Почвоведение, 2023, № 1, стр. 3-19

ВВЕДЕНИЕ

Гипсоносные почвы, в том числе гажевые, были предметом изучения многих исследователей – В.В. Докучаева, В.В. Акимцева, Б.А. Клопотовского, С.В. Преображенского, И.П. Герасимова, А.Н. Розанова, Н.Г. Минашиной, Ш.Д. Хисматуллина, А.И. Климентьева, С.В. Горячкина, И.В. Спиридоновой, О.Г. Лопатовской [1, 2, 7–9, 13–17, 19, 20, 25, 30–32, 35–37] и др. Почвы на гажевых отложениях широко распространены в зоне сухих субтропиков практически всех континентов – Евразии, Северной Америки, Африки, Австралии, но чаще они встречаются в аридных полупустынных и пустынных зонах. Тем не менее, гажевые почвы формируются и в гумидных бореальных областях на плотных гипсах [8], а также на Русской равнине в Ярославской области [23], в семигумидных полувлажных условиях лесостепи Предбайкалья [10, 30–32, 35, 37], и в семиаридных полузасушливых условиях Предуралья [13, 40].

Гажевые почвы были отмечены и в других районах. Тюрюканов [27], приводя описание В.В. Акимцева разнообразных почв с карбонатным и гипсовым горизонтами в профиле, приходит к выводу, что сульфатные почвы на Кавказе, описанные В.В. Акимцевым в 1931 г. [1], есть не что иное, как испанские барросы, а эриванские белоземы [9] и армянские бурые почвы “киров” [7] идентичны альбаризам, распространенным в окрестностях г. Хереса (Испания). Минашиной были исследованы гажевые серо-коричневые почвы Кура-Араксинской низменности [15] и гажевые солончаки Узбекистана [16, 17].

Прежде чем перейти к характеристике гажевых почв, уточним терминологию. В геологии принято следующее определение гажи.

“Гажа – рыхлая, рассыпчатая порошкообразная масса углекислого кальция, отложения в озерно-болотных водоемах в результате выпадения CaCO₃ из раствора. Глинистые разновидности гажи называются пресноводным, озерным или луговым мергелем. Гажа применяется для производства цемента. В Закавказье и Средней Азии к гаже относят рыхлую породу, состоящую из гипса, глины и песка, которая употребляется в обожженном виде для штукатурки как вяжущее средство. Синонимы: гипс землистый, мел озерный, известняк луговой, лимнокальцит” [6].

В почвоведении понятие “гажи” приобрело более узкий смысл.

Гажа (синоним – землистый гипс) – природное глинисто-гипсовое карбонатно-глинисто-гипсовое образование, содержащее 20% и более микрокристаллического гипса, обычно не содержащее легкорастворимых солей. Используется для гипсования солонцовых и содовых почв и как строительный материал [26].

Тюркоязычный термин гажа (ганч) – соответствует испанскому понятию “хезо”, выделяемого в гипсоносных почвах Испании.

Морфологически эти отложения представляют собой мучнистую светло-серую массу, состоящую из мелких кристаллов гипса, содержание которого достигает 70–90%; мощность этих отложений колеблется от нескольких сантиметров до 2 м.

Таким образом, согласно разным источникам, гажевые почвы – это группа почв, объединенная одним общим признаком – наличием “мучнистой” формы гипса с его содержанием >20% и размером кристаллов <0.25 мм. Горизонты скопления гипса могут содержать значительное количество карбонатов.

Именно этим почвам – их генезису и свойствам – посвящена настоящая статья.

Непосредственно генезис гажевых почв имеет несколько гипотез: 1 – в результате гидрогенной аккумуляции солей из грунтовых вод [19]; 2 – в результате взаимодействия Са коры выветривания с Na₂SО₄ в делювиальных потоках [14]; 3 – элювиальное (почвенное) [15, 20]; 4 – в результате выветривания и размывания пород, содержащих серу [2].

Процессы, приводящие к образованию в профиле почв гажевых горизонтов, представлены на рис. 1.

Рис. 1.

Процессы образования гипса в почвах.

Изучены состав и свойства гипсоносных, в том числе гажевых почв. Наиболее полная их микроморфологическая характеристика представлена в монографии “Interpretation of micromorphological features of soils and regoliths” 2018 г. В главе, посвященной характеристике гипсовых новообразований, приведено описание существующих морфологических форм, а также сделана попытка систематизации их по типам [46]. Наиболее распространенной в почвах морфологической формой гипса является веретенообразный гипс, который описан во многих литературных источниках [18, 38, 39, 41, 42, 44, 47–49, 52].

