Карбонатность и выщелоченность почв
Наиболее распространены в почвоведении понятия «карбонат- ность», «выщелачивание карбонатов» и «карбонатный профиль».
Карбонатность - содержание в почве или почвообразующей породе карбоната кальция (СаСО3).
Это одна из характеристик вещественного состава почвы. Карбонаты рассматриваются не как причина или способ изменения реакции среды, что общеизвестно, а как почвенная масса, постоянно присутствующая в горизонтах почвенного профиля. Причем, карбонатные профили как почвенно-генетические образования адекватны современной биоклиматической обстановке.Карбонатность почв определяет кальцит - СаСО3. Присутствие в почве других минералов с этой химической формулой (арагонит и др.), а также кальцийгидратов (СаСО3 . nH2O) проблематично (Минкин и др., 1995) хотя арагонит за пределами почв и кор выветривания весьма распространен. В почвах его можно обнаружить во включениях раковин моллюсков. Кальцит в почвах всегда со-
Уровень плодородия почв под многолетними насаждениями в зависимости от глубины залегания повышенных концентрации
вредных солей (Вальков, Фиськов)
провождается доломитом (СаСО3 • MgCO3) в количествах, не превышающих 15-20 %. Существующие в практике методы определения карбонатов по выделению CO2 обычно большей частью затрагивают кальцит, не разлогая доломит. Употребляющиеся понятия «карбонаты», «содержание карбонатов» обычно предполагают наличие в почвах кальцита, но никоим образом других форм карбонатов (Ма2СО3, NaHCO3 и т. д.).
Генетическая классификационная значимость карбонатности показана в табл. 4.36-4.38.
Таблица 4.36
Вскипание почвы от 10 % HCl и примерное содержание CaCO3
| Характер вскипания | Содержание СаСО3, % |
| Нет | 0-0,3 |
| Слабое | 0,3-1,0 |
| Среднее | 1,0-2,5 |
| Сильное | 2,5-5,0 |
| Бурное | более 5,0 |
Таблица 4.37
Степень карбонатности почв по содержанию CaCO3
| Таксономическое определение почв | Начало вскипания от 10 % |
| Карбонатные | С поверхности |
| Слабо карбонатные | В пределах горизонта А |
| Слабо выщелоченные | В пределах горизонта АВ |
| Выщелоченные | В нижней части горизонта АВ или в пределах горизонта В |
| Сильно выщелоченные | За пределами гумусового профиля |
| Бескарбонатные | Вскипание не обнаруживается в материнской породе |
Таблица 4.38
Степень карбонатности и выщелоченности почв по глубине вскипания
| Степень карбонатности | Содержание СаСО3, % |
| Бескарбонатные (выщелоченные) | Нет |
| Слабо карбонатные | Менее 1,0 |
| Мало карбонатные | 1,0-3,0 |
| Средне карбонатные | 3,0-8,0 |
| Сильно карбонатные | 8,0-20,0 |
| Высокая карбонатность на уровне элювия известняков и мергелий | 20,0-40,0 |
| Мергелистая карбонатность | 40,0-95,0 |
Выщелачивание карбонатов.
Вынос карбонатов, или декарбонизация почв и кор выветривания, представляет глобальное экологическое и геохимическое явление, достигающее на земном шаре огромных размеров. В составе солей речных вод и предшествующих им грунтовых вод и верховодки углекислые соли кальция 143занимают одно из первых мест. В. А. Ковда (1973) рассчитал, что ежегодный химический сток углекислого кальция с суши в океан речными водами составляет около 558 млн т. Содержание карбонатов в земной коре составляет 1,7 %. Однако, несмотря на большой сток углекислого кальция в океан, значительные его количества задерживаются в ландшафтах суши, в почвах и породах коры выветривания, определяя во многом облик сухопутной биосферы.
Выщелачивание карбонатов как почвенное явление представляет передвижение и вынос с растворами за пределы отдельного горизонта, почвы и коры выветривания карбоната кальция и других растворимых солей. В генезисе почв особое положение занимает карбонат кальция, в силу его относительной устойчивости по сравнению с легкорастворимыми солями и высокой подвижности в сравнении с силикатами и алюмосиликатами. Подвижность определяется гидролизом карбонатов:
2СаСО3 + 2Н2О = Са(ОН)2 + Са(НСО3)2,
СаСО3 + Н2О + СО2 о Са(НСО3)2,
Бикарбонат кальция (соль) существующий в природе только в растворимом состоянии, представляет, в сущности, главный компонент выщелачивания. Растворимость же самого кальцита крайне незначительна и не принимается во внимание. Са(НСО3)2 при изменении концентрации раствора и содержания в нем СО2 легко снова переходит в кальцит. Эта переходная форма кальцита формирует в почвах различного рода карбонатные новообразования, представляющие в той или иной форме карбонатный профиль.
