняя Лугово-каштановые - > луговые солончаковатые слабо-среднезасоленные
Луговые -26.0 - -27.0 Многолетняя Луговые солончаки - > лугово-болотные
Лугово-болотные -27.0 - -27.5 Среднегодовая 3-5 лет Лугово-болотные - > болотные
Болотные -27.0 и ниже Сезонная Маршевые (болота)
Тестовые полигоны для исследования закладывались на территории, обеспеченной картографическим материалом: Почвенная карта, М 1:10000 (Залибеков и др., 2005); Карта засоленных почв Дагестана, М 1:200000 (Залибеков, 2010). На территории опытного участка было заложено 5 разрезов, образцы отбирались по генетическим горизонтам, и в них проводились анализы физических и физико-химических свойств.
Полигон располагается на территории Кочубейской экспериментальной базы Прикаспийского института биологических ресурсов ДНЦ РАН в юго-восточной части Терско-Кумской низменности, в 25 км на северо-запад от пос. Кочубей Тарумовского района Республики Дагестан. Удаленность от Каспийского моря составляет 30-40 км. Территория используется как зимнее пастбище и представлена аккумулятивно-морской равниной с незначительным уклоном на восток и северо-восток в сторону Кизлярского залива Каспийского моря.
Для выявления закономерных динамических отношений в почве впервые использована методология системного анализа их полидисперсной системы. При исследовании систем
разной физической природы используют несколько этапов: выделение элементов системы и теоретическое обоснование этой процедуры; формализация отношений между элементами системы; изучение типов отношений элементов системы; выявление константных, базовых и интегральных (системообразующих) характеристик; выявление параметров квазистационарных состояний системы. Согласно методике (Крыщенко и др., 2002), г -содержание частиц менее 0.01 мм (физическая глина), в ее состав входит наиболее активная часть почвы - частицы менее 0.001 мм, именуемые илистой фракцией (а). По свойствам это коллоидная и предколлоидная масса, состоящая из тонкодисперсных глинистых минералов смектитовой группы и тонкодисперсного органического вещества фульватного типа. Эта масса гидрофильная и способна к реакциям эквивалентного обмена с жидкой фазой. Другими словами, частицы илистой фракции на своей поверхности имеют некоторую сумму «посадочных» мест. Это способствует селективному поглощению и закреплению на активной протонированной поверхности минералов органического вещества и катионов с образованием глино-металло-органических комплексов. Частицы фракции пыли (0.0010.01 мм) обозначены символом р. Как правило, эта фракция микроагрегатов имеет гидрослюдистый состав и гумус гуматного типа. Это биокосное образование очень устойчиво. Между частицами ила и пыли имеет место равновесный процесс.
Результаты исследований
Четыре разнокачественных компонента (элемента): 2, а, в, у (физический песок) -находятся между собой в динамическом равновесии. Наряду с активной массой в почвах имеется некоторая переменная часть индифферентного вещества, это частицы крупнее 0.01 мм, именуемые физическим песком (у). Он состоит преимущественно из кварца и небольшого количества амфиболов и полевых шпатов. Эта масса в почвах выступает как «механический» разбавитель концентрации тех веществ, которые преимущественно сосредоточены во фракциях менее 0.01 мм. Это свойство полидисперсной системы - полярно дифференцировать характеристики по гранулометрической массе - как правило, не учитывается. Все показатели, характеризующие систему, рассчитываются на 100 г почвы, т.е. без учета соотношения активной и индифферентной масс. Поэтому используем методику определения констант равновесия (Крыщенко и др., 2002), складывающихся между гидрофильной, гидрофобной и индифферентной массами.
Общее содержание гумуса в разновидностях почв всецело определяется соотношениями в почвах: физический песок/физическая глина и пыль/ил. Эта закономерность не зависит ни от кислотности, карбонатности, щелочности, ни от характера растительности.
Почти весь гумус и глинистые минералы сосредоточены во фракциях физической глины, а фракции физического песка не содержат гумуса. Поэтому можно считать, что содержание гумуса на 100 г почвы и есть концентрация гумуса физической глины, разбавленной в п раз безгумусовой массой почвы, т.е. х=у К, где х - концентрация гумуса в физической глине.
Приведение всех характеристик полидисперсной системы почв к сопоставимым условиям сравнения и соединения их коэффициентами открывает путь к исследованию структурной организации полидисперсной системы почв.
Содержание гумуса в целом в исследуемых почвах представлено в таблице 2, в графе 10, а расчетное содержание гумуса в физической глине (например, в разрезе 202 в горизонте А) - хр=1.50х2.53=3.79%.
