Столбчатый горизонт солонца

На фоне свежей степной растительности крупным планом запечатлен столбчатый горизонт солонца — почвы, которая формируется из солончака (см. картинку дня Сульфидный солончак). Именно наличие столбчатого горизонта определяет, будет ли почва называться солонцом. Конечно, можно было бы сказать, что эта почвенная структура делится на призмы, но почвоведы договорились называть почвенные отдельности призмовидными, если их верхняя поверхность плоская, и столбчатыми, если призмы, или столбики, вверху сужаются, образуя конусообразные закругленные верхушки, не соприкасающиеся друг с другом.

Название «солонец», как и «солончак», происходит от слова «соль», и в русском языке оба эти слова длительное время употреблялись как синонимы для названия почвы, пропитанной солями. Кроме того, словом «солонец» называли почву с выступающей на поверхность каменной солью: это слово в Средней полосе России использовалось для обозначения куска поваренной (каменной) соли, которым подкармливали копытных. Поэтому в русской литературе встречаются упоминания о том, что звери пришли на солонец: «Наскоро поужинав, мы пошли с Дерсу на охоту. Путь наш лежал по тропинке к биваку, а оттуда наискось к солонцам около леса. Множество следов изюбров и диких коз было заметно по всему лугу. Черноватая земля солонцов была почти совершенно лишена растительности. Малые низкорослые деревья, окружавшие их, имели чахлый и болезненный вид. Здесь местами земля была сильно истоптана. Видно было, что изюбры постоянно приходили сюда и в одиночку и целыми стадами» (В. К. Арсеньев, 1921. По Уссурийскому краю). А приходили они туда, чтобы восполнить в организме недостаток соли — хлорида натрия, который поддерживает необходимую среду в крови.

Однако постепенно термин «солонец» закрепился только за почвами, в которых есть два слоя, контрастных по структуре, окраске, плотности и иным характеристикам. В словаре Ушакова третье значение слова солонец выглядит так: «3. Вид солончаковой почвы (геол.). Структурный солонец (имеющий в разрезе два слоя с различными структурами). Мокрый или бесструктурный солонец (то же, что солончак)». Почвоведы К. К. Гедройц и К. Д. Глинка в своих работах 1912–1913 гг. уже разделяли солонцы и солончаки. Константин Дмитриевич Глинка — один из классиков российской школы генетического почвоведения (от слова «генезис»), придававший большое значение почвооборазованию, первый почвовед-академик, автор первого учебника по почвоведению. Благодаря тому, что учебник и многие работы Глинки были переведены на европейские языки, российские успехи в почвоведении начала XX века стали всемирно признанными, а российские названия почв — солонцы, солончаки, подзолы (см. картинку дня Подзолы тайги — «соль на перце»), черноземы (см. картинку дня Его величество курский чернозем), каштановые почвы — прочно закрепились в последующих классификациях.

Почвенный разрез солонца на восточном отроге Ергенинской возвышенности (Ергени) в республике Калмыкия. На выровненной стенке разреза заметен надсолонцовый осветленный горизонт вымывания (0–13 см), резко сменяющийся солонцовым горизонтом со столбчатой структурой (13–25 см), которая не различима на фотографии, постепенно переходящий в подсолонцовый горизонт, что простирается до 38 см. Фото © Иван Семенков, Мария Конюшкова, 2010 год

«Структурные солонцы», или, в более поздних классификациях, просто «солонцы» — это почвы, в которых обязательно имеется очень плотный срединный горизонт вмывания с особой структурой (солонцовый горизонт), который является диагностическим для выделения этих почв. Собственно, на главном фото мы видим именно его в виде столбиков. Кроме того, в структурных солонцах есть осветленный надсолонцовый горизонт вымывания (на главном фото его мощность всего несколько миллиметров) и подсолонцовый неструктурированный горизонт (на фото заметна лишь его самая верхняя часть), переходящий в почвообразующую породу, которая зачастую является засоленной. Как ни странно, плодородный гумусовый горизонт в солонцах может совершенно отсутствовать!

Если с разделением верхней части солонцов на горизонты российские почвоведы относительно едины, то название горизонтов в нижней части остается предметом горячих дискуссий. Внимательный зритель может самостоятельно разделить нижнюю часть солонца на фото справа на три горизонта: 1) более светлый, относительно однородный (пятна затемнения появляются в углублениях по отвалившимся кусочкам почвы); 2) немного более темный (за счет недостатка освещения) с белесыми крапинками карбоната кальция, которые почвоведы называют «карбонатная белоглазка»; 3) более темную так же за счет недостатка света, однородную по окраске почвообразующую породу, где карбонат кальция есть в виде дисперснорассеянного мелкокристаллического вещества, которое незаметно невооруженным глазом.

Чтобы хорошо разглядеть столбчатую структуру солонца, образец необходимо вынуть из почвенного разреза и слегка разделить плотно примыкающие друг к другу столбики. Непосредственно в стенке разреза этот горизонт с призмовидной или столбчатой структурой будет просто выглядеть более темным пятном на фоне остальных горизонтов почвы.

