Карбонатная почва как определить

XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2021

Содержание карбонатов в почвенных образцах ботанического сада Курганского Государственного Университета

Современный мир не представляется возможным без исследовательского и научного подхода к изучению объектов. Анализы почвенных образцов позволяет нам не только наглядно познакомиться с поверхностными слоями почвы, но и углубленно, с точки зрения науки.

Одним из важных дисциплин в изучении у студентов-экологов является такой предмет, как почвоведение. На современном этапе данный предмет играет значимую роль. Почвоведение позволяет нам исследовать почвенный покров, обеспечивая нужды городского и сельского хозяйства. Благодаря изучению мы можем не только улучить плодородность почвы, но и даже можем предположить, как она изменялась на промежутках исторического времени.

Одним из немаловажных объектов изучения в дисциплине почвоведения можно выделить — содержание карбонатов в почве. Карбонатность позволяет нам рассмотреть содержание в почве или почвообразующей породе карбоната кальция (СаСО₃). Они рассматриваются не как причина или способ изменения реакции среды, а как почвенная масса, постоянно присутствующая в горизонтах почвенного профиля.

Актуальность изучения карбонатного состояния в почве не имеет сомнений так, как она основывается на выявление плодородности почвы для растений, а также позволяет нам дать информацию о признаках кислотности почвы. Карбонатность выступает необходимым условием для предупреждения негативных условий, что может позволить нам улучить состояние почвенного покрова.

Основная цель работы заключается в выявлении значимости карбонатности на жизнедеятельность растений, сопоставить закономерности распределения карбонатов в почвенном профиле.

Задачи работы включают в себя:

Теоретически обосновать изучение карбонатов в почвенных образцах;

Подобрать необходимую методику исследования почв в направлении карбонатности;

Обработать результаты исследовательской работы на базе почвенных карт;

Выявить закономерности (при наличии);

Значение данной работы позволит нам широко рассмотреть содержания карбонатов в почвенных образцах на большой территории для определения возможности произрастания декоративных и культурных растений на базе Ботанического сада Курганского государственного университета.

Глава 1. Теоретическое обоснование предмета.

Определение карбонатов, главным образом, имеет важнейшее значение для характеристики физико-химических и механических свойств. Содержание большого количества карбонатов во многом связано с высокой карбонатностью материнских пород.

Вследствие разложения органического вещества, выветривания минералов и значительного приноса углесолей с поливной водой преимущественно в форме двууглекислого кальция происходит постоянное пополнение поверхностных горизонтов почв карбонатами. Накопление карбонатов кальция и магния наиболее резко выражено в торфяно-болотных почвах, где содержание их в поверхностных горизонтах может доходить до 50-60% общего веса почвы.[2]

Распределение карбонатов различно. Это связано с условиями формирования почвы и сроков ее использования для орошения. В целинных почвах карбонаты распределены более равномерно по всему почвенному профилю.

Выделяются следующие источники и механизмы поступления карбонатов в почвы:

1.) унаследованность от материнской породы;

2.) осаждение из растворов, образованных в результате выветривания содержащих кальций минералов;

3.) осаждение карбонатов, вызванное увеличением концентрации катионов кальция при дегазации за счет эмиссии углекислого газа;

4.) осаждение карбонатной пыли на поверхность почвы с последующим перемещением карбонатов вглубь профиля в составе растворов;

5.) осаждение в результате объединения катионов кальция, поступающего с атмосферными осадками, с ионами гидрокарбонатов; находящимся в составе почвенных растворов;

6.) привнос с грунтовыми водами

Условно пути поступление карбонатов в почвы можно разделить на две группы:

1.) формирование карбонатов непосредственно в почве;

2.) поступление извне.

В первой группе синтез карбонатов происходит в результате процесса карбонатизации при выветривании содержащих кальций минералов. Следствием этого процесса является появление растворов щелочей и щелочных земель слабых концентраций, которое в присутствии угольной кислоты сопровождается образованием карбонатов и биокарбонатов.

