Физико-химические условия образования солонцов

• Низкая концентрация солей в сочетание с Na+ в ППК

• Присутствие соды

• Понижение значений дзета-потенциала

• Наличие гидратных оболочек

Солонцовый процесс - комплекс взаимосвязанных явлений, происходящих в почве, обусловленных определенным сочетанием кол-ва обменного натрия в ППК и общей конци состава солей в поч­венном р-ре, развитие которого во времени приводит к формированию специфического почвенного профиля с текстурной элювиально-иллювиальной дифференциацией (по илу, полуторным окислам, ЕКО).

Сущность солонцового процесса:

Гедройц:

Пептизирующее действие Na+ при низкой конц легкорастворим солей

Повышение сод Na+ при низкой концентрации солей вызывает:

-Диспергирование тонкодисперсных частиц в результате внедрения Na+ в ППК => увелич щелочности

-увелич доля пептизированных частиц, не связанных в агрегаты

-увелич доля пептизированного ила

-велика роль смектитовой фазы, которая приобретает состояние супердисперсности при насыщении Na: смешаннослойные разрушаются до слоев, малосодержание 3-слойных частиц, возможно даже расслоение на пакеты

-увелич р-ти ГВ за счет переформирования щелочной среды и формирования гуматов и фульватов Na+ (насыщ Na кислых функциональных групп)

-трансформация и разрушение минералов в щелочной среде (щелочной гидролиз минералов – основа осолодения): разрушение алюмосиликатов с образованием аморфных соединений Fe, Al, Si

-перемещение пептизированных коллоидов и гумуса по почвенному профилю => формирование текстурно-дифференцированного профиля

-образование пары гор-тов: элювиального и иллювиального

-формируются глинисто-гумусовые кутаны по граням структурных отдельностей

-изменение соотношения минеральных фракций: уменьшение смешаннослойных образований, увеличение сод иллита, каолинит не изменился.

-образование соды (сода определяет высокую щелочность – рН=9-10).

Накопление соды в почве несколькими путями:

а)выветривание горных пород

б)р-ция Гильгарда: CaCO3+Na2SO4->Na2CO3+CaSO4

в)р-ция Гедройца: [ППК]Na+H2CO3->[ППК]H+NaHCO3

г)в восстановительной сероводородной обстановке: Na2SO4-> Na2S

Na2S+CO2+H2O->NaHCO3+H2S

д)минерализация растений, содержащих Na+ (Вильямс)

е)поступление глубинных щелочных вод

а-д) не могут обеспечить образование большого кол-ва соды, если этот процесс один. Обычно совокупность процессов приводит к формированию солонцов.

Пути образования солонцов

5 наиболее важных вариантов:

I.предложен Гедройцем в виде схемы эволюции почв при рассолении: натриевый солончак—>солонец—>солодь. Начальная стадия - сильное засоление почвы, на которой накапливается много обменного Na, но высокая конц солей (ионная сила) способствует коагуляции всех частиц. След этап - рассоление (конц солей в почвенном р-ре д.б. ниже порога коагуляции) при условии, что обменный Na сохраняется в достаточном кол-ве - возможно в тех случаях, когда в твердой фазе отсутствует гипс и/или р-ры, вызывающие рассоление почвы, содержат мало ионов Са и Mg.

II.Глинка - накопление обменного Na при низкой конц солей возникает при многократном повторении циклов засоления почвы при поднятии минерализованных грунтовых вод или верховодки в одни сезоны года и последующего рассоления верхних гор-тов атмосферными осадками и/или водами пов-ного притока в другие сезоны года.

Возможность последовательного накопления обменного Na в этой ситуации обусловлена 2 факторами: 1) соотношением сод обменных катионов и катионов в почвенном р-ре. ЕКО почвы >суммарного сод катионов в почвенном р-ре, если последнее выразить на единицу массы почвы. Эти величины сопоставимы только при очень сильном засолении почвы. Вытеснение небольшого кол-ва обменного катиона (Na) из ППК сопровождается резким повышением конц этого катиона в р-ре, что существенно влияет на ионообменное равновесие.

2)очень низкая конц Са в атмосферных осадках. Такие ультра пресные воды могут вызывать замещение и оттеснение вниз солевого почвенного р-ра, тогда как ионообменные реакции почти не меняют сод обменного Na (чрезвычайно мало общее сод Са в р-ре).

III. Базилевич, Ковда - засоление почвы содовыми грунтовыми водами, не проходя стадии солончака. Накопление обменного Na происходит достаточно быстро за счет вытеснения Са и Mg из ППК и их осаждения в виде карбонатов в щелочной среде (рН>8,5) и избытке карбонат- и гидрокарбонат-ионов в р-ре. При этом гидрокарбонатно-натриевые или содовые р-ры могут иметь сами по себе достаточно низкую конц.

