авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. Ломоносова Факультет почвоведения На правах рукописи ...»

-- [ Страница 2 ] --

Таблица Валовой химический состав ферраллитных почв о. Норфолк, % на прокаленную почву № Глуби Гори ППП SiO2 Al2O3: Fe2O3 ТiO2 СаО MgO K2O Сумма раз- на, зонт реза см А11 0-3 33.44 31.74 27.99 26.93 5.09 2.12 1.09 0.15 95. А12 3-19 26.80 33.26 29.14 27.28 5.18 1.38 1.29 0.11 97. И-11 АВ 19-32 18.54 34.99 31.76 26.68 4.82 0.66 1.42 0.07 100. В1 32-60 16.60 36.80 33.12 25.19 4.13 0.49 1.16 0.10 100. В2 60-65 15.99 37.58 33.81 24.99 4.09 0.42 1.07 0.05 102. А11 0-10 32.87 34.07 27.99 25.45 4.33 1.34 0.75 0.19 94. А12 10-20 26.39 35.13 29.16 28.12 4.74 1.05 0.81 0.09 99. АВ 20-30 23.04 34.09 28.18 27.87 4.73 0.89 0.83 0.02 96. 30-40 20.24 34.94 29.62 27.46 4.65 0.67 0.79 0.02 98. Т-14 В1 40-60 19.01 36.56 29.64 26.43 4.56 0.61 0.78 0.08 98. 60-80 18.47 37.51 31.14 23.82 4.39 0.49 0.81 0.08 98. 80-100 18.14 36.34 30.30 24.47 4.45 0.49 0.76 0.09 96. В2 105-125 17.11 36.82 30.54 22.88 4.10 0.40 0.80 0.09 95. 125-135 19.98 37.29 30.46 23.49 4.28 0.39 0.70 0.09 96. Таблица Молекулярные отношения в ферраллитных почвах о. Норфолк № Гори- Глубина, SiO2 SiO2 SiO2 TiO2 TiO2 TiO разреза зонт см Al2O3 Fe2O3 R2O3 SiO2 Al2O3 Fe2O А11 0-3 1.92 3.13 1.19 0.121 0.232 0. А12 3-19 1.94 3.24 1.21 0.117 0.227 0. И-11 АВ 19-32 1.87 3.49 1.22 0.103 0.194 0. В1 32-60 1.88 3.88 1.27 0.084 0.159 0. В2 60-65 1.88 4.00 1.28 0.082 0.154 0. А11 0-10 2.07 3.56 1.31 0.095 0.197 0. А12 10-20 2.05 3.32 1.27 0.101 0.207 0. АВ 20-30 2.05 3.25 1.26 0.104 0.214 0. 30-40 2.00 3.38 1.26 0.099 0.200 0. В1 40-60 2.09 3.68 1.33 0.093 0.196 0. Т-14 60-80 2.04 4.19 1.37 0.087 0.179 0. 80-100 2.05 3.96 1.35 0.091 0.187 0. В2 105-125 2.05 4.28 1.38 0.083 0.171 0. 125-135 2.08 4.22 1.39 0.086 0.179 0. 150-170 2.07 4.41 1.41 0.083 0.171 0. ВС 170-190 2.03 4.26 1.37 0.083 0.171 0. Элювиальное распределение содержания алюминия и кремнезема по профилю при постоянной величине отношения SiO2:Al2O3 может свидетельствовать о процессах лесси вирования или псевдооподзоливания. Напомним, что в ферраллитно-метаморфических го ризонтах отсутствуют морфологические признаки иллювиального накопления ила. Данный факт говорит: 1) об отсутствии или очень низком содержании в ферраллитном материале устойчивых соединений кремнезема (кварца);

2) об идентичном химическом (минералоги ческом) составе алюминий- и кремнийсодержащих компонентов минеральной массы гуму сово-аккумулятивных и ферраллитно-метаморфических горизонтов;

3) о некорректности оценки степени дифференциации минеральной массы профиля по молекулярным отноше ниям с использованием SiO2 в качестве окисла-свидетеля. Уменьшение величин титановых модулей вниз по профилю (табл. 10) свидетельствует об элювиальном выносе кремния, алюминия, а также и железа, для которого, по отношению к кремнию, отмечалось относи тельное накопление в гумусово-аккумулятивных горизонтах.