Авторы [46] различают 4 основных типа почвенной массы гипсоносных почв в зависимости от степени цементации и размера кристаллов гипса: 1 – порошистый гипсовый материал, 2 – микрокристаллический гипс, 3 – устойчивый к разлому гипсовый материал, 4 – эоловый гипсовый материал. Гажевые почвы отнесены к типу порошистого гипсового материала.

Порошистый гипсовый материал содержит обычно более 60% гипса, иногда для него характерна крупная призматическая структура, образовавшаяся вследствие вертикальных трещин, легко диагностируемая в полевых условиях. По предложению Ступса и Поч [50] гипсовый порошистый материал классифицируется как “гипергипсовое чечевицеобразное” субобразование. Крупнозернистый гипсовый материал в почвенной массе состоит в основном из песчанистых по размеру чечевицеобразных кристаллов гипса. Мелкозернистый не содержащий гипс материал появляется в почвенной массе как часть фракции в виде “островков”, разделенных гипсом (“островное микросложение”) [43]. Поровые заполнители и пленки гипса неравномерно распределены в почвенной массе и сильно переработаны почвенной фауной, которая реорганизует кристаллы гипса, образуя проходы серповидного характера в ходе процесса гипсообразования. Порошистый гипс особенно присущ гажевым почвам в России, описанным в литературе [18, 35, 37, 51]. Порошистый гипс образуется не только при осаждении из воды [35], но и в результате физического выветривания твердых гипсовых пород в северной тайге России [8]. Эти процессы приводят к образованию гипсового порошкообразного материала с размером частиц 0.01–0.25 мм, реже до 1–2 мм.

Цель работы – проведение сравнительного анализа свойств гажевых почв Евразии, сформированных в контрастных биоклиматических условиях суббореального пояса – от лесостепи до пустыни. Рассмотрено морфологическое и микроморфологическое строение, а также химический и минералогический состав гажевых почв.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Объектами исследования послужили гипсоносные почвы разных биоклиматических зон (рис. 2), относящиеся к трем группам гажевых почв, согласно предложенной выше схеме процессов гипсообразования: 1 – гажевые почвы Предбайкалья, имеющие воднооаккумулятивное происхождение (разрез 7-02И); 2 – гажевые почвы Предуралья на плотных породах (разрез 3); 3 – гажевые почвы сазовых зон Казахстана (долина р. Или, разрез 6) и Узбекистана (Голодная степь, разрез 2Г) гидрогенного происхождения.

Рис. 2.

Районы исследования: а – карта-схема: 1 – лесостепная зона – Предбайкалье, 2 – степная зона – Южный Урал, 3 – субтропическая полупустыня – Голодная степь, Узбекистан, 4 – пустынная зона – долина р. Или, Казахстан; b – ландшафт Предбайкалья, c – ландшафт Южного Урала (Кзыладырское карстовое поле), d – ландшафт Голодной степи, Узбекистан, e – ландшафт долины р. Или, Казахстан.

Для характеристики свойств исследуемых почв была применена система методов диагностики их засоления, представляющая собой сопряженное поэтапное минералогическое и микроморфологическое (с учетом химического) и-сследование на макро-, мезо-, микро- и субмикроуровнях. Были использованы следующие методы: 1) химические – определение ионного состава легкорастворимых солей (анализ водной вытяжки), содержания гипса по Хитрову [21] и карбонатов по Козловскому [4]; 2) минералогические – (рентгендифрактометрический); 3) микроморфологические – оптическая поляризационная микроскопия. Микроморфологические исследования в шлифах проведены по классическим методикам с использованием оптических минералогических микроскопов Olympus BH-2 и Nicon E-200.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Условия формирования (рельеф, почвообразующие породы и природно-климатические зоны), а также общая характеристика морфологического строения, химического и минералогического состава исследованных почв приведены в табл. 1.