Во втором пути поступление карбонатов в почвы соответствует перемещение продуктов выветривания карбонатных пород любыми геологическими агентами. В зависимости от способа переноса и климатических условий источниками карбонатов могут быть осадки, пыль и т.д. [4]

В почвах могут встречаться такие формы карбонатов, как:

Литогенные карбонаты, унаследованные от почвообразующих пород. Часто характеризуются магниевыми составами, более крупными размерами минеральных зерен, тяжелым изотопным составом углерода. В почвах они могут встречаться в виде обломочных включений, концентраций, раковин моллюсков, но чаще всего находятся в дисперсном состоянии. Иногда литогенные карбонаты обнаруживаются в составе педогенных новообразований; [1]

Гидрогенные карбонаты формируютмя за счет привноса боковым или восходящим током капиллярных ратворов от грунтовых вод. Отличия гидрогенных и педогенных карбонатов следующие: прослои гидрогенных карбонатов имеют резкие границы с вмещающей массой как в нижней, так и в верхней частях; толща гидрогенных карбонатов массивна ( в ней отсутствуют горизонты либо они выражены слабо); не содержат вертикальных следов корневых каналов и структурных отдельностей; гидрогенные карбонаты не могут залегать над горизонтом иллювиирования ила.[1]

К педогенным карбонатам относятся аутигенные карбонатные минералы, формирующиеся в почвах. Это карбонаты кальция, магния, натрия и другие, новообразованные или преобразованные в почвах при участии угольной кислоты, продуцируемой при разложении органических остатков и дыхании корней.[1]

Наличие большого количества карбонатов в почвах определяет высокую буферность к водородному иону, состав почвенно-поглощающего комплекса, щелочность почвенного раствора и его кислотность, а также усиленную микробиологическую деятельность, подвижность органического вещества, большое связывание анионов, дающих с кальцием труднорастворимые соединение ( в особенности с фосфатами), содержание почвенных фосфатов в виде основных фосфорно-кальциевых соединений.

Ввиду слабой растворимости карбонатов в воде, их количество изменяется на длительном промежутке времени.

Содержание карбонатов в почве представлены в таблице 1

Источник

Карбонатные почвы – содержание элементов

Карбонатные почвы — почвы, содержащие карбонат кальция (СаСО3). В них входят серозёмы, каштановые почвы, а также черноземы: южные, обыкновенные, карбонатные.

Ниже представлены градации обеспеченности карбонатных почв азотом, гумусом, подвижным фосфором (по Мачигину), обменным калием (по Мачигину).

Так, исходя из Вашего результата агрохимического анализа, Вы можете определить, какой элемент у Вас в недостатке, а какой – в достаточном количестве. И на основании этого выявить соответствующую потребность в удобрениях.

✅Азот. Количество азота находится в прямой зависимости от содержания в почве органического вещества, прежде всего, гумуса. При минерализации (разложении) гумуса высвобождаются доступные растениям азотистые соединения.

Однако нельзя получать урожаи только благодаря использованию природных запасов азота даже на богатых гумусом почвах. Растения потребляют азот в больших количествах, и потому необходимо пополнять его запасы в почве.

✅Фосфор. Основным источником фосфора для растений являются фосфаты (соли ортофосфорной кислоты). Наиболее благоприятная реакция среды для усвоения растениями фосфат-ионов слабокислая (рН 6-6,5).

Поскольку карбонатные почвы характеризуются слабощелочной реакцией среды (рН 7,5-8,7), следует учитывать слабую растворимость фосфатов при планировании системы удобрения.

✅Калий. Одна из форм содержания калия в почве – в поглощенном состоянии (обменный и необменный). Основным источником калия для растений является обменный калий. Необменный – труднодоступен. Однако при потреблении обменного калия его запасы пополняются за счет необменного – своего рода равновесие в почве.

При наличии в почве значительной доли калия в малодоступной форме растения испытывают в нем недостаток.

Источник

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).

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.

Вскипание почвы от 10 % HCl и примерное содержание CaCO₃

Степень карбонатности почв по содержанию CaCO₃

Степень карбонатности и выщелоченности почв по глубине вскипания

занимают 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:

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.

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.

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.

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.

Источник