Для характеристики степени обеднения-обогащения горизонтов профиля по сравне нию с условной почвообразующей породой применяют коэффициенты геохимической концентрации (КГК) элементов, представляющие собой частное от деления валового со держания элементов в горизонте на содержание того же элемента в нижнем горизонте профиля. Степень обеднения почвенного профиля Al2O3 и SiO2 увеличивается снизу вверх (табл. 11).

Для железа и магния значения КГК близки к I. Титан, кальций, калий накапливаются в верхних горизонтах. Обогащение гумусовых горизонтов СаО и К2О имеет биогенную при роду, а ТiO2 - остаточный характер.

Таблица Коэффициенты геохимической концентрации элементов № Гори- Глубина, SiO2 Al2O3 Fe2O3 ТiO2 СаО MgO K2O разреза зонт см А11 0-3 0.84 0.82 1.07 1.24 5.04 1.01 3. А12 3-19 0.88 0.86 1.09 1.26 3.28 1.20 2. И-11 АВ 19-32 0.93 0.94 1.06 1.17 1.57 1.05 1. В1 32-60 0.99 0.99 1.00 1.00 1.16 1.09 2. В2 60-65 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1. Элювиальную природу распределения элементов валового состава по профилю под тверждают ЕА-коэффициенты (табл. 12) (Роде, 1984). При сохранении общей закономер ности изменения ЕА-коэффициентов по генетическим горизонтам, их абсолютные значе ния отличаются. Для всех элементов, кроме кальция, магния и калия, ЕА-коэффициенты имеют максимальные отрицательные значения в верхних горизонтах, что свидетельствует об их выносе. Так, например, по сравнению с условной почвообразующей породой из го ризонта А11, в результате почвообразования вынесено 34% Al2O3, 33% SiO2 и 14% Fe2O3.

Таблица Элювиально-иллювиальные (ЕА) коэффициенты;

вычислены, исходя из нулевого баланса ТiO2, % Глуби- СаО MgO Гори Разрез SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O на, зонт 1 2 1 см А11 0-3 -33 -34 -14 +300 -95 -18 -70 + А12 3-19 -30 -32 -14 +164 -49 -5 -8 + И-11 АВ 19-32 -21 -21 -10 +33 -33 +12 +11 + В1 32-60 -1 -1 -1 +15 -7 +7 +6 + В2 60-65 0 0 0 0 0 0 0 Значительное накопление кальция и слабое выщелачивание магния обусловлено ак кумуляцией данных элементов в почвенном поглощающем комплексе. После вычитания из величины валового содержания кальция и магния, входящих в состав ППК, ЕА коэффициенты "чисто минералогических" СаО и MgO (табл. 12, графа 2) показали, что по интенсивности выщелачивания из гумусово-аккумулятивных горизонтов, по сравнению с условной почвообразующей породой, данные соединения занимают первое место. Отсут ствие закономерности в накоплении-выносе K2O по генетическим горизонтам, очевидно, связано с ошибкой анализа из-за ничтожного (сотые доли %) абсолютного содержания K2O, хотя для гумусово-аккумулятивных горизонтов биогенная аккумуляция калия, несо мненно, также имеет место.

По степени выноса элементов из верхних горизонтов профиля они располагаются в следующей последовательности: Са, Mg Al, Si Fe, Ti.

Не располагая данными по объемному весу почв по генетическим горизонтам, мы не можем произвести балансовые расчеты по выносу элементов. Принимая во внимание, что общим свойством глинистых ферраллитных почв является увеличение объемного веса вниз по профилю (Bonell, Gilmour, 1981;

Van Wambeke, 198З), балансовые расчеты позво лили бы установить количество вынесенных элементов, но не изменят общей закономер ности в целом.

Приведенный ряд выщелачивания элементов из почв отличается по положению А1 от приводимых в литературе (Полынов, 1956;

Перельман,1961;

Лисицина,1973) рядов выноса элементов при выветривании основных пород в условиях гумидных тропиков, которые имеют следующую последовательность: Са, К, Mg Si Аl, Fe, Ti.