Карбонатный профиль - распределение карбонатов по генетическим горизонтам почвы. В почвах с периодическим промывным режимом нижняя граница максимума карбонатов совпадает с нижней границей почвы в целом.
К таким почвам относятся серые лесные, черноземы оподзоленные. выщелоченные, типичные, слитоземы, серые лесостепные почвы, коричневые субтропические почвы и др. В почвах с непромывным водным режимом нижняя часть карбонатного профиля располагается практически в иллювиальном горизонте гипса и легкорастворимых солей. Это черноземы обыкновенные и южные, каштановые, бурые полупустынные и серо-бурые пустынные почвы суббореального пояса, а также серо-коричневые почвы и сероземы субтропиков. Нижняя граница карбонатного профиля совпадает с наличием равномерного содержания карбонатов в почвообразующей породе, типичной для конкретных ландшафтов.Главное в определении типа миграции и аккумуляции карбонатов по почвенному профилю и за его пределы зависит от концентрации в растворах бикарбоната кальция. Динамика растворов этой соли зависит, в первую очередь, от концентрации СО2, т. е. от интенсивности биологических процессов по сезонам и годам. Такова сущность системности явлений в природе: чисто химические и физико-химические процессы определяются биологической активностью объекта. Высокая динамичность биологических процессов и погодных условий определяет наибольшую степень вариабельности почвенно-генетических характеристик, связанных с карбонатностью и выщелоченностью.
Экологические аспекты карбонатности почв. Карбонатность как экологический фактор плодородия почв имеет давнюю историю изучения. Карбонатные почвы используются как пахотные земли, под виноградники и сады. На обширных равнинах Предкавказья встречаются карбонатные черноземы (обыкновенные южно-европейской теплой фации). Такие богатейшие почвы содержат в верхней корнеобитаемой толще 1-6 % СаСО3. Однако это не умаляет высокого плодородия почв для многих растений. Большие урожаи на них зерновых культур, сахарной свеклы, подсолнечника, плодовых и винограда известны всей стране. На сильнокарбонатных рендзинах и в Крыму, и на Кавказе, и во Франции, и в Испании и т. д. виноградные растения находят лучшие условия.
Однако в отношении содержания карбонатов существует определенный количественный предел, после которого могут проявляться неблагоприятные свойства карбонатности. Так, в условиях вегетационного опыта (Anter и др., 1973) изучалось влияние степени карбонатно- сти почвы на рост зерновых культур и поступление в них фосфора и железа. Установлено, что при содержании в почве 8 % и более СаСО3 рост растений резко тормозится. При увеличении содержания СаСО3 до 5 и 10 % относительная урожайность озимой пшеницы на Ставрополье составляла 82 %, при 20 % содержании извести - 71 %, а при 30 % опускалась до 62 % (Куприченков и др., 2002). Карбонат кальция при добавлении к образцам выщелоченного чернозема увеличивал численность микроскопических грибов на 4-42 %, способствуя минерализации послеуборочных остатков злаковых культур (Коржов, Коронев, 2004).Индикаторами карбонатных почв с рН 7,5-8,7 являются растения - обязательные кальциефилы. На почвах с содержанием СаСО3 свыше 3 % с высоким обилием произрастают венерин башмачок, дремлик темно-красный, язвенник крупноголовчатый, мордовник 145
обыкновенный, астра ромашковидная и меловые растения - ит- сечек, полынь солянковидная. Переменными индикаторами являются факультативные кальциефилы - желтушник левкойный, язвенник обыкновенный, горичник олений, пупавка красильная. Существуют растения, для которых карбонатность - экологическое благо. К ним относятся особая флора меловых отложений (иссоп меловой, льнянка лиловая, венерин башмачок и др.). Хорошо произрастают на почвах с СаСО3 карагана (акация желтая), абрикос, вишня, грецкий орех и, конечно, виноград, несомненный карбонатофил (Пелипенко, 2004).
В большинстве случаев карбонатов в основной корнеобитаемой толще нет и при промывном водном режиме, типична кислая реакция среды и создаются благоприятные условия для растений ацидофилов: чайный куст, люпин, клевер, вереск, клюква, брусника и др. Отсутствие СаСО3 при периодическом промывном и непромывном режиме определяет нейтральную или слабокислую реакцию среды и экологический оптимум для большинства культурных растений: пшеница, кукуруза, сахарная свекла, яблоня, груша, слива, вишня и др.
Таким образом, отношение растений к содержанию карбонатов в почвах неоднозначно. Для многих культур, а их большинство, невысокие концентрации СаСО3 в почвах благоприятны, а известкование является важнейшим агромелиоративным приемом повышения плодородия кислых почв. Однако положительное действие карбонатов или отсутствие негативных последствий наблюдается до определенного порога. Этот порог лежит в пределах 5-15 % СаСО3. При большем количестве извести в корнеобитаемой толще снижение продуктивности почв по мере возрастания карбонатности обусловлено физической и биологической инертностью балластного кальцита, занимающего места других, более активных в почве минералов.
