Аллювиальная почва притеррасной поймы Днестра и стагниковый чернозем: природные резервы калия по минералогическим показателям

Анализ сведений по минералогическому состоянию генетически близких двух групп почв - современных тяжелых глинистых аллювиальных почв и древних тяжелых глинистых стагниковых черноземов. Выяснение фактических размеров природных резервов калия в почвах.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 25.01.2019
Размер файла 25,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аллювиальная почва притеррасной поймы Днестра и стагниковый чернозем: природные резервы калия по минералогическим показателям

В.Е. Алексеев, В.В. Чербарь, Г.Г. Стегэреску, А.Н. Бургеля,

Институт Почвоведения, Агрохимии и Защиты почв им. Н.А. Димо

Введение

Важная роль калия для роста растений общеизвестна. В некоторых случаях потребность растений в калии даже выше, чем в азоте (сахарная свекла, табак, картофель, разные травы). Вместе с тем запасы калия в природных экосистемах ограничены, поэтому учет их содержания в почвах имеет принципиальное значение. При оценке обеспеченности почвы калием обычно прибегают к определению водорастворимого, обменного, необменного и реже валового калия [1]. Но существуют и другие подходы в этом вопросе. За рубежом активизировались исследования по оценке запасов калия в почве и их доступности растениям по минералогическим показателям [2-5]. Учет названных показателей увеличивает возможность оптимизации использования питательных веществ. В предыдущем сообщении приведены сведения по минералогическому состоянию представителей интересных в научном отношении генетически близких двух групп почв, современных тяжелых глинистых аллювиальных почв и древних тяжелых глинистых стагниковых черноземов. В данном сообщении будут рассмотрены те же почвы, но уже как носители определенных запасов калия, обусловленных особенностями их генезиса и минералогического состава.

Цель исследования заключается в том, чтобы выяснить фактические размеры природных резервов калия в названных почвах, а также могла ли отразиться на этих резервах разница в возрасте почв, измеряемая не менее чем в миллион лет. В отношении стагникового чернозема следует иметь в виду не его возраст как чернозема, являющегося продуктом голоцена, а возраст его минералогического профиля, унаследованного от предшествующих стадий почвообразования.

Объекты и методы исследования

Итак, объектами исследования стали те же две почвы, что и в предыдущем сообщении: аллювиальная лугово-болотная почва притеррасной поймы Днестра близ села Копанка Каушанского р-на (разрез А1) и чернозем стагниковый близ села Ордэшей Теленештского р-на на водоразделе с абсолютной отметкой в 240 м (разрез 6s). Там же описана методика минералогического анализа. На основании данных по составу первичных и глинистых минералов, приведенных в первом сообщении, произведены расчеты резервов калия.

По концепции Горбунова [6] к непосредственному резерву относится обменный калий (по Масловой). Ближний резерв калия заключен в глинистых минералах. В применении к исследуемым почвам он входит в состав таких минералах как иллит и смешаннослойный иллит-смектит.

Таблица 1. Элементный состав аллювиальной лугово-болотной осушенной почвы (разрез А1, гор. Ahp1, глубина 0-20 см) по данным минералогического анализа (весовой процент)

Минералогический состав

H2O

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

K2O

Na2O

Содержание минерала/ оксидов

Кварц

19,0

19,0

Плагиоклаз (15%An)

2,1

0,7

0,1

0,3

3,2

Калиевый полевой шпат

2,4

0,7

0,483

0,1

3,7

Мусковит

0,9

7,1

6,2

1,767

15,9

Хлорит (фр. >1 мкм)

0,3

0,6

0,5

0,6

0,5

2,5

Каолинит (фр. >1 мкм)

0,9

1,8

1,8

4,4

Иллит-смектит

4,3

16,4

5,8

3,8

0,4

0,4

0,216

31,3

Иллит

1,0

6,7

3,4

0,8

0,4

0,807

13,2

Хлорит (фр. <1 мкм)

0,2

0,6

0,5

0,6

0,6

2,5

Каолинит (фр. <1 мкм)