Преимущественное накопление Al, Fe и Ti, характеризующее тиальферное (ферсиал литное, сиаллитное, обломочно-ферсиаллитное для почв умеренных и холодных гумидных областей;

ферраллитное или аллитное для гумидных тропиков и субтропиков) выветрива ние происходит в условиях нейтральной или слабокислой среды, окислительной обстанов ки и при отсутствии воздействия на породу органических или минеральных кислот.

Экспериментальными работами (Педро, 1971;

Матвеева и др., 1975) по моделирова нию процесса выветривания основных пород в присутствии органических кислот показано резкое увеличение подвижности железа и алюминия и их вынос в виде металлорганиче ских соединений. Почвенно-геохимические исследования внутрипочвенного выветривания в условиях холодного и умеренного гумидного климата (Таргульян, 1971;

Таргульян и др., 1978) показали, что в почвах, формирующихся на основных породах, наблюдается повы шенная миграционная способность алюминия и кремния по сравнению с железом и магни ем. Причину этого авторы связывают с действием органического вещества, образующегося при гумификации опада.

Таким образом, способность к миграции алюминия и железа в окислительной обста новке как в умеренных, так и в тропических гумидных областях, могут обеспечивать орга нические кислоты (фульвокислоты, низкомолекулярные органические кислоты), обладаю щие способностью образовывать хелаты.

Химический и минералогический состав гранулометрических фракций. Аналитиче ский материал показывает, что отсутствие морфологически выраженного элювиального горизонта сочетается с элювиальным распределением алюминия, кремнезема и текстурной дифференциацией почвенного профиля. При установленном сочетании признаков возни кает вопрос: какие компоненты глубоко ферраллитизированного мелкозема подвергаются метаморфизму, и что обеспечивает элювиальный тип дифференциации профиля? Ответ на вопрос дают данные валового химического и минералогического состава гранулометриче ских фракций из горизонтов профиля разреза И-11.

Дифференциация элементов валового химического состава гранулометрических фракций проявляется как в зависимости от размера фракции, так и по горизонтам профиля (табл. 13). Максимальное содержание SiO2 и Al2O3 приурочено к илу, а Fe2O3 и TiO2 - к фракции крупной пыли. В зависимости от размера фракций существенно изменяется рас пределение элементов по профилю. Химический состав фракций ила и мелкой пыли по профилю почвы практически постоянен, хотя можно отметить тенденцию к уменьшению абсолютного содержания всех оксидов (за исключением SiO2) в верхних горизонтах.

Фракции средней и крупной пыли значительно обедняются сверху вниз оксидами кремния и алюминия и относительно обогащаются в верхних горизонтах Fe2O3 и TiO2.

Таблица Химический состав гранулометрических фракций, разрез И-11, % к прокаленной навеске Размер, Глубина, Горизонт ППП SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 Сумма мкм см А11 0-3 27.48 42.12 33.43 15.16 2.59 93. А12 3-19 24.73 42.74 36.90 15.00 2.49 97. 1 АВ 19-32 19.69 42.99 37.76 15.10 2.32 98. В1 32-60 19.15 42.30 37.48 16.59 2.79 99. В2 60-65 18.67 42.20 37.17 17.09 2.72 99. А11 0-3 31.33 30.60 26.10 27.90 6.10 90. А12 3-19 28.37 29.98 25.49 35.03 6.65 97. 5–1 АВ 19-32 17.79 26.98 24.89 38.35 7.50 97. В1 32-60 14.44 28.73 26.43 35.39 6.52 97. В2 60-65 15.82 31.72 27.13 31.78 5.88 96. А11 0-3 36.39 21.16 22.10 38.43 8.30 89. А12 3-19 31.20 19.70 21.30 39.21 9.03 89. 10 - 5 АВ 19-32 17.59 20.66 21.92 45.55 9.61 97. В1 32-60 19.64 28.89 32.22 30.67 5.74 97. В2 60-65 19.47 26.59 36.07 28.69 5.05 96. А11 0-3 41.42 21.56 21.72 43.31 8.60 95. А12 3-19 33.76 21.27 19.16 44.98 8.77 94. 50 – 10 АВ 19-32 14.69 21.29 19.94 45.73 8.98 95. В1 32-60 12.18 29.69 27.92 29.78 4.74 92. В2 60-65 16.00 32.12 33.22 26.12 3.26 94. Близкие значения молекулярных отношений SiO2:Al2O3 во фракциях разного размера и по генетическим горизонтам говорят о нахождении данных элементов в составе минера лов группы каолинита (табл. 14). Присутствие каолинита во фракциях пыли (типичное яв ление для подобных почв) связывают с цементацией в агрегаты высокодисперсных частиц каолинита оксидом железа (Van Wambeke et.all., 1983). Уменьшение (особенно в нижних горизонтах профиля) величины молекулярного отношения SiO2:Al2O3 до 1,51,2 во фрак ции средней пыли может вызывать присутствие в данной фракции гиббсита.