Анализ полученных данных показывает, что, несмотря на значительную разницу в условиях почвообразования (разные природно-климатические зоны и почвообразующие породы), свойства гажевых горизонтов схожи. Во всех исследованных гажевых почвах, кроме профиля разреза 6, наличие гипса подтверждено минералогическим анализом, а также микроморфологически (везде преобладают псевдоромбоидальные кристаллы гипса). В профиле разреза 6 (Или, Казахстан), диагностированном при полевом описании как гажевый, результаты анализа водной вытяжки позволяют предполагать наличие гипса, но ни микроморфологически, ни минералогически его наличие не подтверждается.

Химический анализ гажевых горизонтов в ряде случаев показал высокое содержание гипса (56–88%) и легкорастворимых солей – более 1%, а также наличие карбонатов.

Более подробное описание свойств гажевых почв лесостепной, степной, полупустынной и пустынной зон приведено ниже. Описание начнем с гажевых почв, приуроченных к лесостепной зоне Предбайкалья.

Лесостепная зона суббореального пояса Евразии. Предбайкалье. Климат резкоконтинентальный, с холодной зимой, жарким летом, отрицательной среднегодовой температурой воздуха (–2.01°С), небольшим количеством осадков (диапазон значений за 100 лет наблюдений на ближайшей метеорологической станции в Баяндае составил 200–550 мм/год, среднее значение 340 мм/год) и высокой испаряемостью, КУ < 1, что способствует выпотному типу водного режима. На днищах речных долин почвы промерзают так сильно, что не успевают оттаивать за теплый сезон.

Рельеф – холмисто-увалистый, расчлененный глубоковрезанными речными долинами, падями, ложбинами. Кембрийские отложения, повсеместно распространенные, представлены известняками, доломитами, мергелями, алевролитами, гипсами. Степень минерализации вод, циркулирующих в кембрийской толще, достигает 2–4 г/л, состав вод в основном сульфатно-кальциевый. Растительность на верхних частях склонов представлена лесом, на открытых участках – степными, луговыми и болотными формациями. Почвенный покров разнообразен: плакоры заняты дерново-лесными и дерново-карбонатными почвами, на пониженных гидроморфных позициях – лугово-черноземные, луговые, солончаки [30, 31].

Формирование гажевых почв Предбайкалья ни одна из перечисленных выше гипотез объяснить не может. Наиболее близкой к объяснению генезиса гажевых почв можно считать гипотезу Акимцева о выветривании и размывании серосодержащих пород [1, 2]. Хисматуллиным [32] была предложена схожая, связанная с водноаккумулятивными процессами, гипотеза происхождения гажевых отложений. Согласно этой гипотезе, источником гипса в гажевых толщах служат широко распространенные в Лено-Ангарском междуречье засоленные гипсоносные породы усольской свиты кембрия, приуроченные к повышенным элементам рельефа. Формирование гажевых почв представляет собой сложный процесс, состоящий из нескольких этапов.

I этап. В доплейстоценовой эпохе в хорошо развитых речных долинах с четко выраженными террасами в условиях ксерофитизации климата произошло понижение базиса эрозии, и начался процесс почвообразования в поймах.

II этап. В плейстоцене произошло увлажнение климата и затопление пойменных террас; в этих условиях в расширенных частях слабопроточных озеровидных водоемов гипс осаждался из вод, содержащих сульфаты кальция. Именно на этом этапе произошло накопление гажевых толщ.

III этап. В голоцене в результате понижения базиса эрозии участки долин с гажей вышли из-под воздействия водоемов и превратились в первые надпойменные террасы.

Пример гажевой почвы Предбайкалья – гажевый солончак – представлен на рис. 3. Разрез 7-02И расположен на первой надпойменной террасе р. Куды (рис. 2b), координаты 53.122525 N; 104.884196 E. Почва сформирована на красно-бурых кембрийских глинах усольской свиты. Ниже гумусового горизонта залегает хорошо сформированный гажевый горизонт, в котором видна большая морозобойная трещина, глубже – погребенный гумусовый горизонт, лежащий на красно-бурых кембрийских глинах (рис. 3a).

Рис. 3.

Разрез гажевого солончака (Иркутская область), первая надпойменная терраса р. Куды: a – профиль; b – солевой состав водной вытяжки 1 : 5; c – сумма солей в водной вытяжке общая и токсичных; d – общее содержание гипса и карбонатов; e – субпараллельное микросложение гумусового горизонта, IINi; f – скопления кристаллов гипса в гумусовом горизонте (отмечено стрелками) XNi; g – вихреобразные скопления псевдоромбоидальных кристаллов гипса в гажевом горизонте (отмечено стрелками) XNi; h – погребенный горизонт, ажурная пористость; i – квазикутана в подстилающей породе (отмечено стрелками) XNi.