0,6

2,0

1,7

4,3

Сумма

8,2

58,7

21,3

5,8

0,5

1,9

3,272

0,4

100,1

Наименее доступный или потенциальный резерв калия принадлежит слюдам и калиевым полевым шпатам. Расчет резервов калия в почве по методике Горбунова ведется по результатам не минералогического, а химического анализа, так как в то время проблема количественного минералогического анализа не была еще решена. Определялось валовое содержание калия в почве, содержание калия в илистой фракции и обменный калий. Последний относился к непосредственному резерву, калий ила - к ближнему резерву. По разнице между суммой непосредственного и ближнего резервов и валовым калием устанавливался потенциальный резерв. Расчет резервов калия осуществлен по результатам минералогического анализа. При этом руководствовались выводами в приведенных выше зарубежных исследованиях, согласно которым также после обменного калия (непосредственный резерв) наиболее доступным растениям является калий, принадлежащий иллиту и иллит-смектиту (в нашем случае иллиту и иллитсмектиту с высокой нормой смектитовых пакетов, ближний резерв). Наименее доступен калий калиевых полевых шпатов и мусковита (потенциальный резерв). Таким образом, в основе наших расчетов лежат данные по обменному калию (по Масловой), количеству в почвах соответствующих калийсодержащих минералов и содержанию калия в них согласно их химическим формулам. Пример расчета приведен в табл.1. В правой крайней графе представлены данные по содержанию в почве минералов и составляющих их оксидов. Жирным шрифтом выделены калийсодержащие минералы, содержание их в почве и содержание в них К2О.

Результаты исследований и их обсуждение

В табл.2 представлены результаты расчета резервов калия в исследуемых почвах в форме К2О.

Непосредственный резерв калия в обеих почвах по содержанию соизмерим и находится в верхней трети или половине профиля в пределах 20-40 мг/100 г. Он несколько больше в аллювиальной почве. С глубиной содержание непосредственного резерва калия снижается, но менее резко, как это обычно происходит в зональных почвах [7-10]. Его примерно в полтора-два больше, чем в зональных черноземах и лесных почвах [10]. Главные причины высокого содержания непосредственного резерва в аллювиальной почве и стагниковом черноземе заключаются в их тяжелом гранулометрическом составе, в высоком в связи с этим содержании иллита и иллит-смектита, а также в связи с биогенным накоплением калия в верхних горизонтах.

Ближний резерв калия заключен в илистой части почвы (фракции менее 0,001 мкм) и представлен, как отмечалось, иллитом и смешаннослойным иллитсмектитом с высокой нормой смектитовых пакетов. Его размеры в исследуемых почвах существенно различаются. Если в аллювиальной почве ближний резерв калия составляет 1000-1300 мг/100 г, то в стагниковом черноземе он равен 1400 - 2100 мг/100 г, т.е. в полтора или почти в два раза больше. В отличие от зональных почв, где распределение этого резерва по профилю определяется закономерностями, обусловленными их генетическими особенностями [10], в исследуемых двух почвах подобную закономерность трудно установить. Она в этих почвах как раз не закономерна и зависит от особенностей проявления в них слоистости в явной или неявной форме.

Таблица 2. Резервы калия (К2О) в аллювиальной почве и стагниковом черноземе по данным минералогического анализа (мг/100 г)

Горизонт

Глубина, см

Непосредственный

Ближний

Потенциальный

Общий

Разрез А1. Аллювиальная лугово-болотная почва, притеррасная пойма Днестра,

с. Копанка, Каушанский р-н

Ahp1

0-20

38

1023

2249

3310

Ah

38-57

30

1318

1517

2865

Abhg2

80-95

н. о.

1146

1763

2909

G3

180-200

н. о.

1030

2056

3086

Разрез 6s. Чернозем стагниковый, с. Ордэшей, Теленештский р-н, водораздел, абс. выс.240 м

Ap

0-35

32

1625

1440

3097

Ah

35-47

23

1434

1624

3081

ABh

47-65

21

1418

1628

3065

BG

83-100

н. о.

2113

1031

3145

Cg

115-140

н. о.