На почвах с повышенным содержанием карбонатов иногда у плодовых растений появляется хлороз. В карбонатной почве под пораженными хлорозом деревьями и под здоровыми в содержании подвижного фосфора, калия, гумуса, а также рН существенных различий не отмечается. Высокое содержание СаСО3 в почве не нарушает общей закономерности в динамике золы и отдельных зольных элементов. Оно не влияет на поступление воды в растение, не способствует тому, что плодовые деревья быстрее заканчивают рост и раньше начинают отмирать (Молчанов, 1971). На фоне высокого количества СаСО3, в почве проявлению и усилению интенсивности хлороза способствуют (по Молчанову):
• пониженная температура и повышенная влажность почвы и воздуха;
• уплотнение почвы и подпочвы, ведущее к нарушению газообмена и аэрации и, как правило, затрудняющее рост активной части корневой системы;
• наличие солонцеватости, содержание в почве и почвообразующей породе, кроме СаСОз, легкорастворимых солей;
• близкое залегание уровня минерализованных грунтовых вод и колебание их зеркала.
В Краснодарском крае хлороз на карбонатных почвах наблюдается не всегда и развивается только в тех случаях, когда почвы переувлажнены (Неговелов и др., 1985). На карбонатных сухих почвах хлороз встречается крайне редко, более того, он исчезает при подсыхании переувлажненных почв.
В Анапском районе отмечены хорошие сады из яблони и груши па перегнойно-карбонатных почвах с количеством СаСОз в верхнем горизонте от 7 до 12 %. В степной части Краснодарского края и Ростовской области сплошное распространение имеют карбонатные черноземы, и на них получают высокие урожаи плодов во многих хозяйствах.На основании обширного материала по почвам Краснодарского края, нами была произведена сравнительная оценка по урожайности семечковых и косточковых многолетних насаждений на почвах типичных и выщелоченных, с одной стороны, и карбонатных - с другой. Уровень плодородия для садов карбонатных черноземов на 10-25 % ниже в сравнении с выщелоченными и типичными черноземами. Следовательно, при бонитировочной оценке почв в качестве поправочного коэффициента на карбонатность для семечковых может быть взято значение 1,2 в ряду от выщелоченных к карбонатным или 0,8 в ряду от карбонатных к выщелоченным.
Неизученная сторона карбонатности почв в степных условиях - карбонатность пахотного горизонта не способствует оптимизации оструктуривания. Бытует мнение, что карбонатные черноземы быстрее распыляются, больше подвержены ветровой эрозии. Однако это пока еще просто визуальное наблюдение, не подтверждаемое исследовательским опытом.
Есть еще один важнейший аспект карбонатности почв, а именно - карбонаты в составе геологических пород биологического происхождения (мергели, известняки, доломиты и др.). Эти породы и элювий из них биологически активны в силу своего происхождения как остатки организмов, что отражается на 147
продуктивности многих растений (эфиромасличные культуры, виноград и др.) и в первую очередь, на качественных характеристиках растительной продукции. Обломочный материал мергелистого и известнякового происхождения высоко ценится виноградарями и придает виноматериалам особую экологическую и географическую специфику.
Таким образом, общая экологическая оценка карбонатности почв включает следующие положения:
• в профиле почвы карбонатов нет. В этом случае типична кислая реакция среды и создаются благоприятные условия для растений ацидофилов: чайный куст, люпин, клевер, вереск, клюква, брусника и др. Отсутствие СаСО3 при периодически промывном режиме определяет нейтральную или слабокислую реакцию среды и экологический оптимум для большинства культурных растений: пшеница, кукуруза, сахарная свекла, яблоня, груша, слива, вишня и др;
• слабо- и среднекарбонатные почвы, т. е. содержащие СаСО3 до 8 %, обычно снижают биологическую продуктивность для большинства сельскохозяйственных растений на 10-15 % по сравнению с почвами выщелоченными. Снижение продуктивности почв по мере возрастания карбонатности обусловлено физической и биологической инертностью балластного кальцита, занимающего места других, более активных в почве минералов;
• существуют растения, для которых карбонатность - экологическое благо. К ним относится особая флора меловых отложений (иссоп меловой, льнянка лиловая, венерин башмачок и др.). Хорошо произрастают на почвах с СаСО3 карагана (акация желтая), абрикос, вишня, грецкий орех и, конечно, виноград, несомненный карбонатофил.
• карбонатность профиля и пахотного горизонта не способствует оптимизации оструктуривания. Черноземы быстрее распыляются, больше подвержены ветровой эрозии.
4.7.