Солончак гажевый в настоящее время находится в автоморфном режиме. По WRB [45] это Amphycalcic Hypergypsic Solonchak (Loamic, Sulfatic, Raptic). В классификации и диагностики почв России (КиДПР [11]) 2004 г. подобные солончаки не выделены.

Профиль почвы засолен, содержание легкорастворимых солей максимально в гумусовом горизонте – 2.5–3.0%, из них токсичных сульфатно-натриевых и сульфатно-магниевых солей – 1.5–2.1%, что соответствует сильной и очень сильной степени засоления (рис. 3b, 3c). Сильную степень засоления имеет и гажевый горизонт, сумма солей составила 1.65%, из них токсичных преимущественно сульфатно-магниевых солей 0.69%. Среди токсичных катионов почв Предбайкалья часто преобладает не натрий, а магний. В погребенном горизонте засоление слабое, ниже отсутствует. Содержание гипса и карбонатов высокое (56 и 15% соответственно) (рис. 3d), горизонт максимального скопления гипса находится над карбонатным горизонтом.

Особенности микростроения разреза 7-02И заключаются в следующем. Гумусовый горизонт характеризуется субпараллельным микросложением, высокой биогенностью (рис. 3e); видны скопления гипса в порах, что говорит, что гипс не иммобилизован в гажевом горизонте, а в настоящее время идет его перераспределение в процессе иссушения и вымораживания растворов (рис. 3f). Особенностью микросложения гажевого горизонта является субпараллельное расположение скоплений кристаллов гипса, турбационные вихреобразные скопления псевдоромбоидальных кристаллов гипса (рис. 3g); по Ступсу – Crescent pattern of lenticular gypsum crystals in a gypsic horizon. Passage feature, fabric pedofeature – выпукло-вогнутая (серповидная) структура (организация) линзовидных кристаллов гипса. В погребенном горизонте сохранилась структура гумусового горизонта, ажурная пористость, среди форм кальцита преобладает пылеватый (рис. 3h). Характерной особенностью микростроения подстилающей породы является наличие глинистых квазикутан, что говорит о подвижности глинистой плазмы (рис. 3i).

Гажевый гипсовый горизонт в этих почвах сформировался благодаря сочетанию двух процессов, предшествующих современному почвообразованию: разрушению засоленных и гипсоносных кембрийских пород и переносу гипса (частично растворенного, частично в виде взвеси) в пониженные элементы рельефа с последующим его накоплением в виде гажевых толщ в процессе осаждения из насыщенных растворов в малопроточных водоемах (процесс седиментогенеза).

Таким образом, формирование современного профиля и наличие гажевого горизонта связано с водным (аллювиальным и делювиальным) переносом и последующим отложением гипсового материала, то есть это почвенно-геологический процесс, определяющий особенности современных гипсоносных почв Предбайкалья. Особенности микростроения – форма и размер кристаллов гипса, а также характер микросложения гажевого горизонта, подтвердили его образование в процессе седиментогенеза. Распределение по профилю кристаллов гипса и карбонатов – приуроченность их к порам гумусового горизонта – выявило участие гажевого горизонта в формировании современной стадии профиля.

Степная зона суббореального пояса Евразии. Предуралье. Климат Предуралья семиаридный, резкоконтинентальный, с жарким летом и холодной зимой, среднегодовое количество осадков 300–350 мм, среднегодовая температура воздуха +3.4°С, КУ 0.44-0.77 [13]. Рельеф холмисто-грядовый, карстово-эрозионный [13]. Согласно почвенной карте М 1 : 2.5 млн, – это территория черноземов текстурно-карбонатных с солонцами темными [5]. Однако наличие карстовых ландшафтов вносит большое разнообразие в структуру почвенного покрова, которая отличается резкой контрастностью (как горизонтальной – мозаичности, так и вертикальной – склоновой микрозональности), динамичностью и активностью почвообразовательных процессов. В понижениях формируются засоленные гипсоносные луговые почвы среднего сульфатно-магниевого засоления и гажевые солончаки, преимущественно сульфатно-натриевого засоления с повышенным содержанием магния. На повышенных участках формируются автоморфные и полугидроморфные обычно незасоленные гажевые почвы.

