Валовой химический состав агрочерноземов типичных Приднестровского Подолья

 

Лисовский Андрей Сергеевич,

аспирант Львовского национального университета им. Ивана Франко.

 

Введение

 

Состав и концентрация почвенных растворов отражают всю совокупность современных процессов, являются интегральным показателем современных режимов почвы и биогеоценоза. Основным свойством почвенного раствора является изменчивость его состава. Изменение концентрации и состава почвенных растворов отражают циклический характер функционирования биогеоценоза в целом и почвы как его компонента. В наибольшей степени это проявляется в гумусовом горизонте агрочернозема и особенно в его поверхностном слое, где сосредоточена основная масса корней растений и где главным образом осуществляются процессы обмена веществ и энергии в системе почва–растение через почвенные растворы. Продукты разложения растительных остатков, выщелачивание элементов из надземной фитомасы атмосферными осадками в первую очередь влияют на состав и концентрацию почвенных растворов поверхностного горизонта.

Валовой химический анализ позволяет получить информацию о химическом составе минеральной части почвы и сравнить его с составом неизмененной почвообразовательной породы. Такое сравнение помогает выявить относительное и абсолютное увеличение или уменьшение количества вещества в объеме почвенных горизонтов вследствие почвообразовательного процесса. Кроме этого, сравнительный анализ содержания химических элементов в почвенном профиле позволяет определить характер изменений валового химического состава, вызванного интенсивным сельскохозяйственным использованием агрочерноземов типичных Приднестровского Подолья на протяжении длительного времени.

 

Объекты и методика исследований

 

Фондовые и литературные материалы по агрочерноземам типичным Приднестровского Подолья являются хорошей стартовой площадкой для фундаментальных исследований структуры почвенного покрова, глубокого изучения природы органического и минерального вещества почв. Генетический анализ профиля черноземов типичных невозможен без данных специальных анализов, в частности валового химического состава их силикатной части. Изучение показателей содержания основных окислов (SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, K₂O, Na₂O, P₂O₅, SO₃) в профиле агрочерноземов типичных Приднестровского Подолья открывает путь для исследования почв на уровне элементарных почвенных процессов, позволяет определить взаимосвязь между ними и с направлением почвообразовательного процесса, спецификой генезиса агрочерноземов, своеобразием их химических свойств, выявить современные тенденции агрогенной и постагрогенной эволюции почв. Для исследования валового химического состава агрочерноземов типичных среди значительного количества рассматриваемых разрезов выбраны репрезентативные почвенные объекты, которые сформировались на разных геоморфологических поверхностях: агрочерноземы типичные полого-волнистых водораздельных плато, а также террасовых комплексов долины Днестра. Подготовка почвенных образцов выполнена на кафедре почвоведения и географии почв Львовского национального университета имени Ивана Франко по стандартным методикам. Для исследования агрочерноземов типичных применен комплекс общих и специальных методов количественного анализа почв. Валовой химический анализ агрочерноземов типичных выполнен в химической лаборатории Института геологии и геохимии горючих полезных ископаемых НАН Украины.

 

Результаты исследований и их обсуждения

 

Главной задачей генетического изучения минеральной части твердой фазы почвы является выяснение изменений ее химического состава под влиянием почвообразовательного процесса. Поэтому сопоставление полученных данных, выраженных в процентах от массы сухой почвы, не дает истинного представления об изменениях минеральной части почвы, поскольку на количестве каждого окисла сказывается содержание гумуса и химически связанной воды в каждом генетическом горизонте. Исследования возможны в случае пересчета данных, выраженных в процентах от массы сухой почвы, в величины, выраженные в процентах от прокаленной почвы [1, 2].

До 30-х годов ХХ в. валовой химический анализ почв широко использовали почвоведы. Значительное внимание уделяли сбору данных по элементному составу почв, весовые проценты каждого из элементов выражали через их окислы. На основании этих данных сделаны выводы о вынесении или аккумуляции элементов, которые были главными для оценки направления процессов почвообразования [3]. Однако, трактовка результатов была достаточно поверхностная: любое уменьшение процентного содержания элемента по сравнению с его содержанием в материнской породе считали признаком активного вынесения, а увеличение – активного накопления.