Фотография верхней части солонца, вскрытого на юге Ростовской области. На выровненной (слева от сантиметровой ленты) и препарированной (то есть обработанной для лучшей визуализации структуры почвы; справа от ленты) стенке разреза видна осветленная надсолонцовая часть почвы и более темная — столбчатый солонцовый горизонт. В надсолонцовой толще выделяется гумусовый горизонт (0–7 см), разделяющийся на небольшие комочки каштанового цвета и залегающий на осветленном горизонте вымывания (7–14 см), в котором хорошо различимо горизонтальное расположение вещества в виде тонких прослоечек. Самая темная часть почвы — это солонцовый горизонт, который постепенно переходит в более светлый подсолонцовый. Фото © Иван Семенков, 2010 год

Структурированный горизонт солонца возникает в результате осаждения соединений гумусовых кислот, переходящих в раствор под действием соды при обязательном отсутствии легкорастворимых солей — хлоридов и/или сульфатов. При наличии большого количества сульфатов и/или хлоридов в почве органическое вещество неподвижно, и горизонт с особой структурой не образуется: солончак остается солончаком. В чем же фокус: почему нужна сода и должно не быть легкорастворимых солей и при чем тут переходящие в раствор соединения гумусовых кислот? Давайте попробуем разобраться по порядку.

Столбчатые структуры (см. Столбчатая отельность) возникают не только в солонцах, но и, например, в базальтах (см. статью Столбчатые базальты и конвекция Релея — Бенара). Однако ни для почв, ни для базальтов пока нет единого мнения, почему так получается. Но замечено, что столбчатая структура характерна для почв, которые лишь недавно превратились (приобрели структурированность) в солонцы из солончака. По мере дальнейшего саморазвития солонца его столбчатая структура превращается в призмовидную, и может расти мощность надсолонцовой толщи.

В состав любой почвы входят коллоидные частицы — их диаметр менее одной десятимиллионной метра (0,1 мкм). В солонцах и солончаках такие частицы имеют отрицательный заряд на поверхности, поэтому задерживают положительно заряженные ионы — катионы. Из-за такого заряда поверхности почвенных коллоидных частиц отрицательно заряженные ионы — анионы (в солончаках это прежде всего сульфаты и хлориды) — выносятся быстрее вглубь почвы, чем катионы. В результате создается ситуация, когда катионы натрия перестают быть уравновешенными анионами сульфатов и/или хлоридов, и тогда натрий начинает взаимодействовать с углекислотой с образованием гидрокарбоната натрия (соды) и органическими кислотами, в этом случае формируются органо-минеральные соединения. В обоих случаях это приводит к подщелачиванию среды. А в щелочной среде органо-минеральные коллоидные частицы подвижны, поэтому выносятся из верхней части почвы, формируя осветленную надсолонцовую толщу и более темный солонцовый горизонт вмывания вещества.

Если в почве находится большое количество легкорастворимых солей (сульфатов и/или хлоридов), то они как электролиты для гидратации своих ионов связывают большое количество воды и тем самым забирают необходимую для растворения воду, и коллоидные частицы выпадают в осадок (коагулируются). В таком случае столбчатая структура горизонта не образуется.

Микрофотографии солонца, обнаруженного на второй террасе озера Булухта (Прикаспийская низменность). Слева — горизонтальная микроструктура надсолонцового горизонта. Среди белых округлых зерен и прозрачных вытянутых по горизонтали пор заметно бурое органо-минеральное вещество. Фотография сделана в просвечивающем свете оптического микроскопа. Справа — солонцовый горизонт вмывания, исследованный в поляризованном свете оптического микроскопа. Поры черные. Почвенные агрегаты, состоящие из зерен различных размеров, укутаны ярко-коричневыми пленками вещества, принесенного из вышележащей надсолонцовой толщи. Фото из статьи Н. П. Шабанова, М. П. Лебедева, 2016. Свойства солонцов террас соленых озер Булухта и Хаки в Прикаспийской низменности

Из-за образования соды солонцы являются почвами с самой щелочной реакцией среды. В солончаках величина pH существенно меньше, так как ионы легко вступающего в химические реакции (обменного) натрия нейтрализованы сульфатами и хлоридами. В сухом состоянии солонцовый горизонт очень плотный, хорошо структурирован. После выпадения дождей поверхность солонцов становится очень скользкой, так как скапливающая на поверхности вода имеет высокие значения pH (щелочные воды), она мылкая и склизкая на ощупь, поэтому передвигаться по таким солонцам практически невозможно, особенно на колесных видах транспорта.

Солонцы встречаются преимущественно в регионах с засушливым климатом: на юге России, Украины, странах Центральной Азии, Аргентине, Иране и Австралии. Суммарно они покрывают около 135 млн га. Во влажном климате натрий и легкорастворимые соли вымываются из почвообразующей породы достаточно быстро, поэтому отсутствуют причины для образования солонца. В более сухом климате из-за недостатка влаги профиль не отмывается от легкорастворимых солей, и почвы остаются засоленными, поэтому солончак не превращается в солонец.

Карта распространения солонцов. Красный цвет — эти почвы доминируют (занимают более 50% территории). Зеленый — встречаются часто (покрывают 25–50% территории), но не являются преобладающими. Желтый — встречаются как сопутствующие (покрывают 5–25% территории). Белый — встречаются очень редко или отсутствуют (покрывают менее 5% территории). Такие критерии являются стандартными на почвенных картах, подготовленные по методике Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО). Рисунок с сайта madrimasd.org

Пригодность естественных солонцов для сельского хозяйства зависит от мощности надсолонцовой толщи. Для успешного пахотного земледелия необходимо, чтобы она превышала 25 см и содержала много гумуса. Однако у большинства солонцов плодородный слой существенно скромнее. Улучшать агрохимические свойства солонцов — прежде всего снизить количество обменного натрия в солонцовом горизонте — очень трудно, долго и дорого, поэтому абсолютное большинство солонцов мира используется в качестве пастбищ.

Фото © Иван Семенков, республика Калмыкия, 2010 год.

Иван Семенков