При одном и том же содержании физической глины в почве изменения в ней соотношения ил/пыль сказывается на концентрации гумуса в физической глине.
Снижение насыщенности физической глины илом сопровождается увеличением массы пылеватых фракций, и наблюдается уменьшение концентрации гумуса в физической глине.
Таблица 2. Анализ засоления и гумусового состояния гидроморфных почв Терско-Кумской низменности Республики Дагестан. Table 2. Analysis of salt and humid state in the hydromorphic soils of the Tersko-Kumskaya lowland in Dagestan.
Содержание частиц, % Насыщенность физической глины илом/пылью "умус, %
н Глубина взятия образца, см <0.001 мм базовое значение Константы равновесия почвы в целом физической глины Сухой остаток Сумма солей
я о з и а о Г .01 0 V 1.0 0. - о .0 0. ила пыли аналитически расчет
Z а в aat Pat V1% К у х хр
Светло-каштановая супесчаная, разрез 202
А 0-10 28.1 8.7 20.0 7.9 20.2 72.8 2.53 1.50 5.71 3.79 0.20 0.21
В С1 14-20 24.2 8.2 16.0 5.8 18.4 61.9 2.75 1.32 3.37 3.61 1.24 1.14
С1 30-40 4.7 3.1 1.6 2.2 2.5 64.2 1.40 0.86 2.12 1.40 0.92 0.92
С2 50-60 3.8 2.8 1.0 0.14 3.6 - - - -
Лугово-каштановая солончаковая среднесуглинистая, разрез 102
А 0-10 11.4 3.1 8.3 1.3 10.1 69.0 1.44 1.46 2.32 2.11 1.18 1.63
В1 14-20 - - - - - 66.0 1.55 1.18 2.12 1.78 1.03 1.18
С: 30-40 17.6 6.7 10.9 3.1 14.5 65.9 3.51 0.33 2.80 1.6 1.38 1.41
С2 50-60 17.9 6.4 11.5 3.2 14.7 73.68 3.36 0.30 3.08 1.08 1.69 1.76
Луговая карбонатная среднесуглинистая, разрез 502
А 0-10 16.8 3.2 13.6 2.8 14 80.9 1.24 2.53 6.32 3.12 1.88 1.77
В 15-25 17.0 3.1 13.9 2.9 14.1 81.7 1.22 1.60 3.77 2.00 2.00 1.89
С1 45-55 16.0 3.8 12.2 2.5 13.5 76.2 1.31 0.80 2.15 1.04 2.43 2.33
Луговая болотная солончаковая, разрез 501
А 0-10 21.2 7.7 13.5 4.4 16.8 63.6 1.582 1.99 3.85 3.15 2.66 2.47
В 15-25 26.4 8.8 17.9 7.0 19.4 67.8 1.474 1.06 2.00 1.56 1.67 1.69
В1 С 35-45 17.2 8.3 8.9 3.0 14.2 52.8 1.893 0.78 2.30 1.45 1.14 1.25
Солончак легкосуглинистый, разрез 500
А 0-10 19.7 7.6 12.1 3.8 15.9 61.4 1.628 2.85 5.80 4.64 2.89 3.00
В 15-25 20.5 9.6 10.9 4.2 16.3 53.1 1.883 2.25 4.52 4.23 3.28 3.54
В С1 30-40 3.9 0.4 3.5 0.15 3.75 89.1 1.122 0.51 6.87 0.60 3.11 3.37
С2 50-60 1.1 0.4 0.7 0.01 1.09 63.6 1.572 0.28 2.95 0.44 1.38 1.22
Коэффициент корреляции между расчетными показателями содержания гумуса в физической глине и аналитическими определениями содержания гумуса на 100 г физической глины равен 0.99. Это указывает на высокую детерминированность (распознаваемость) дисперсности почв и их свойств.
Существенное влияние на закрепление гумуса и накопление солей в почвах Терско-Кумской низменности оказывает характер их гранулометрического состава (табл. 2), с вышеописанными показателями дисперсности почвенной системы. Она нами характеризуется не только по содержанию физической глины, но с большим акцентом по взаимосвязи в ней илистой и пылеватой составляющих.
Учитывая эти характеристики, все исследуемые почвы необходимо разделять на две группы: формирующиеся на двучленных (разрезы 202 и 500) и на одночленных (разрезы 102, 502 и 501) отложениях.