В 1944 г. Б. Полынов отмечал, что валовой химический анализ был необходим как начальный этап всех исследований и определял направление дальнейших анализов и определений, которые могли бы привести к решению важных вопросов генезиса почв [4].

Значительное внимание изучению валового химического анализа почв и разработке методики анализа уделял А. Роде. Ученый предложил сравнивать исходный материал и продукты выветривания пород в пересчете на безкварцевую почву, что, по его мнению, обусловлено инертностью кварца. Однако, эти положения не были методически обоснованные и не получили всеобщего признания.

А. Роде, используя как элемент-свидетель кварц, подробно разработал методику рационального анализа валового химического состава почв. Этот метод не позволяет сделать выводы о природе и источнике имеющихся в почве вторичных минералов, которые могут содержаться в исходном материале и возникнуть в процессе почвообразования и быть перемещены из одной части профиля в другую [5].

Нами сделан профильный анализ валового химического состава агрочерноземов, обоснована зависимость элементного состава почв от свойств почвообразовательной породы, обнаружено изменения валового химического состава исследуемых почв под влиянием сельскохозяйственной деятельности. Определено содержание основных окислов SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, K₂O, Na₂O, P₂O₅, SO₃ от массы сухой почвы, а также потери от прокаливания. Полученные результаты пересчитаны на прокаленную почву, вычислено молярные соотношения некоторых окислов. Данные валового химического анализа обработаны по методике Аринушкиной Е.В. [1]. Размещение ключевых разрезов на территории Приднестровского Подолья показано на рис. 1.

 

Рис. 1. Карта-схема размещения почвенных разрезов на территории исследования.

 

Разрезы размещены на водораздельных поверхностях, на одинаковых элементах микрорельефа и однотипных почвообразующих породах. Почвенные разрезы закладывались в поствегетационный период, преимущественно в августе-сентябре.

Разрез КЦ-1 размещен на широкой водораздельной поверхности с хорошо выраженными балками, пологими и длинными склонами. Абсолютная высота: 241 м. Почвообразовательная порода оглееный лессовидный суглинок. Закипания: с 82 см – среднее, сплошное, вниз интенсивность усиливается.

Разрез СН-4 заложен на выровненном плато в районе внутренней Сиретско- Ничлавськой меандры Днестра (IV терасса). Абсолютная высота: 215 м. Почвообразо-вательная порода лессовидный суглинок. Закипания: с глубины 62 см.

Разрез ОЛ-1размещен на водораздельной поверхности междуречья рек Ничлавы и Серета. Абсолютная высота: 285 м; почвообразовательная порода оглееный лессовидный суглинок; Закипания: с 80 см – среднее, сплошное, вниз возрастает.

Разрез ВС-1 заложен на широкой водораздельной поверхности между реками Мукша и Смотрич V терраса Днестра. Абсолютная высота: 200 м. Почвообразовательная порода лессовидный суглинок. Закипания: с 56 см – сильное, сплошное, вниз возрастает;

Разрез ВЗ-1 размещен на широкой выровненной водораздельной поверхности между реками Мукша и Смотрич. (VIII терраса). Абсолютная высота: 240 м. Почвообразовательная порода лессовидный суглинок; Закипания: с 25 см – сильное, сплошное, вниз возрастает.

Результаты валового химического анализа агрочерноземов типичных приведены в табл.1. Данные выражены в процентах от массы прокаленной почвы.

 

Таблица 1.

Валовой химический состав агрочерноземов типичных Приднестровского Подолья.