Генезис почвенного гипсонакопления – внутрипочвенное инситное и/или переотложенное превращение плотной гипсосодержащей породы в мелкозем (гипсовую муку). Этот процесс имеет место в зоне передовых складок Урала на территории ландшафтного памятника природы “Кзыладырское карстовое поле” (Оренбургская область) (рис. 2c). Массив карстующихся пород представлен сульфатными отложениями кунгурского яруса пермской системы, суммарная мощность пластов гипса достигает 500 м. Это степная зона.

В качестве примера рассмотрим полугидроморфный незасоленный разрез 3, заложенный у ручья Ащибляк (рис. 4a), координаты: 51.20619 N; 56.89969 E. Почва – гипсопетрозем гумусовый слаборазвитый (по КиДПР, [11]), по WRB [45] – Haplic Gypsisol (Hypergypsic, Bathypetrogypsic, Bathygleyic). Согласно классификации 1977 г. [12] – слаборазвитая высоко очень сильнозагипсованная глубокоглееватая почва.

Рис. 4.

Разрез слаборазвитой сильнозагипсованной почвы (Оренбургская область), Кзыладырское карстовое поле: a – профиль; b – солевой состав водной вытяжки 1 : 5; c – сумма солей в водной вытяжке общая и токсичных; d – общее содержание гипса и карбонатов; e – скопления кристаллов гипса (отмечены стрелками), XNi; f – друзы гипса (отмечены стрелками), XNi.

Характерной особенностью профиля является наличие мощного (>1 м) белесого гипсового горизонта с содержанием (до 87%) мучнистого гипса (рис. 4a). Исследуемая почва, по данным анализа водной вытяжки (рис. 4b, 4c), не засолена. Довольно высокое содержание сухого остатка (более 1%) определяется наличием слаборастворимого гипса. В нижней части профиля (глубже 113 и, особенно, 150 см) строение приобретает принципиально другой характер, окраска сменяется на темно-бурую, пеструю от обилия ржаво-охристых пятен и гипсовых новообразований, представленных стекловидными друзами.

Содержание гипса уменьшается, при этом возрастает содержание карбонатов кальция (рис. 4d). Здесь наблюдается крайне незначительное увеличение содержания токсичного сульфата магния. Такое распределение по профилю гипса, карбонатов и наличие сульфата магния в составе легкорастворимых солей говорит о возможном их подтягивании и отложении в зоне капиллярной каймы грунтовых вод.

Анализ микростроения основного гипсосодержащего горизонта показал, что преобладающим компонентом микростроения являются многочисленные очень мелкие отдельные кристаллы гипса псевдоромбоидального облика в плазменном материале, друзы – единичны (рис. 4e). В нижней части горизонта друзы преобладают, количество единичных кристаллов гипса снижается (рис. 4f). Минералогический анализ подтвердил мономинеральный состав – соли представлены гипсом.

Таким образом, в слаборазвитых сильнозагипсованных почвах Кзыладырского карстового поля в настоящее время идет процесс трансформации гипса. Процесс соленакопления не проявляется, почва находится в полугидроморфном режиме.

Полупустынная зона суббореального пояса Евразии. Подгорная Голодностепская равнина. Подгорные равнины Туркестанского хребта – Голодная и Джизакская степи – характеризуются аридным климатом (осадков выпадает 200–300 мм/год). Чрезвычайно низкая относительная влажность воздуха вызвана близостью пустыни Кызылкум. Засоленные почвообразующие породы (лёссовидные суглинки) и обводненность территории способствуют очень широкому распространению здесь засоленных почв. Однако режим осадков (зимне-весенние промывки) не приводит к формированию злостных солончаков. В шлейфовой части конусов выноса, в сазовой зоне формируются гидроморфные сильнозасоленные гипсоносные почвы.

Гажевые почвы чаще образуются в результате гидрогенного выпадения солей из грунтовых вод.

Исследовалась, согласно классификации 1977 г., сероземно-луговая сильнозагипсованная солончаковая почва (рис. 2d, разрез 2Г), приуроченная к сазовой зоне подгорной Голодностепской равнины (рис. 5a). Разрез заложен в междуречье рек Клы и Токурсая, координаты: 40.154341 N; 68.044742 E. Почва сформировалась на лёссовидных суглинках в гидроморфном режиме – при близком залегании (280 см) слабоминерализованных грунтовых вод. По КиДПР 2004 г. это гипсопетрозем гумусовый слаборазвитый, по WRB [45] – Haplic Gypsisol (Hypergypsic, Endopetrogypsic, Bathycalcic, Bathygleyic).