В первой группе почв (светлокаштановые) отмечается хорошо выраженная закономерность накопления солей в средней части профиля, маркирующих переход песчаной массы нижней части профиля (горизонт С1С2) в более тяжелую почвенную (легкосуглинистую) массу верхних горизонтов (ВС1 и А). В связи с этой двучленностью профиля и спецификой соленакопления отмечается сопряженное увеличение значений констант равновесия (К=3.18-2.53) и сопряженное с этим относительное увеличение доли ила в физической глине по отношению к нижней части почвенного профиля. Параллельно с этим отмечается увеличение содержания гумуса как для почвы в целом (1.5-2.8%), так и на 100 г физической глины (5.7-5.8%). В верхней части профиля почв на двучленных отложениях возрастает дисперсность физической глины.
Вторая группа почв (лугово-каштановые и луговые болотные) на одночленных отложениях имеет свои закономерности соле- и гумусонакопления. Во-первых, очевидна высокая насыщенность физической глины пылеватыми фракциями (более 65%). Как следствие этого, отмечается малое содержание гумуса во фракциях физической глины. Оно почти в два раза ниже, чем для почв первой группы. Во-вторых, соленакопление (разрезы 102 и 502) ярко выражено в нижней части профиля (горизонты С1, С2). В дисперсности почв Терско-Кумской низменности в этом случае значительно возрастает степень насыщенности физической глины пылеватыми фракциями, а доля ила снижается до 28-35%. Таким образом, в анализе изменения свойств почв важно не только знать количество физической глины, но и, что наиболее значимо, учитывать количественно (через У1% и К) соотношение в ней иловатой (гидрофильной) и пылеватой (гидрофобной) составляющих. В этом случае содержание гумуса и соленакопление в исследованных почвах получают надежную генетическую интерпретацию.
Особо следует рассмотреть луговую болотную солончаковатую почву (разрез 501), где ярко выражено соленакопление в верхнем горизонте А. Вниз по профилю количество солей снижается. Здесь наблюдается четко выраженная закономерная синхронность: чем выше солончаковость почвы, тем в большей степени физическая глина насыщена пылеватыми фракциями (64-68%) по отношению к горизонту С, и наоборот, снижение количества солей сопровождается увеличением доли ила в физической глине.
При интерпретации свойств почв в генетическом смысле обязательно необходимо учитывать характер соотношения в физической глине ила и пыли. Для этого достаточно вычислить интегрирующие показатели полидисперсной системы почв, такие как степень насыщенности физической глины илом/пылью (У1; %) и константу динамического равновесия гранулометрических масс. Последняя характеристика уникальна, т.е. трудно встретить два почвенных образца, которые имеют одинаковые значения констант равновесия. Это важное свойство полидисперсной системы почв - множество состояний динамического равновесия.
Выводы
Снижение насыщенности физической глины илом сопровождается увеличением массы пылеватых фракций и нарастанием концентрации гумуса в физической глине. Общей
тенденцией является тесная связь между дисперсностью и накоплением солей и гумуса в физической глине. Такая зависимость связана с малым содержанием физической глины и специфичностью группового состава гумуса.
С применением констант равновесия между гидрофильной, гидрофобной и индифферентной частями определена роль структурной организации полидисперсной системы почв как важного показателя генетической их характеристики.
В супесчаных и песчаных почвах - особая специфика взаимосвязи частиц различного размера. Аналитические данные содержания гумуса в физической глине и расчетные значения этих величин не совпадают. Они имеют или большее, или меньшее значение, что определяет полигенетичность их происхождения. В почвах более тяжелых - суглинистых, глинистых - эта закономерность выражена ярко детерминантной зависимостью (так коэффициент корреляции между аналитическим и расчетным значениями содержания гумуса практически равен 1).
При одинаковом содержании физической глины в почве изменение в ней соотношения ила/пыли сказывается на концентрации гумуса в физической глине.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Виленский Д.Г. 1927. Почвенные районы Терского округа // Почвоведение. № 3. С. 27-41.
Глянц М.Г. 1992. Засуха и экономическое развитие Присахарского региона Африки // Проблемы
освоения пустынь. № 3. С. 21-23. Добровольский Г.В. 1964. Почвы речных пойм бассейна верхней и средней Волги. Автореферат дис.