Генетический горизонт	Глубина отбора образцов, см	Гигроскопи-ческая вода,%	Потери при прокаливании,%	СО2 карбонатов,%	% на прокаленную навеску
					SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	K2O	Na2O	P2O5	SО3
Агрочернозем глубокий малогумусный глубинно-глееватый среднесуглинистый на лессовидных суглинках (Разрез КЦ-1, с. Боровцы Кицманский р-н Черновицкая обл.).
AU	0-15	4,48	8,15	0,00	73,19	12,04	4,36	1,31	1,32	2,30	1,02	0,18	0,11
AU	30-40	4,44	7,95	0,00	73,25	11,85	4,37	1,53	1,32	2,34	0,97	0,18	0,20
BCAca	82-90	3,93	3,30	4,26	68,28	11,46	4,15	2,91	1,26	2,36	0,97	0,19	0,04
Cca(g)	200-210	4,76	1,83	7,30	60,27	11,59	4,66	6,12	1,74	1,92	0,93	0,06	0,09
Агрочернозем глубокий малогумусный тяжелосуглинистый на лессовидных суглинках. (Разрез ВС-1, с. Великая Слобидка Каменец-Подольский р-н Хмельницкая обл)
AU	0-11	4,20	7,56	0,00	75,05	11,11	3,96	1,39	1,00	2,30	0,94	0,13	0,11
AU	30-40	3,94	6,25	0,00	75,25	10,91	3,89	1,37	0,98	2,48	0,86	0,08	0,12
BCAca	70-80	3,06	0,94	9,37	62,36	9,02	3,64	7,81	1,22	2,06	0,82	0,08	0,18
Cca	220-230	3,05	1,02	11,32	58,81	9,09	3,22	10,34	1,22	1,77	0,76	0,04	0,06
Агрочернозем глубокий малогумусный среднисуглинистый на лессовидных суглинках (Розрез СН-4, с. Синьков Залещицкий р-н Тернопольская обл.).
AU	0-15	3,14	5,73	0,00	77,43	10,32	3,83	1,05	0,86	2,32	0,97	0,13	0,16
AU	25-35	3,28	5,72	0,00	77,69	10,52	3,61	0,90	0,86	2,18	0,83	0,09	0,11
BCAca	60-70	3,00	1,41	2,97	72,91	10,49	4,29	1,43	0,82	2,23	0,87	0,06	0,04
Cca	140-150	3,08	3,20	3,11	71,26	10,06	3,66	4,57	1,23	1,79	0,78	0,08	0,04
Агрочернозем глубокий малогумусный среднисуглинистый на оглеенных лессовидных суглинках . (Разрез ОЛ-1, с. Олексинцы Борщевский р-н Тернопольская обл)
AU	0-12	3,48	6,89	0,00	75,04	11,38	4,25	1,34	0,96	2,56	0,94	0,14	0,04
AU	25-35	3,52	6,43	0,00	75,22	11,26	4,22	1,34	0,96	2,40	0,97	0,11	0,05
BCA	60-70	3,75	5,13	0,00	74,50	11,32	4,22	1,31	0,84	2,49	0,93	0,12	0,03
Cca(g)	170-180	4,23	0,62	7,27	62,68	11,04	3,60	6,46	1,61	2,07	0,81	0,06	0,04
Агрочернозем глубокий малогумусный тяжелосуглинистый на лессовидных суглинках (Разрез ВЗ-1, с. Великозалесье Каменец-Подольский р-н Хмельницкая обл)
AU	0-10	4,01	7,54	0,00	74,23	11,16	4,05	2,40	0,86	2,31	0,92	0,15	0,05
AU	25-35	3,70	3,57	4,10	69,92	10,62	4,05	2,85	0,92	2,29	0,91	0,14	0,04
BCAca	55-67	3,40	1,57	8,08	63,35	9,86	3,38	6,43	1,01	2,13	0,86	0,13	0,04
Cca	160-170	2,85	1,06	10,29	59,46	9,01	3,34	11,23	1,01	1,79	0,82	0,06	0,03

 

В валовом химическом составе исследуемых агрочерноземов наблюдается высокое содержание окисла кремния в гумусовом горизонте (69–75%). Его вертикальное распределение имеет форму прогрессивно-аккумулятивной кривой с накоплением в гумусовом горизонте. Это свидетельствует об относительной аккумуляции в нем устойчивых к выветриванию силикатов и алюмосиликатов.