IV.Вильямс – биогенное образование солонцов (степная и полупустынная р-ть (полыни, солянки, кермек, камфоросма) поглощает корневыми системами соли из глубоких слоев породы, перемещая их в надземные органы). При отмирании и минерализации растительных остатков они поступают на пов-ть почвы и, промываясь вниз осадками, вызывают осолонцевание.

V.Егоров, Зимовец , Калиниченко - горизонтальном перераспределении солей в зоне аэрации между почвами солонцового комплекса, расположенными на разных элементах микрорельефа, в автоморфных условиях без взаимодействия с грунтовыми водами. Горизонтальное движение солей в зоне аэрации от микрозападины в сторону микробугра способствует возникновению под микробугром солевой аномалии, которая поддерживает саморегулирующийся пульсирующий режим в верхних гор-тах солонца подобно тому, как; описывал Глинка, но без участия грунтовых вод. Латеральный перенос солей с боковым внутрипочвенным стоком, который приводит к вхождению Na в ППК и последующему осолонцеванию.

СОЛОДИ

Солоди – гидроморфные или полугидроморфные почвы с резко дифференцированным профилем, ярко выраженным гор-том Е, присутствием обменного Na, щелочной р-цией в гор-те В, наличием карбонатов и легкораствор солей в нижней части профиля.

Профиль: А(Т)-Еg-Вt,g-Bca,g-Bcs,g-Bsa,g-Cg(G)

Генезис:

1.Гедройц, Попов: солоди — продукт рассоления и выщелачивания солонцов. В условиях повышенного пов-ного увлажнения при отрыве почвы от грунтовых вод обменный Na в верхних гор-тах солонцов замещается на обменный водород, что приводит к гидролитическому расщеплению минералов ППК. Полуторные оксиды выносятся, остаточный кремнезем накапливается в осолоделом гор-те. Сверху вниз по профилю передвигается и орг в-во. Постепенно солонцовый гор-т и часть подсолонцового разрушаются, превращаясь в осолоделый.

2.Рыбаков, Базилевич: воздействие на почвенный профиль слабоминерализованных грунтовых вод при пульсирующем водном режиме. В течение сухого периода года капиллярная кайма грунтовых вод, содержащих NaHCO3 и Na2CO3, подтягивается кверху и это приводит к внедрению Na+ в ППК осолонцеванию. После промывание почвы во влажный период р-рами, сод орг к-ты и угольную к-ту, вызывает замену поглощенного натрия водородом — осолодение. Наиболее активно эти пр идут на нижней границе элювиального гор-та, что вызывает постепенное увеличение его мощности.

3.Ярков, Кауричев: элювиально-глеевый пр: переувлажнение почв в условиях достаточно высокой температуры вызывает падение ОВП до 400-200 мВ. Образуется большое количество высокоподвижных агрессивных в-в (к-т, полифенолов), которые вызывают разрушение почвенных минералов. Нисходящий ток влаги обеспечивает вынос продуктов разрушения вниз по профилю. При низких значениях ОВП происходит восстановление Fe3+ и увеличение его подвижности. Это приводит частично к сегрегации, а частично к выносу железосодержащих соединений, что вызывает отбеливание

элювиального гор-та. Большая роль элювиально-глеевого процесса в образовании солодей несомненна. Это позволяет ряду исследователей объединять солоди в одной группе с псевдоглеями.

ЭПП рассолонцевания (осолодение) - совокупность процессов, приводящих к обезыливанию верхней части профиля аридных и семиаридных почв (степной и лесостепной зон), протекающих в условиях щелочной среды с обязательным внедрением Na⁺ в ППК на предварительной стадии.

Механизм. Начальная стадия - внедрение ионов натрия в ППК в условиях слабощелочной среды. => пептизацию минеральных коллоидов и формирование подвижных натриевых солей органических кислот. => промывание профиля пресными атмосферными водами приводит к развитию собственно осолодения: значительная часть пептизированных коллоидов вымывается в неразрушенном виде в иллювиальные гор-ты, часть подвергается разрушению и выносится в р-рах. Механизм разрушения минеральных коллоидов остается дискуссионным. Наиболее распространено мнение, что разрушение глинистых минералов происходит вследствие вытеснения натрия ионами водорода из потенциалопределяющего слоя коллоидов и внедрения последних в кристаллические решетки минералов (щелочной гидролиз). На этой стадии происходит изменение слабощелочной реакции среды на слабокислую. При этом разрушению в первую очередь подвергаются смектитовый компонент глин. Продукты распада глинистых минералов выносятся в иллювиальные горизонты, где ресинтезируются, а частично выносятся за пределы профиля. Однако если первую часть ЭПП осолодения (лессивирование пептизированных натрием коллоидов) можно считать доказанной, то вторая -щелочной гидролиз - требует серьезного экспериментального обоснования.