1601

1695

3296

Потенциальный резерв калия в данных почвах, как и в зональных, представлен в калиевых полевых шпатах и слюдах, в основном в мусковите. В аллювиальной почве его размер составляет 1500-2200 мг/100 г, в стагниковом черноземе - 1000-1700 мг/100 г. В отличие от ближнегорезерва потенциальный резерв калия, напротив, больше по размеру в аллювиальной почве, чем в стагниковом черноземе. В отношении распределения потенциального резерва по профилю можно сказать то же самое, что и о ближнем резерве. Оно носит незакономерный характер и контролируется особенностями проявления в почвах слоистости.

Размеры общего резерва калия в обеих исследуемых почвах весьма близки. В аллювиальной почве общий резерв составил 2900-3300 мг/100 г, в стагниковом черноземе он равняется 3100-3300 мг/100 г, т.е. по минимальному показателю немного выше. Также, как по ближнему и потенциальному резервам, в распределении общего резерва калия по профилю установить какую-либо закономерность не удается. Оно определяется суммарным эффектом от поведения всех трех других резервов калия.

Следует отметить, что современные аллювиальные почвы Молдовы исключительно богаты резервами калия. По-видимому, это вообще типовая особенность современных, а значит молодых почв пойм рек, принадлежащих к территориям с лессовыми и лессовидными отложениями. Как ранее было установлено, для аллювиальных почв характерно вообще повышенное содержание слюд и генетически связанных с ними иллита и иллит-смектита. Помимо молодости почв немаловажное значение в этом сыграло то обстоятельство, что поймы рек наследуют продукты выветривания и почвообразования, созданные на водоразделах и склонах и в первую очередь к таким продуктам относится иллит [10]. К тому же на примере одной и той же тяжелосуглинистой разновидности почв было установлено, что общий резерв калия в них зависит от их возраста. Так с последовательным увеличением возраста почв Молдовы от аллювиальных почв к черноземам, размещенным на средних высотных отметках, и к лесным почвам на высоких абсолютных отметках общий резерв калия в них снижается с примерно 2800 мг/100 г до 1400 мг/100 г, т.е. в два раза [10]. Причем потери происходят за счет потенциального резерва, поскольку он при выветривании и почвообразовании расходуется на воспроизводство ближнего и непосредственного резервов и расходуется необратимо.

В этой связи заслуживает внимания неожиданный эффект, который заключается в том, что общие резервы калия в современной (голоценовой) аллювиальной почве и в древнем (плиоценовом) стагниковом черноземе одного с ней тяжелоглинистого гранулометрического состава оказались практически одинаковыми. Если огромный возраст стагникового чернозема и оставил свой след на его общем резерве калия, то только в том, что в нем произошло перераспределение между потенциальным резервом и ближним резервом калия в пользу ближнего резерва. Произошло то, что называется процессом оглинивания, вероятность которого высказана в предыдущей статье. Отсутствие в стагниковом черноземе признаков потери общего резерва калия, обусловленного его большим возрастом, можно объяснить разными причинами. Одна из них может заключаться в том, что общий резерв калия был выше, но со временем снизился до современных размеров. Другая возможная причина может быть в том, что тяжелый гранулометрический состав настолько тормозит процессы выветривания в данной почве, что она сохраняется практически неизменной в законсервированном состоянии. Достоверность названных причин современного состояния общего резерва калия в стагниковом черноземе невозможно установить без проведения балансовых исследований. Но они, в свою очередь, возможны только при изначально однородной почвообразующей породе, чего как раз и нет в этой почве.