 Содержание фосфора в агрочерноземах типичных составляет 0,13–0,19% в пахотном горизонте и постепенно уменьшается до 0,04–0,08% в почвообразовательной породе. Значение этого элемента в жизни почвы и растений огромно. Растения аккумулируют фосфор в перегнойном слое, но в то же время и отчуждают с урожаями, особенно с его товарной частью. Фосфор находится в агрочерноземе типичном в органических и минеральных соединениях. В агрочерноземах примерно половина его связана с органическим веществом. Этот фосфор становится доступным растениям лишь после минерализации органического вещества. Минеральные соединения фосфора представлены очень многими формами, преимущественно труднорастворимыми и слабодоступными растениям фосфатами алюминия, железа и трехкальциевыми фосфатами Са₃(РО₄)₂.

Калий находится в агрочерноземах типичных Приднестровского Подолья преимущественно в форме недоступных или малодоступных растениям минералов, таких, как ортоклаз, мусковит, биотит, нефелин. Из минералов, особенно трех последних, он может постепенно, но очень медленно переходить в растворимое состояние под влиянием химического и биологического выветривания, например под влиянием выделяемой корнями растений углекислоты. Если при низких урожаях процесс освобождения калия из труднодоступных минеральных соединений может обеспечить потребность растений, то при высоких урожаях и большом выносе этого элемента из почвы доступного калия в ней оказывается недостаточно для питания растений. Основной формой доступного растениям калия в почве служит обменный калий, адсорбированный на поверхности почвенных коллоидов. Высокое содержание валового калия (1,77–2,49%) свидетельствует о доминировании в минералогическом составе илистой фракции агрочерноземов смешано слоистых слюда-смектитових минералов и диэктоэдрических гидрослюд.

В типичных агрочерноземах на водоразделах и склонах вертикальное распределение окисла железа имеет выразительный аккумулятивный тип. Иное поведение этого окисла в агрочерноземах типичных глубоких на низких террасах. У них максимум содержания окисла железа приходится на переходный гумусовый горизонт. Возможно, такой характер минерального профиля имеет реликтовое, палеогидроморфное происхождение. Ведь в прошлом черноземы на террасах прошли полугидроморфную стадию эволюции с интенсивным развитием элювиально-глеевого процесса, следствием которого является несбалансированные потери железа.

 Валовое содержание в агрочерноземе типичном Na₂O составляет около 1% и постепенно снижается в материнской породе. В агрочерноземе типичном натрий присутствует в составе первичных минералов, преимущественно в натриесодержащих полевых шпатах. Дефицита этого элемента обычно не наблюдается, присутствие натрия в повышенных количествах в составе подвижных соединений обусловливает формирование неблагоприятных физических и химических свойств почвы.

Кальций является элементом, который обеспечивает плодородие любой почвы, выполняя роль связующего звена между органической и минеральной частями почвы, обусловливает наличие агрономически ценной почвенной структуры, оптимальные параметры воздушного, теплового и питательного режимов почвы. Наибольшее количество кальция наблюдается в материнской породе, где составляет 4–10 %.

Валовое содержание MgО в черноземе типичном обусловлено главным образом присутствием глинистых минералов, особенно монтмориллонита, вермикулита, хлорита.

 Нами рассчитаны молярные соотношения различных окислов, которые свидетельствуют о неоднородности химического состава минеральной части почвы и дифференциацию профиля агрочерноземов типичных Приднестровского Подолья (табл. 2).

 

Таблица 2.

Показатели дифференциации профиля агрочорноземов типичных Приднестровского Подолья.

