ЗАВИСИМОСТЬ НАБУХАЕМОСТИ СОЛОНЦОВ

ЗАВИСИМОСТЬ НАБУХАЕМОСТИ СОЛОНЦОВ

ОТ СОСТАВА СОЛЕЙ

З.Р. Токов

Изучение набухания как одного из показателей солонцеватости почв представляет определенный интерес, поскольку это свойство оказывает большое влияние на их агрономическую ценность.

А.В. Кузнецов и С.Н. Алешин (1965) отмечают, что почвы и высокомолекулярные гели существенно различаются по степени набухания, а процесс набухания почв подчиняется уравнению



где Q –объем набухающего вещества к моменту времени, t; Q_M – емкость набухания; К – константа скорости набухания.

В настоящей работе приводятся экспериментальные данные о набухании солонцов, развитых на разных почвообразующих породах, и черноземных почв.

Исследуемые солонцы Кочубеевского района Ставропольского края представляют большой интерес, так как являются типичными малонатриевыми почвами с низким содержанием поглощенного Na, но с ярко выраженными отрицательными морфологическими признаками. Набухание почв определяли по увеличению ее объема при помощи прибора М. В. Васильева. Численные значения QM и К рассчитаны после приведения уравнения (1) к виду уравнения прямой (С.Н. Алешин, А.И. Курбатов, 1966)



Величины предельной набухаемости и константы скорости набухания материнских пород разного возраста (горизонты С разрезов 4 и 5) существенно различаются. У третичных суглинистых отложений (горизонт С, разрез 5) они меньше, чем у лессовидных суглинков, несмотря на высокую удельную поверхность. Здесь большое влияние оказывают фактор дисперсности, присутствие растворимых солей и повышенное содержание гигроскопической воды. Как показали исследования С. Маттсона (1938), степень набухания значительно увеличивается при снижении содержания воды. Высокая засоленность третичных отложений хлоридами и сульфатами Na и Mg также может подавлять процесс набухания вследствие избытка этих электролитов в почвенном растворе.

Максимальное набухание в пределах генетического профиля в солонцах, развитых на разных породах, проявляется в иллювиальных горизонтах (Bi). В этих горизонтах значительно (в 2–3 раза) возрастают по мере увеличения солонцеватости как величина предельной набухаемости (Q_M), так и величина константы скорости набухания (К). Иллювиальные горизонты солонцов, сформировавшихся на лессовидных суглинках, имеют большую емкость набухания, чем иллювиальные горизонты солонцов, развитых на третичных суглинистых отложениях.

Следует отметить, что между содержанием поглощенного Na и емкостью набухания в солонцах не наблюдается тесной коррелятивной связи (г = 0,35±0,13).

Такие изменения в степени набухаемости в черноземных солонцеватых почвах и солонцах связаны с существенным влиянием состава поглощенных оснований, качественного состава высокодисперсных минералов, органического вещества и растворимых солей. Эти различия следует отнести главным образом за счет фактора гидрофильности. Чем гидрофильнее почва, тем больше объем набухания. Содержание гидрофильной илистой фракции увеличивается по мере повышения солонцеватости в черноземах и резко возрастает в солонцах и солонце-солончаке (см. таблицу). Емкость набухания в исследуемых почвах четко коррелирует с содержанием гидрофильной илистой фракции (г = 0,95±0,11), за исключением солонца-солончака, особенности которого будут рассмотрены ниже.

Это говорит о том, что одной из основных причин повышения степени набухания почвы является содержание гидрофильных коллоидов, в состав которых входят органическое вещество, глинистые минералы, гидраты полуторных окислов и аморфная кремнекислота.

Кроме указанных факторов, на набухание почвы, как и на набухание органических гелей, влияют температура, рН среды, давление и присутствие электролитов (С. Маттсон, 1938; В. Наумов, 1932).

Содержание гидрофильной илистой фракции в черноземных солонцеватых почвах и солонцах, развитых на разных почвообразующих породах

Почва, почвообразующая порода	Горизонт	Фракция
		илистая	гидрофильная илистая	% гидрофильной илистой фракции в составе илистой фракции
Черноземная слабосолонцеватая на лессовидном суглинке (разрез 2)	А	21,8	2,0	9,20
	В1	24,0	5,2	21,7
Черноземная среднесолонцеватая на лессовидном суглинке (разрез 3)	А	19,4	3,0	15,4
	В1	25,4	6,4	25,2
Солонец глубокий осолоделый на лессовидном суглинке (разрез 1)	А	14,2	3,0	21,1
	В1	38,6	18,2	47,3
Солонец на лессовидном суглинке (разрез 4)	А	28,6	6,4	22,0
	В1	50,0	25,0	50,0
Солонец на палеогеновом суглинке (разрез 5)	А	18,0	3,8	21,1
	В1	28,5	16,8	5'9,3
Солонец-солончак на палеогеновом суглинке (разрез 6)	А	14,2	10,2	71,8
	В1	30,0	29,2	97,3

Несмотря на повышенную дисперсность и самую высокую степень гидрофильности, солонец-солончак (разрез 6) имеет сравнительно невысокие показатели предельной набухаемости и константы набухания. Низкую кинетику набухания солонца-солончака можно объяснить небольшой емкостью обмена и наличием большого количества солей, особенно хлоридов и сульфатов Mg, которые действуют как коагуляторы. Электролиты ослабляют осмотическое давление внутри дисперсионной среды, а тем самым и водоудерживающую силу почвенного коллоида, особенно при повышенной концентрации (С. Маттсон, 1938).