Взаимодействие с другими ЭПП. Осолодение никогда не действует в почвенном профиле самостоятельно, а всегда во взаимодействии с целой группой дифференцирующих ЭПП: элювиально-глеевым процессом, кислотным гидролизом (оподзоливание), лессиважем, Al-Fe-гумусовой миграцией и др. Причем взаимодействие это настолько сложное, а сами процессы во многом гипотетичны и имеют близкие профи-леобразующие результаты, что говорить о конкретной профилеобразую-щей роли ЭПП осолодения чаще всего не представляется возможным.

Сопутствующие пр - элювиально-глеевый. Контрастный гидрологический режим формирования солодей и осолоделых почв обусловливает резкую смену ОВ условий (возможно, наиболее резкую среди всех почв), что четко диагностируется практически во всех профилях по наличию конкреций и глеевой окраске (охристая распятненносгь, оливковые тона окраски).

Наиболее сложно разграничение функции и диагностики осолодения и оподзоливания на северной границе распространения осолоделых почв (лесостепь Русской равнины, березовые колки Сибири). При этом оподзоливание обычно рассматривается как стадиально более поздний процесс, действующий в уже осолоделом профиле. Признаки лессивирования и Al-Fe-гумусовой миграции легко диагностируются практи­чески во всех осолоделых почвах по наличию иллювиальных кутан на поверхности структурных отдельностей в иллювиальных горизонтах профиля.

Говоря о профилеобразующей роли осолодения, правильнее говорить о макропроцессе. возможность формирования профиля солодей и осолоделых почв без участия собственно ЭПП осолодения.

Профилеобразующие результаты деятельности осолодения весьма различны: от образования мощного (до 30 см) белесого, практически лишенного ила, линзовидно-плитчатого элювиального горизонта А2, подстилаемого мощными иллювиальными горизонтами, обогащенными илом и полуторными окислами, до формирования остаточно-элювиальных кутан (так называемый мучнистый кремнезем) на поверхности структурных отдельностей в верхних горизонтах солонцеватых почв. Различная выраженность осолодения в почвах, по-видимому, объясняется в первую очередь I варьированием гидрологического режима: количеством воды, ежегодно промывающей почвенный профиль, степенью контрастности увлажнения.

Диагностика. 1. Морфологическая. Наличие осветленного элювиального горизонта А2; осветление и обесструктуривание верхней части профиля черноземных и каштановых почв; наличие белесых остаточно-элювиальных кутан ("мучнистый кремнезем", "кремнеземистая присыпка") на поверхностях стуктурных отдельиостей; отмытость от карбонатов и легкорастворимых солей верхней части профиля почв солонцово-солончакового комплекса.

Сопряженные признаки — наличие утяжеленных по гранулометрическому составу, буроокрашенных, плотных с призматически-столбовидной структурой иллювиальных горизонтов В; косвенные - наличие признаков переувлажнения, глеевой распятненности, конкреций в почвах аридного ряда.

2.Мезо- и микроморфологическая. В элювиальной части профиля –осветление и отмытость от красящих пленок зерен первичных минералов; практически полное отсутствие или существецное уменьшение количества оптически ориентированных глинистых агрегатов; линзовидно-плитчатая структура; высокая подвижность гумусово-глинистой плазмы - элювиально-иллювиальное перераспределение плазмы во впутрипедной массе. В иллювиальной части профиля - наличие большого количества иллювиальных кутан: глинистых, гумусовых ("лакировка" поверхностей педов), пылеватых; оптически ориентированные глинистые волоконца и фрагменты кутан во внутрипедной массе; присутствие карбонатов в виде уплотненных, щебнистых стяжений.

3.Химическая и физико-химическая. Элювиально-иллювиальный характер распределения основных компонентов по профилю; кислая реакция верхней части профиля, переходящая в щелочную в нижней; поглощенный натрий составляет более 20% суммы поглощенных оснований в иллювиальных горизонтах; существенное преобладание фульвокислот над гуминовыми в составе гумуса иллювиальных горизонтов.

4. Гранулометрическая и минералогическая. Обедненность элювиальной части профиля илистыми частицами и иллювиальное накопление ила (по сравнению с почвообразующей породой) в горизонтах средней части профиля; возрастание доли водно-пептизируемого ила в верхней части профиля; наличие признаков разрушения глинистых минералов - сокращение количества или полное отсутствие смектитового компонента в элю­виальной части профиля, возможно некоторое увеличение доли иллита.

Все отмеченные выше диагностические признаки относятся к макропроцессу осолодения. Диагностика же собственно ЭПП осолодения затруднена, во-первых, из-за большого количества сопутствующих и наложенных ЭПП, имеющих сходную профилеобразующую роль, и, во-вторых, из-за отсутствия точных экспериментальных доказательств наличия щелочного гидролиза глипистых минералов.