Рис. 5.

Разрез 2Г сероземно-луговой сильногипсоносной солончаковой почвы, Узбекистан, Голодная степь: a – профиль; b – солевой состав водной вытяжки 1 : 5; c – сумма солей в водной вытяжке общая и токсичных; d – общее содержание гипса и карбонатов; e – скопления идиоморфных кристаллов гипса и гипсаны (отмечены стрелками), XNi; f – карбонатная плазма, псевдоморфозы кальцита по гипсу с образованием отрицательных кристаллов (отмечены стрелками), XNi.

Особенности распределения солей в профиле разреза 2Г заключаются в следующем: 1) высокое содержание гипса наблюдается с поверхности до 126 см, максимальное содержание – 75% в средней части профиля на глубине 100 см (рис. 5d); 2) зона накопления карбонатов находится в нижней части профиля непосредственно под гипсовой зоной, максимальное содержание СО₂ карбонатов на глубине 150–170 см – 11% (рис. 5d); 3) максимум накопления солей приурочен к средней части профиля, плотный остаток достигает 2.4%, однако столь высокое значение создается за счет присутствия большого содержания нетоксичных сульфатно-кальциевых солей (гипса). По токсичным солям почва засолена за счет сульфата магния, в меньшей степени сульфата натрия, степень засоления профиля от слабой до средней (рис. 5b, 5c).

Порядок распределения солей в профиле – легкорастворимые соли, затем гипс, в нижней части профиля – карбонаты – говорит о классическом для гидроморфного соленакопления распределении солей в порядке их выпадения из раствора при упаривании грунтовых вод.

Особенностью морфологического строения профиля является четкая дифференциация на горизонты по цвету, плотности, содержанию и размерам кристаллов гипса. Отличительной особенностью является наличие очень плотного белесого гипсового горизонта на глубине 81–126 см, являющегося естественной границей корнеобитаемой зоны.

Микроморфологические исследования позволили выявить особенности микростроения профиля. Горизонты верхней части профиля характеризуются специфическим микростроением, для которого характерна глинисто-карбонатная масса, обогащенная новообразованиями гипса и карбонатов. Гипс представлен преимущественно идиоморфными кристаллами псевдоромбоидального облика, причем все кристаллы покрыты карбонатными пленками; много псевдоморфоз кристаллически-зернистого кальцита по гипсу. Карбонаты – в виде разнообразных стяжений. В горизонте максимального скопления гипса многочисленные кристаллы псевдоромбоидального облика сцементированы карбонатной плазмой, состоящей из пылеватого кальцита. Поры заполнены гипсом или полностью, или частично в виде гипсан (рис. 5e). Нижняя, карбонатная часть профиля представляет собой карбонатную плазму, цементирующую идиоморфные кристаллы гипса, или, в большинстве случаев, псевдоморфозы кальцита по гипсу с образованием отрицательных кристаллов (рис. 5f). Горизонт максимального скопления гипса отличается наличием мощных глинистых пленок на кристаллах гипса и псевдоморфоз. Подгипсовая часть представляет собой принципиально иную структуру – это глинисто-карбонатная плазма, состоящая из плазменных чешуек, на поверхности которых располагаются мелкие кристаллы карбонатов в виде присыпки.

Пустынная зона суббореального пояса Евразии. Илийская впадина Восточного Казахстана. Подгорные равнины хребта Улькен-Богуты, обрамляющие Илийскую впадину, относятся к территориям со среднегодовым количеством осадков менее 150 мм, то есть к аридным с очень высокой степенью континентальности: годовая амплитуда температурных экстремумов достигает 82°. Особенности водного режима почв определяются малым количеством осадков в сочетании с интенсивным испарением, которое в пустынях суббореального пояса достигает 1000–1300 мм/год. Эти климатические особенности способствуют развитию на плакорах крайнеаридных почв, часто карбонатных и гипсоносных, а в шлейфовой части конусов выноса – в сазовой зоне – сильногипсоносных солончаков.