Генетический горизонт	Глубина отбора образцов, см	Молярные соотношения
		SiO2 R2O3	SiO2 Al2O3	SiO2 Fe2O3	Al2O3 Fe2O3	MgO+CaO+Na2O+K2O Al2O3	K2O+Na2O Al2O3	Фактор выщелачивания	MgO+CaO Al2O3	Фактор выщелачивания
Разрез КЦ-1
AU	0-15	8,40	10,33	44,77	1,76	0,33	0,23	1,15	0,10	0,28
AU	30-40	8,51	10,51	44,72	1,73	0,35	0,24	1,20	0,11	0,31
BCAca	82-90	8,23	10,13	43,92	1,76	0,43	0,24	1,20	0,18	0,51
Cca(g)	200-210	7,04	8,84	34,49	1,59	0,55	0,20		0,35
Разрез ВС-1
AU	0-11	9,36	11,49	50,52	1,79	0,35	0,25	1,08	0,10	0,14
AU	30-40	9,55	11,72	51,55	1,79	0,37	0,26	1,13	0,10	0,14
BCAca	70-80	9,35	11,76	45,69	1,58	0,80	0,27	1,17	0,53	0,78
Cca	220-230	8,97	11,00	48,72	1,80	0,91	0,23		0,68
Разрез СН-4
AU	0-15	10,31	12,75	53,89	1,72	0,36	0,27	1,28	0,09	0,30
AU	25-35	10,30	12,55	57,43	1,86	0,32	0,24	1,14	0,08	0,27
BCAca	60-70	9,37	11,81	45,36	1,56	0,36	0,25	1,19	0,11	0,37
Cca	140-150	9,78	12,05	51,92	1,75	0,51	0,21		0,30
Разрез ОЛ -1
AU	0-12	9,06	11,21	47,10	1,71	0,36	0,26	1,18	0,10	0,26
AU	25-35	9,17	11,36	47,50	1,70	0,35	0,25	1,13	0,10	0,26
BCA	60-70	9,04	11,19	47,08	1,71	0,35	0,26	1,18	0,09	0,24
Cca(g)	170-180	7,99	9,65	46,49	1,96	0,60	0,22		0,38
Разрез ВЗ- 1
AU	0-10	9,19	11,31	48,91	1,76	0,39	0,24	1,00	0,15	0,20
AU	25-35	9,00	11,19	45,98	1,67	0,44	0,26	1,08	0,18	0,25
BCAca	55-67	8,96	10,92	49,95	1,86	0,65	0,26	1,08	0,40	0,55
Cca	160-170	9,07	11,22	47,45	1,72	0,97	0,24		0,73

 

Вычисленные соотношения SiO₂/Al₂O₃, SiO₂/Fe₂O₃, SiO₂/R₂O₃, Al₂O₃/Fe₂O₃ позволяют определить относительные потери или накопления отдельных окислов в генетических горизонтах вследствие разрушения и перемещения по профилю минералов, продуктов их разрушения под влиянием элементарных почвенных процессов, а также выявить природу этих процессов.

В агрочерноземах типичных на водоразделах и склонах характер молярных соотношений SiO₂/Fe₂O₃ равномерный (45–50 %) с тенденцией к сужению в гумусово-аккумулятивном горизонте. Это свидетельствует, что в автоморфных условиях исследованные агрочерноземы не проходили стадии кислотного гидролиза и перераспределения минерального вещества в прошлом. Они есть моногенетичными почвами с тенденцией к накоплению сиалитной глины в верхней части профиля.

На террасовых местностях агрочерноземы типичные глубокие имеют отчетливые морфологические признаки этого фациального подтипа черноземов. Значительное расширение показателя молярных соотношений SiO₂/Fe₂O₃ в гумусово-аккумулятивном горизонте агрочерноземов глубоких (53–57%) с резким сужением его (43–46%) в переходном гумусовом горизонте свидетельствует о стадии кислотного разрушения силикатной части почв. Перераспределение основных окислов происходило вследствие элювиально-глеевого процесса еще на ранней стадии формировании черноземов.