Уменьшение титановых модулей по профилю говорит об абсолютном выносе рас сматриваемых элементов и относительном накоплении титана. Одновременно, на фоне общего обеднения, по сравнению с условной почвообразующей породой, оксидами крем ния, алюминия и железа, фракции пыли верхних горизонтов профиля накапливают (по от ношению к титану), данные элементы, что проявляется на графиках в виде отклонения хо да кривых в сторону обогащения (рис. 21). Такой результат может быть следствием либо селективного выноса титана из данных фракций, либо дополнительного поступления же леза, алюминия и кремния извне. Предположение о выносе титана, опережающем по ин тенсивности вынос железа, алюминия и кремния, противоречит положению об устойчиво сти титаносодержащих минералов в зоне гипергенеза (Оллиер, 1987).

Таблица Молекулярные отношения в гранулометрических фракциях, разрез И- Размер, Глубина, SiO2 SiO2 SiO2 TiO2 TiO2 TiO Горизонт мкм см Al2O3 Fe2O3 R2O3 SiO2 Al2O3 Fe2O А11 0-3 2.14 7.39 1.66 0.046 0.099 0. А12 3-19 1.96 7.57 1.56 0.043 0.086 0. 1 АВ 19-32 1.93 7.57 1.54 0.040 0.078 0. В1 32-60 1.92 6.77 1.55 0.049 0.095 0. В2 60-65 1.92 6.56 1.49 0.048 0.093 0. А11 0-3 1.99 2.91 1.18 0.149 0.298 0. А12 3-19 1.99 2.27 1.06 0.166 0.332 0. 5–1 АВ 19-32 1.84 1.87 0.92 0.208 0.384 0. В1 32-60 1.84 2.16 0.99 0.170 0.314 0. В2 60-65 1.98 2.65 1.13 0.139 0.276 0. А11 0-3 1.62 1.46 0.77 0.294 0.478 0. А12 3-19 1.57 1.33 0.72 0.343 0.540 0. 10 - 5 АВ 19-32 1.60 1.21 0.69 0.349 0.668 0. В1 32-60 1.52 2.50 0.95 0.149 0.227 0. В2 60-65 1.25 2.46 0.83 0.142 0.178 0. А11 0-3 1.68 1.32 0.74 0.299 0.504 0. А12 3-19 1.88 1.26 0.75 0.309 0.583 0. 50 – 10 АВ 19-32 1.81 1.24 0.74 0.316 0.574 0. В1 32-60 1.80 2.65 1.07 0.119 0.216 0. В2 60-65 1.64 3.27 1.09 0.076 0.125 0. Обеднение Обеднение Обеднение 0.9 1. 0.5 2.5 0.5 2.5 4. A1 фракции, мкм Глубина, см SiO2 Fe2O3 Al2O AB 1- B1 5 - B Рис. 21. Относительное обогащение-обеднение гранулометрических фракций ферраллитной почвы, р-з И- Дополнительное накопление железа, алюминия и кремния в верхних минеральных го ризонтах профиля, скорее всего, имеет биогенную природу, и данные элементы поступают в минеральные горизонты из минерализующегося опада. Одной из форм биогенного нако пления кремнезема являются фитолиты, обнаруженные в составе золы подстилки, а также во фракциях пыли. О высокой устойчивости фитолитов, обеспечивающей их длительную сохранность в профиле, указывают ряд авторов (Парфенова, Ярилова, 1977;

Воронков, Зелчан, Лукевич, 1978;

Айлер, 1982).