Для изучения влияния солей на набухание почв породы четвертичного (бескарбонатный покровный суглинок) и третичного происхождения (палеогеновый суглинок) обрабатывали в течение 4 мес.1 н. растворами солей:

1) NaCl, 2) Na₂SO₄, 3) MgCl₂, 4) MgSO₄, 5) СаС1₂, 6) CaSO₄ и их равнообъемными двойными, тройными и пятикомпонентными смесями: 7)NaCl + MgCl₂, 8) NaCl + CaCl₂, 9) Na₂SO₄ + MgSO₄, 10)Na₂SO₄ + CaSO₄, 11) Na₂SO₄ + MgCl₂ + CaCl₂, 12) NaCl + Na₂SO₄ + MgCl₂ + MgSO₄ + CaCl₂, 13) H₂O. На рисунках 1 и 2 показано влияние солей на набухание пород четвертичного и третичного происхождения.

Третичные легкосуглинистые отложения по сравнению с породами четвертичного происхождения при насыщении различными солями и их смесями проявляют меньшую способность к набуханию, так как они обладают сравнительно низкой емкостью поглощения (14,2 мг-экв. на 100 га почвы), меньшей (в 1,5–2 раза) удельной поверхностью и высокой засоленностью.


Рис 1. Набухание бескарбонатной материнской породы (покровного суглинка) после 4-месячного взаимодействия с различными солями: 1 – Н₂О; 2 – CaSO₄; 3 – MgCl₂; 4 – MgSO₄; 5 – NaCl; 6 – Na₂SO₄; 7 – NaCl + MgCl2; 8 – NaCl + CaCl₂; 9 – Na₂SO₄ + MgSO4; 10 – Na₂SO₄ + CaSO₄; 11 – Na₂SO₄+ MgCl₂ + CaCl2; 12 – NaCl + Na₂SO₄ + MgCl₂ + MgSO₄ + CaCl₂; 13 – CaCl₂.
Для выявления совместного и отдельного влияния катионов Na, Mg и Са породу насыщали их солями, имеющими общий анион. При сравнении действия катионов Na, Mg и Са оказалось, что максимальное набухание проявляет порода, насыщенная двухвалентным катионом Mg. Набухание пород, насыщенных натриевыми солями, должно быть наибольшим, так как сильно диссоциирующий Na-ион сильнее притягивает биполярные молекулы Н₂О и поэтому вызывает в мицелловом растворе высокое осмотическое давление. В эксперименте такое явление не подтвердилось. Очевидно, причина заключается в избытке свободных электролитов NaCl (Na₂SO₄), после взаимодействия с породой, которые, согласно осмотическому уравнению, выведенному из равновесия Доннана (С. Маттсон, 1938), уменьшают набухание в зависимости от концентрации и закона валентностей.

Заслуживает внимания поведение магниевых солей, которые, очевидно, могут обусловливать неблагоприятные свойства солонцов, если учесть высокую набухаемость Mg-образцов.

Низкие показатели набухания третичных легкосуглинистых отложений, обработанных названной пятикомпонентной смесью, обусловлены присутствием в самой породе легкорастворимых солей, которые подавляют набухание коагуляцией и замещением иона, с которым сопряжено сильное набухание, другим ионом, вызывающим умеренное или слабое набухание. Это явление очень часто встречается в природных условиях, особенно в нижних горизонтах.

1. Между содержанием поглощенного Na и емкостью набухания в солонцах коррелятивной связи не обнаружено (г = 0,35±0,13).

2. Солонцы, сформированные на лессовидных суглинках, обладают большей емкостью набухания, чем солонцы на третичных отложениях – палеогеновых суглинках.

3. По мере увеличения морфологической солонцеватости значительно возрастают величины предельной набухаемости и константы скорости набухания.

4. Третичные отложения по сравнению с лессовидными суглинками характеризуются меньшими показателями предельной набухаемости и особенно константы скорости набухания.

5. Максимального набухания достигают породы, насыщенные катионом Mg; набухание пород, насыщенных катионом Na, значительно меньше.

6. При обработке пород смесями натриевых, магниевых и кальциевых солей наибольшее набухание дают двухкомпонентные смеси NaCl₂ + MgCl₂ и Na₂SO₄ + MgSО₄.

7. Хлориды солей Na, Mg и Са в большей степени понижают набухание, чем сульфаты, взятые в тех же количествах.

1. Алешин С. Н., Курбатов А. И. // Известия ТСХА. 1966. Вып. 2.

2. Кашанский А. Д., Кузнецов А. В. // Доклады ТСХА. 1968. Вып. 138.

3. Кузнецов А. В., Алешин С. Н. // Доклады ТСХА. 1965. Вып. 115.

4. Маттсон С. Почвенные коллоиды. – М.: Сельхозгиз, 1932.

5. Наумов В. Химия коллоидов. М.: Госхимтехиздат, 1953.