... канд. биол. наук. М. МГУ. 43 с. Добровольский Г.В. 1978. Эколого-генетические классификации аллювиальных пойменных и дельтовых почв // Биологическая продуктивность дельтовых экосистем Прикаспийской низменности Кавказа. М.: Издательство Дагестанского филиала АН СССР. С. 20-26. Добровольский Г.В., Стасюк Н.В., Федоров К.Н. 1967. Генезис и систематика луговых почв и дельты Терека // Научные доклады высшей школы. Серия биология и почвоведение. № 9. С. 207-211. Добровольский Г.В., Федоров К.Н., Стасюк Н.В. 1975. Геохимия, мелиорация и генезис почв дельты
Терека. М.: Издательство МГУ. 247 с . Добрынин Е.Ф. 1925. Ландшафтно-естественные районы и растительность Дагестана. М.:
Издательство географического общества СССР. 41 с. Залибеков З.Г. 2000. Процессы опустынивания и их влияние на почвенный покров. М.: Изд-во ДНЦ РАН. 219 с.
Залибеков З.Г. 2010. Карта засоленных почв Дагестана // Почвы Дагестана. Махачкала: Издательство «Наука плюс». С. 26.
Залибеков З.Г., Баламирзоев М.А., Мирзоев Э.М.-Р. 2005. Почвенная карта Северного Дагестана // Материалы Всероссийской научной конференции «Почвенные и растительные ресурсы южных регионов России, их оценка и управление с применением информационных технологий». Махачкала: Издательство «Наука плюс». С. 11. Зонн С.В. 1932. Краткий почвенно-мелиоративный очерк плоскостной части Дагестанской АССР.
Махачкала: Дагестанское книжное издательство. 46 с. Зонн С.В. 1933. Классификация и география почв в бассейне реки Терек. Почвенный и мелиоративный очерк бассейна реки Терек // Труды Ленинградского отделения Всесоюзного института удобрений и агропочвоведения. Т. 19. 145 с. Зонн С.В. 1978. Вопросы преобразования почв Дагестана в связи с интенсификацией их освоения // Биологическая продуктивность дельтовых экосистем Прикаспийской низменности Кавказа. Махачкала: Издательство Дагестанского филиала АН СССР. С. 13-18. Зонн С.В. 1983. Особенности пустынных почвообразовательных процессов и почвы пустынь //
Современные проблемы генезиса и географии почв. М.: Наука. С. 45-58. Имшенецкий А.А. 1926. Почвы северо-восточной части Дагестана // Почвоведение. № 4. С. 67-84.
Классификация и диагностика почв СССР. 1977. М.: Колос. 223 с.
Крыщенко В.С., Бирюков О.А., Рыбянец Т.В., Беаседина О.А. 2002. Принцип постоянства соотношения гранулометрических показателей полидисперсной системы почв. Ч. 2 // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2002. № 3.С. 94-100.
Простахов П.Е., Егоров Л.И. 1964. Некоторые особенности почвенного покрова полупустынных районов Калмыцкой АССР // Труды Волгоградского сельскохозяйственного института (СХИ). Т. 24.С. 182-188.
Розанов Б.Г. 1975. Генетическая морфология почв. М.: Издательство МГУ. 288 с. Фридланд В.М. 1957. Опыт почвенно-географического разделения Кавказа // Вопросы генезиса и географии почв АН СССР. Почвенный институт им. В.В. Докучаева. М.: Издательство АН СССР. С. 319-347.
Dregne H.E. 1991. Desertification costs: Land damage and rehabilitation // Report to the United Nations
Environment Programmer. Nairobi. P. 27-28. Varguer Abraham de E.M. 1987. Desertification: el hombre que crea al desierto // Serie scientific. VII. № 34. P. 43-45.
ABOUT THE POLYDISPERSE SYSTEM PARTICULARITIES OF MAIN SOIL TYPES IN THE WESTERN PART OF THE CASPIAN SEA
© 2011. D.B. Asgerova, M.Z. Zalibekova, A.B. Biarslanov
Caspian Institute of biological resources of the Daghestan Scietific Center of the Russian Academy of Science Russia, 367025Mahachkala, M. Gadjieva str., 45. E-mail: [email protected]
The meaning of polydisperse system study is connected with its leading role in formation of soil stability in the processes of desertification and aridisation. Many properties of soil depend on grade analysis: physical and chemical, hydrous, air, thermal properties of soil polydisperse system and soil-forming rock, it is four-phase bio-inert heterogeneous polydisperse system of the open type, which in its developing aspires to the condition of the dynamic stability. In this case heterogeneous system is considered from the position of determinant ratio of its components.
Keywords: polydisperse system, physical sand, physical clay, loamy and sandy soils, system analysis, hydrophilic and hydrophobic mass, salt accumulation, concentration.