Относительное обогащение-обеднение илистой фракции по профилю соединениями железа, алюминия и кремния имеет диаметрально противоположный характер фракциям пыли. На общем фоне обогащения ила (особенно Al2O3 и SiO2), в верхних горизонтах про филя илистая фракция обеднена железом, алюминием и кремнием, причем нижняя граница (19-32 см.) начала обеднения илистой фракции совпадает с началом относительного обо гащения пылеватых фракций данными элементами, а также с нижней границей гумусово аккумулятивного горизонта.

Отмеченная закономерность позволяет предположить наряду с биогенной версией обогащения пылеватых частиц железом и алюминием еще одну - метаморфическую. Вы сокодисперсные слабо окристаллизованные и аморфные соединения железа и алюминия в илистой фракции могут подвергаться сегрегации и переходить в окристаллизованные фор мы. Стимулирующую роль в образовании железистых конкреций играют микроорганизмы и подвижные фракции почвенного гумуса (Дюшофур, 1970;

Зонн, 1982;

Аристовская, 1980).

Таблица Распределение химических элементов по гранулометрическим фракциям с учетом содер жания фракций по генетическим горизонтам, % (разрез И-11) Глубина, Размер фракции, мкм Горизонт Сумма см 1 5- 1 10 - 5 50 – SiO А11 0-3 19.3 7.8 4.7 2.9 34. А12 3-19 22.5 6.0 2.1 2.7 33. АВ 19-32 26.9 5.3 1.7 2.3 36. В1 32-60 28.5 4.7 1.1 3.1 37. В2 60-65 24.6 5.4 2.1 4.4 36. Al2O А11 0-3 15.3 6.6 3.2 2.9 28. А12 3-19 19.4 5.1 2.3 2.4 29. АВ 19-32 23.6 4.9 1.3 2.1 31. В1 32-60 25.3 4.3 1.3 2.9 33. В2 60-65 21.7 4.6 2.9 4.5 33. Fe2O А11 0-3 6.9 7.1 5.7 5.9 25. А12 3-19 7.9 7.0 4.2 5.7 24. АВ 19-32 9.4 7.6 2.7 5.0 24. В1 32-60 11.2 5.8 1.2 3.1 21. В2 60-65 10.0 5.4 2.3 3.6 21. TiO А11 0-3 1.2 1.5 1.2 1.1 5. А12 3-19 1.3 1.3 1.0 1.1 4. АВ 19-32 1.4 1.4 0.6 1.0 4. В1 32-60 1.9 1.1 0.2 0.5 3. В2 60-65 1.6 1.0 0.4 0.4 3. Валовой химический состав гранулометрических фракций свидетельствует, что диф ференциация минеральной массы почвенного профиля в значительной степени обусловле на различиями в химическом составе фракций. В этой связи оценим роль абсолютного со держания элементов гранулометрических фракций (табл. 15) в обеспечении химической дифференциации профиля. Содержание оксидов в гранулометрических фракциях с учетом вклада каждой фракции в соответствующий горизонт профиля позволяет констатировать, ной пыли из верхних горизонтов профиля, обнаруженное по валовому химическому соста ву, связано с накоплением гематита. Предположение о присутствии гиббсита в пылеватых фракциях, основанное на сужении величины молекулярного отношения SiO2:Al2O3, под тверждается рефлексом при 4,80. Наибольшую интенсивность рефлекс имеет во фрак ции средней пыли, что также согласуется с данными валового химического анализа фрак ции. На рентгенограммах фракций пыли отчетливо выражено увеличение интенсивности рефлексов минералов каолинитовой группы вниз по профилю, что позволяет говорить о разрушении кристаллической решетки каолинита в верхних горизонтах. Рентгенографиче ский анализ показал отсутствие окристаллизованных форм кварца в составе минеральной массы исследуемой почвы.

Основным процессом, обусловливающим десиликацию и деалюминизацию верхних горизонтов профиля, мы считаем разрушение глинистых минералов каолинитовой группы и вынос освобождающихся алюминия и кремнезема. Разрушение каолинита происходит во всех гранулометрических фракциях. На фоне абсолютного выноса алюминия и кремния из пылеватых фракций, в них относительно накапливается железо в виде гематита. Разруше ние каолинита в иле приводит к абсолютному уменьшению содержания ила в гумусово аккумулятивном горизонте и одновременно к относительному накоплению пылеватых фракций. Возможно, часть алюминия, освобождающегося при гидролизе каолинита, кри сталлизуется в гиббсит. Механизм возникновения гиббсита может включать стадию обра зования алюмофульватных соединений и последующую их трансформацию в гиббсит по мере минерализации органического вещества (Оллиер, 1987).