Приведем характеристику солончака гидроморфного лугово-болотного сульфатно-натриевого. Разрез 6 заложен в Восточном Казахстане на подгорной равнине хр. Улькен-Богуты (Илийская котловина, Казахстан) в 20 км севернее пос. Таш-Карасу севернее современного массива орошения (рис. 2e). Координаты: 43.93875 N; 79.57903 E, H = 503 м. При полевом описании он был диагностирован как сильногипсоносный.

Растительность представлена однородным массивом с кустами тамарикса (Tamarix ramosissima) высотой до 1 м, тростника (Phragmites communis) и ажрека (Aeluropus littoralis). СПП 15–20% на микроповышении с разрезом, в понижении СПП 50–60% злаки и чина. Поверхность с хрустящими кавернозными солевыми корочками, сильно нарушена скотом. Солончак сформировался в шлейфовой части конуса выноса – в сазовой зоне – в гидроморфных условиях. УГВ 95 см.

Макроморфологическое описание и химический анализ показали, что почвенный профиль дифференцирован по содержанию солей. Основная масса солей сосредоточена в двухслойной солевой корке 0–6 см и подкорковом солевом горизонте (рис. 6b, 6c, 6d). Содержание солей – 74 и 56% соответственно. Ниже по профилю содержание солей уменьшается от 3.3 до 1% в нижней части профиля.

Рис. 6.

Разрез 6 солончака лугово-болотного, Казахстан, долина р. Или: a – профиль; b – солевой состав водной вытяжки 1 : 5; c – сумма солей в водной вытяжке общая и токсичных; d – общее содержание гипса и карбонатов; e – агрегаты легкорастворимых солей (отмечены стрелками), XNi; f – карбонатная плазма с кристаллами гипса, псевдоморфозы кальцита по гипсу, отрицательные кристаллы гипса (отмечены стрелками), XNi; g – минералогический состав солевого горизонта.

Химизм сульфатно-натриевый, в корке хлоридно-сульфатно-натриевый. Солевой горизонт – порошистый от солей, серовато-белый, бесструктурный; ниже в профиле отмечается присутствие солей и гипса, а с 45 см – признаки оглеения. Содержание гипса по данным химических анализов в корке и в слое 10–20 см 7–10%, ниже по профилю менее 1% (рис. 6d). Наличие порошистого горизонта серовато-белого цвета при полевой диагностике, литературным данным, а также содержание гипса 10% по данным химического анализа позволили высказать предположение о наличии гажевого горизонта.

Однако микроморфологический, а также минералогический анализы не подтвердили это предположение.

Особенностью микростроения солевого горизонта является тот факт, что горизонт полностью состоит из агрегатов легкорастворимых солей (изотропных) неправильной формы (рис. 6e). В нижних горизонтах микростроение носит принципиально другой характер – это карбонатная плазма с отдельными кристаллами гипса, а также псевдоморфозами кальцита по гипсу; в крупных карбонатно-плазменных агрегатах отмечены отрицательные кристаллы гипса (рис. 6f).

Морфологический облик верхнего серого мучнистого горизонта определяется высоким содержанием легкорастворимых солей. Минералогический анализ показал присутствие легкорастворимых солей (рис. 6g) – тенардита Na₂SO₄, астраханита Na₂Mg(SO₄)₂ 4(H₂O), гидроглауберита Na₁₀Ca₃(SO₄)₈ (H₂O)₆. Гипс обнаружен не был. Определение гипса химическим методом связано с наличием Са²⁺ и ${\text{SO}}_{4}^{{2 - }}$ в составе гидроглауберита.

Таким образом, наличие гидроглауберита свидетельствует о расхождении состава солей, диагностированного химическим путем, и реального минералогического состава, а название “гипсоносный” не соответствует действительности.

Почва – солончак гидроморфный лугово-болотный сульфатный по классификации 1977 г., солончак типичный по КиДПР 2004 г., или Endogleyic Endocalcic Solonchak (Sulfatic, Evapocrustic) по WRB.