Также нами рассчитаны молярные соотношения для щелочноземельных металлов в почвах: K₂O+Na₂О/Al₂O₃ і MgO+CaO /Al₂O₃. На основании этих значений вычислен фактор выщелачивания, предложенный Йенни [6]. Он рассчитывается по соотношению суммы окислов в определенном горизонте к сумме этих же окислов в материнской породе. В агрочерноземах прослеживается аккумуляция K⁺ і Na⁺ до Al₂O₃ о чем свидетельствует фактор выщелачивания более 1. Наибольшая аккумуляция K⁺ і Na⁺ наблюдается в переходном гумусовом горизонте, где показатель выщелачивания колеблется в пределах 1,10–1,20. Значение фактора выщелачивания для окислов Mg²⁺ і Ca²⁺ относительно Al₂O₃ в агрочерноземах незначительная. Эти показатели свидетельствуют о выщелачивании кальция и магния из верхних горизонтов и их аккумуляцию в нижних горизонтах.

 

Заключение

 

Валовой химический состав агрочерноземов типичных, как наследственное свойство от материнской породы, трансформируется под действием элементарных почвенных процессов. Изменение элементного состава горизонтов почвы можно обнаружить, сравнив его с валовым химическим составом материнской породы. По определенным изменениями можно анализировать интенсивность, характер и направленность почвенных процессов.

Минеральная часть агрочерноземов типичных по химическому составу практически двухкомпонентная: она состоит из кремнезема и полутораокислов. Незначительная часть приходится на окислы калия, натрия, кальция, магния, фосфора. Окислы по убыванию их относительного содержания можно расположить в следующий ряд: SiO₂→ Al₂O₃→ Fe₂O₃→ CaO → K₂O → MgO → Na₂O → P₂O₅.

В профиле агрочерноземов типичных террасовых комплексов не обнаружено никаких морфологических признаков кислотного разрушения их силикатной части и перераспределения продуктов разрушения. Учитывая приуроченность почв к низким террасам, можно предположить, что в сравнительно недалеком прошлом эти черноземы прошли полугидроморфную стадию развития и формирование их морфологического профиля. Процессы почвообразования развивались синхронно с общим усилением дренажа террасы. В условиях перманентного застойно-промывного водного режима элювиально-глеевый процесс обязательно приводил к кислотному гидролизу силикатной части профиля с вынесением глинисто-железистых комплексов вниз по профилю. В фазу интенсивного дернового почвообразовательного процесса видимые признаки разрушения минерального профиля агрочернозема были скрыты интенсивной гумусовой аккумуляцией.

В перспективе сетка опорных разрезов агрочерноземов, приуроченных к различным элементам и формам рельефа и для которых есть данные валового химического анализа, позволит научно обосновать характер становления, историю развития, условия функционирования и эволюции агрочерноземов типичных Приднестровского Подолья.

 

Литература

 

1.                  Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв / Е. В. Аринушкина. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1970. – С. 260–269.

2.                  Мякина Н. Б. Методическое пособие для чтения результатов химических анализов почв / Н. Б. Мякина, Е. А. Аринушкина. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1979. – 62 с.

3.                  Боул С. Генезис и классификация почв / С. Боул, Ф. Хоул, Р. Мак-Крекен. – М.: Прогрес, 1977 – 416 с.

4.                  Полынов Б. Б. Валовий почвенный анализ и его толкование / Б. Б. Полынов // Почвоведение. – 1944. – № 10. – С. 482–490.

5.                  Роде А. А. Система методов исследования в почвоведении / А. А. Роде. – Новосибирск: Наука, 1971. – 92 с.

6.                  Jenny H. Behavior of potassium and sodium during the process of soil formations / H/ Jenny // Missouri Agris. Exp. Sta. Res. Bull. – 1931. – № 162. – P. 24–52.

 

Поступила в редакцию 20.03.2014 г.