Судьба каолинита, наиболее устойчивого из слоистых силикатов в физико химической обстановке элювиальных горизонтов относится к нерешенным вопросам поч воведения. В работах (Таргульян и др., 1974;

Тонконогов и др.,1987) приводятся данные об элювиальном, не компенсированном в пределах профиля дерново-подзолистой почвы рас пределении каолинита, и высказывается предположение об его разрушении до соединений гидроксидов Al и Si и их выносе в виде растворов. Реальность этого процесса подтвер ждают модельные эксперименты по разложению каолинита (Мовчан,1971;

Педро, Беррье, 1971;

Гинзбург и др., 1968;

Матвеева и др., 1975), основные выводы которых формулиру ются в следующих положениях:

• Каолиниты на основных породах с низкой степенью окристаллизованности и неупоря доченной структурой сильнее подвержены выщелачиванию, чем каолиниты на кислых по родах.

• Продукты выщелачивания каолинита образуют истинные растворы, в отличие от про дуктов выщелачивания первичных алюмосиликатов (альбит, биотит, клинохлор, нефелин), на 50-100 % представленных коллоидной фракцией.

• Под действием дистиллированной воды из каолинита выщелачивается кремнезем, а алюминий относительно накапливается в виде бемита.

• В присутствии органических кислот (винной, аспаргиновой, янтарной) выщелачивают ся кремний и алюминий, но вынос SiO2 значительно опережает вынос алюминия.

• Разложение каолинита фульвокислотами в начальный период вызывает преимущест венный вынос кремния над алюминием, в дальнейшем количество выщелачиваемого алю миния увеличивается и опережает вынос кремнезема.

Таким образом, во всех случаях освобождающийся при разрушении каолинита крем незем подвергается выщелачиванию, а алюминий либо относительно накапливается (абио тическое выветривание), либо выносится в составе органоминеральных соединений (вы ветривание в присутствии неспецифических органических кислот и гумусовых кислот). С этих позиций мы вправе предположить, что разрушение каолинита в гумусово аккумулятивных горизонтах ферраллитных почв, сопровождающееся элювиальным выно сом кремния и алюминия, происходит под воздействием гумусовых веществ.

Органическое вещество. Несоответствие цвета гумусово-аккумулятивных горизонтов ферраллитных почв содержанию в них гумуса отмечается многими авторами (Фагелер, 1935;

Нгуен Ты Сием, 1974;

Боул и др., 1977;

Van Wambeke, 1983). Это связано с качест венной характеристикой гумуса данных почв, а именно с тем, что в составе гумуса преоб ладают слабоокрашенные органические соединения. Если, по аналогии с почвами умерен ных широт, принять, что цвет гумусово-аккумулятивных горизонтов обусловливает орга ническое вещество, то содержание гумуса в почвах о. Норфолк можно оценить в 2-4 %. По аналитическим данным содержание гумуса в верхних минеральных горизонтах феррал литных почв очень высокое (11-15 %) и имеет регрессивно-аккумулятивное распределение по профилю (табл. 16).