В заключение хотелось бы обратить внимание на классификационное положение сильногипсоносных почв. В классификации и диагностике почв России (КиДПР [11]) 2004 г. гажевые (сильногипсоносные) солончаки не выделены. В статье Хитрова и Герасимовой [34] было предложено расширить классификационные диагностические свойства почв и включить в КиДПР 2004 г. наличие мучнистого гипса в качестве признака. В этом случае почва определяется как солончак гипсосодержащий мучнистый омергеленный. Тем не менее, с нашей точки зрения, этого недостаточно для почв, имеющих мощный гипсоносный гажевый горизонт (20–40 см и более) с содержанием гипса 50% и выше, который для подобных почв является диагностическим, что в целом согласуется с представлениями о диагностических горизонтах, высказанных ранее [33]. К гажевым солончакам Минашина с соавт. [17] отнесли почвы, содержащие гипс 50% и более, а с содержанием гипса 10–25% – к солончакам гипсоносным. Это различие в названии почв, на наш взгляд, небезосновательно, так как почвы с очень высоким содержанием гипса (>50%) имеют специфические свойства и морфологический профиль. Возможно, необходимо внести дополнение в КиДПР 2004 г. и выделить гажевый горизонт как диагностический и на уровне подтипа выделять Солончаки гажевые.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследование гипсоносных почв с мучнистым горизонтом, выделенных в литературе как гажевые, показало следующее.

Понятие гажевые почвы неоднозначно. Оно объединяет разные типы почв, объединенные одним общим признаком – наличием “мучнистой” формы гипса и/или карбонатов размером <0.25 мм. В большей части гажевых почв содержание гипса в гажевых горизонтах профиля составляет 50–70, карбонатов – 20–40%. Обычно гажевый горизонт легко визуально диагностируется, у него специфические свойства и он имеет значительную мощность. Это позволило нам выдвинуть предложение о внесении его в список диагностических горизонтов, а в случае наличия в верхней части профиля очень сильного засоления токсичными солями выделять на уровне подтипа солончаки гажевые.

Однако наличие серого мучнистого горизонта не всегда связано с высоким содержанием гипса или карбонатов, что в полевых условиях не всегда определяется. Даже при химических анализах, согласно данным которых при расчете в горизонте определяется гипс, это не всегда соответствует действительности. В ряде случаев почвы, выделяемые ранее как гажевые (Казахстан, долина р. Или), являются солончаками с высоким содержанием легкорастворимых солей сложного, в основном, сульфатного состава (астраханит, гидроглауберит) c содержанием гипса не более 10%. Незначительное количество гипса и процесс его растворения показал также микроморфологический анализ. Сульфаты, определяемые химическим анализом, входят в состав гидроглауберита Na₁₀Ca₃(SO₄)₈^.6(H₂O), что позволяет определить только минералогический анализ. Поэтому важно использовать комплексный анализ гажевых почв.

Формирование гажевых горизонтов в профиле почв полигенетично. В исследованных нами гажевых почвах лесостепной зоны Предбайкалья гажевый горизонт имеет седиментационный генезис и является реликтом эпохи плейстоцена; в настоящее время процесс гипсонакопления в таких масштабах не фиксируется. Гажевый горизонт степных почв Предуралья имеет совсем иное происхождение; он образовался в процессе внутрипочвенного инситного превращения плотной гипсосодержащей породы в гипсовую муку при выветривании и переотложении плотных гипсосодержащих подстилающих пород; образование гажи в этом районе происходит и в настоящее время. В полупустынной зоне Узбекистана гажевые горизонты образуются в гидроморфных условиях при гидрогенном выпадением гипса из насыщенных по Са²⁺ и ${\text{SO}}_{4}^{{2 - }}$ грунтовых вод.

Особенностью микростроения гажевого горизонта всех исследованных почв является наличие кристаллов мелкокристаллического гипса псевдоромбоидального облика.

Различия заключаются в следующем. В почвах лесостепной зоны Предбайкалья образование гажевого горизонта происходило в процессе седиментогенеза, что подтверждается субпараллельным сложением гипсовых скоплений, состоящих из мелких вихреобразных аккумуляций псевдоромбоидальных кристаллов гипса. Присутствие скоплений гипса в гумусовом горизонте свидетельствует о его перераспределении в почвенном профиле на современной стадии формирования.

Характерной особенностью микростроения гажевого горизонта полупустынной почвы (Узбекистан) является неупорядоченное скопление идиоморфных кристаллов гипса, сцементированных карбонатной плазмой с порами, заполненными гипсом или полностью, или частично в виде гипсан.

Для микростроения гажевого горизонта слаборазвитого гипсопетрозема (Предуралье, степная зона) характерно преобладание совместного отложения очень мелких отдельных кристаллов гипса псевдоромбоидального облика и силикатного материала, с увеличением в нижней части горизонта гипсовых друз.