В заключение следует отметить любопытное явление, в равной мере распространяющееся на обе исследуемые почвы, молодую голоценовую аллювиальную почву и близкий по генезису плиоценовый стагниковый чернозем. Их объединяет формирование на породах одного и того же происхождения, аллювиальных отложениях. В одном случае это аллювиальные отложения современной поймы, в другом - аллювиальные отложения позднеплиоценовой поверхности выравнивания, образовавшиеся как минимум миллион лет назад. Интересно то, что в обоих случаях, несмотря на огромную разницу в возрасте, породы аллювиального происхождения оказались в равной степени чрезвычайно богаты общим резервом калия, достигающим и превышающим 3000 мг/100 г. Такое богатство калием на территориях с лессовыми и лессовидными породами, к каковым принадлежит и Молдова, обеспечивается названными выше калийсодержащими минералам, среди крупного обломочного материала каковыми являются слюды и калиевые полевые шпаты, в составе глинистого материала - иллит и смешаннослойный иллит-смектит. Причем главная роль среди перечисленных минералов принадлежит тем, в основе которых лежит слюдистое начало, а именно сами слюды - иллит и иллит-смектит. Отличительная особенность этих минералов заключается в том, что они имеют пластинчатую форму. Вполне вероятно, что именно такая форма облегчала миграцию минералов слюдистой природы в осадочном материале водосборных бассейнов и способствовала их аккумуляции в аллювиальных отложениях современной и прошлых геологических эпох.

чернозем минералогическое состояние

Выводы

1. Проведены исследования природных резервов калия в генетически близких двух почвах, современной (голоценовой) тяжелой глинистой аллювиальной почве и древнем тяжелом глинистом стагниковом черноземе, сформировавшимся на позднеплиоценовой породе аллювиального происхождения. В обеих почвах непосредственный, ближний и потенциальный резервы калия в равной степени велики и превышают таковые в зональных почвах. В обеих почвах общий резерв калия достигает 3300 мг/100 г.

2. Большая разница в возрасте почв не нашла отражения на содержании в них общего резерва калия. В древнем стагниковом черноземе в отличие от молодой аллювиальной почвы присутствуют признаки перераспределения резервов калия между потенциальным и ближним резервами в пользу ближнего резерва калия в результате вероятного процесса оглинивания. В обеих почвах распределение резервов калия по профилю, кроме непосредственного, не носит закономерный характер и определяется проявлениями явной или скрытой слоистости пород.

3. Выдвинута гипотеза, что исключительно высокое содержание общего резерва калия в почвах на аллювиальных отложениях, независимо от их возраста, является их генетическим признаком и обусловлено пластинчатой формой минералов слюдистой природы, облегчающей их миграцию в осадочном материале водосборных бассейнов и накопление в поймах рек.

Список литературы

1. Практикум по агрохимии / под ред.В.Г. Минеева. - М.: Изд-во МГУ, 2001. - 689 с.

2. Application of the PROFILE model to estimate potassium release from mineral weathering in Northern European agricultural soils / J. Holmqvist [et al.] // European Journal of Agronomy. - 2003. - Vol. 20. - P.149-163.

3. Mineralogical budgeting of potassiumin soil: a basis for understanding standardmeasures of reserve potassium / Y. Andrist-Rangel [et al.] // Journal of Plant Nutrition and Soil Science. - 2006. - Vol.169. - P.605-615.

4. Which 2: 1 clay minerals are involved in the potassium reservoirs? Insights from potassium addition or removal experiments on three temperate grassland clay assemblages / P. Barre [et al.] // Geoderma. - 2008. - Vol.146. - P.216-223.

5. Assessing potassium reserves in northern temperate grassland soils: A perspective based on quantitative mineralogical analysis and aqua-regia extractable potassium / Y. Andrist-Rangel [et al.] // Geoderma. - 2010. - Vol.58. - P.303 - 314.

6. Горбунов, Н.И. Минералогия и физическая химия почв / Н.И. Горбунов. - М.: Наука, 1978. - 294 с.

7. Ксерофитно-лесные черноземы: природные резервы калия / В.Е. Алексеев [и др.] // Почвоведение и агрохимия. - 2013. - № 1 (50). - С.62 - 67.

8. Бурые лесные почвы Кодр Молдовы: природные резервы калия / В.Е. Алексеев [и др.] // Почвоведение и агрохимия. - 2014. - № 1 (52). - С.87-94.

9. Серые лесные почвы Кодр Молдовы: природные резервы калия / В.Е. Алексеев [и др.] // Почвоведение и агрохимия. - 2015. - № 1 (54). - С.55-61.

10. Алексеев, В.Е. Минералогия почвообразования в степной и лесостепной зонах Молдовы: диагностика, параметры, факторы, процессы / В.Е. Алексеев. - Кишинев, 1999. - 241с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.