Таблица Содержание углерода (Со2 и Ссо2)*, азота, степень окисленности (d), и насыщенность азотом ОВ ферраллитных почв о. Норфолк, % на абсолютно сухую почву № Глубина, Со2 Ссо Горизонт Со2 Ссо2 d N разреза см N N А11 0-3 8.83 11.48 +23.1 0.86 10.2 13. А12 3-19 5.99 7.72 +22.3 0.64 9.3 12. И-11 А1В 19-32 2.08 2.97 +29.8 0.28 7.5 10. В1 32-60 1.26 1.79 +29.8 0.14 9.0 12. В2 60-65 0.71 1.18 +40.0 0.06 11.8 19. А11 0-10 7.64 9.91 +22.8 0.71 10.6 13. А12 10-20 5.13 6.78 +24.2 0.58 8.8 11. АВ 20-30 3.23 4.52 +28.5 0.46 7.0 9. 30-40 2.04 2.89 +29.1 0.20 10.2 14. В1 40-60 1.51 2.20 +31.1 0.12 12.6 18. Т- 60-80 1.18 1.93 +38.7 0.08 14.7 24. 80-100 1.13 1.82 +38.0 0.07 16.1 26. В2 105-125 0.79 1.25 +37.2 0.05 15.8 25. 125-135 0.63 1.08 +41.3 0.05 12.6 21. ВС 150-170 0,58 0,96 +39,8 0,03 19,3 32, * Определение углерода методом Тюрина (Со2), сухого сжигания (Ссо2) В пределах верхних 20-30 см профиля содержание гумуса резко снижается с 11-15 % до 2-3 %. Дальнейшее уменьшение содержания гумуса происходит постепенно и на метро вой глубине составляет 1,5-1,0 %. Зона, в пределах которой происходит резкое снижение содержания гумуса, совпадает с морфологически выделяемым гумусово-аккумулятивным горизонтом. В пределах гумусово-аккумулятивных горизонтов структурные отдельности целиком пропитаны высокодисперсным органическим веществом.

В составе ФК абсолютно и относительно доминирует фракция 1а – свободные или связанные с подвижными полуторными окислами ФК. Данная фракция гумуса в наиболь шей степени обладает способностью разрушать силикатный материал и образовывать под вижные органоминеральные соединения. Содержание кислоторастворимой фракции ФК вниз по профилю резко возрастает и в нижних горизонтах превышает 60 % от Собщ.

Большое количество мелких, сохранивших клеточное строение растительных остат ков, отмечаемое при мезо-морфологическом исследовании, объясняет высокие значения негидролизуемого остатка (66-78 %) в гумусово-аккумулятивных горизонтах. В феррал литно-метаморфических горизонтах относительное содержание негидролизуемого остатка органического вещества снижается вдвое. Отсутствие растительного материала в данных горизонтах позволяет считать, что негидролизуемый остаток гумуса ферраллитно метаморфических горизонтов образован органическим веществом, прочно связанным с минеральной матрицей.

Органическое вещество гранулометрических фракций.

Во фракции мелкого песка (разрез И-11), минеральная часть которого практически це ликом представлена конкрециями гематита, ОВ находится в виде: слабо разложившихся остатков листьев и корней желто-бурого и бурого цвета, обугленных растительных остат ков, гиф грибов, густо переплетающих все структурные элементы и придающих всей фракции структуру губки. В данной фракции возможно незначительное количество диф фузного гумуса, склеивающего отдельные гранулометрические элементы друг с другом.

Морфологические признаки ОВ фракций крупной и средней пыли близки между со бой. Включения растительных остатков в данных фракциях обнаружены только в верхнем горизонте профиля. Диффузный гумус диагностируется по изменению цвета фракций от буро-коричневого в гумусово-аккумулятивных горизонтах до серовато-бурого, серого в нижних горизонтах и по способности к оструктуриванию. Фракции крупной и средней пы ли из гумусово-аккумулятивных горизонтов при высушивании образуют твердые мелко зернистые педы, ниже по профилю при высушивании агрегации пыли не происходит. В мелкой пыли и иле растительных остатков не обнаружено. Цвет данных фракций по про филю практически не изменяется. Илистая фракция имеет охристую окраску, а фракция мелкой пыли - охристую с коричневым оттенком. Мелкопылеватые и илистые частицы из гумусово-аккумулятивных горизонтов при высушивании полностью оструктуриваются в твердые острогранные педы размером 1-1,5 мм. Агрегации данных фракций из нижележа щих горизонтов не происходит, и фракции представляют пушистую, сыпучую массу.

Увеличение размера частиц от ила до крупной пыли сопровождается ростом содержа ния углерода от 6,1% до 14,7% в горизонте А11 и от 2,9% до 12,3% - в горизонте А12 (рис.

24, а). В ферраллитно-метаморфических горизонтах наиболее обогащены углеродом фракции ила и мелкой пыли. По профилю, в пределах гумусово-аккумулятивного горизонта, абсолютное содержание углерода во фракциях (за исключением ила) резко падает и сохраняется с глубиной практически на одном уровне (1.6-1.7% ил, мелкая пыль;

0.8-1% средняя и крупная пыль).

.

Основываясь на морфологических на 15 0.0 1.0 2.0 % 0 5 блюдениях, можно утверждать, что углерод А11 в составе гранулометрических фракций А преимущественно обусловлен высокодис АВ персным гумусом. Абсолютное содержание Сорг во фракциях отражает "степень срод а б В ства" органического вещества к минераль В2 ным компонентам фракций. Работами (Гор 1 1- гранулометрические фракции, мкм 5 - 10 10 - 50 бунов, Орлов, I971, 1977;

Орлов, Пивоваро ва, 1974;

Пивоварова, 1975;

Theng, 1976) Рис. 24. Содержание Сорг в гранулометрических фракциях, разрез И-11. а) % к фракции, б) % к поч показана селективность поглощения ГВ ве в целом минеральными компонентами почвы. Вели чина поглощения обусловлена, с одной стороны, качественным составом органического вещества, а с другой – поглотительной способностью минералов и величиной удельной поверхности адсорбента (Карпачевский, 1985). Единой точки зрения по поводу того, какой из компонентов гумусовых кислот подвергается преимущественному поглощению, не су ществует. Ряд авторов (Минкин, Горбунов, Садименко, 1982) считают, что в большей сте пени поглощаются темно-окрашенные и высокомолекулярные фракции гуминовых кислот.

Другие (Tan, 1976;

Chassian, Nakaga, 1977) отмечают избирательное поглощение низкомо лекулярных фракций ГК и ФК.

Из совокупности минеральных компонентов ферраллитной почвы минералы группы каолинита в наименьшей степени сорбируют ГВ, в то время как оксиды и гидроксиды же леза и алюминия обладают повышенной поглотительной способностью по отношению к гумусовым веществам (Минкин, Горбунов, Садименко, 1982;

Водяницкий, 1989;

Зонн, Травлеев, 1992). Авторами (Kaiser K., Zech W., 1997) экспериментально установлена высо кая аффинность гидрофобной фракции ВОВ к аморфному Al(OH)3 и гетиту.

Содержание углерода, выраженное в процентах к фракции, не отражает фактического распределения углерода по элементарным частицам в горизонте и профиле. Реальный вклад углерода индивидуальных гранулометрических фракций в общую дифференциацию гумуса по профилю дает углерод фракций, с учетом содержания их в горизонтах профиля (рис. 24, б).

При резких различиях по абсолютному содержанию углерода во фракциях, фактиче ски, в гумусово-аккумулятивном горизонте углерод равномерно распределен по грануло метрическим элементам. В ферраллитно-метаморфических горизонтах содержание орга нического вещества во фракциях пыли очень резко снижается, в то время как в иле распре деление углерода по профилю прогрессивно-аккумулятивное. Часть тонкодисперсного гу муса в силу особенностей химического строения и (или) свойств минеральных компонен тов аккумулируется в пылеватых фракциях гумусово-аккумулятивных горизонтов. Другая часть гумусовых веществ, локализованная во фракции ила и частично во фракции мелкой пыли, напротив, обладает способностью свободного передвижения по профилю. Необхо димо отметить, что если ОВ в составе пыли генетически связано с данными фракциям, то относительно ГВ фракции ила такой уверенности нет. В иле ОВ может присутствовать в одной из следующих форм (или их сочетаниях): – ОВ, поглощенное илом;

– ОВ, непрочно связанное с пылеватыми фракциями и десорбируемое водой;

– водорастворимое ОВ, нахо дящееся в почве в "свободном" состоянии. Любая из данных форм ОВ, независимо от пер воначальной приуроченности, концентрируется в илистой фракции в процессе ее выделе ния.

Качественное различие ОВ гранулометрических фракций подтверждают данные груп пового состава гумуса по Кононовой - Бельчиковой (табл. 17).

Результат анализа свидетельствует о селективной локализации ГК в пылеватых фрак циях гумусово-аккумулятивных горизонтов. Ничтожное содержание ГК в ферраллитно метаморфических горизонтах показал состав гумуса исходных (не фракционированных) образцов почв. ФК присутствуют во всех гранулометрических фракциях, однако, в основ ном они сосредоточены во фракциях мелкой пыли и ила. Пересчет содержания ФК в гра нулометрических фракциях с учетом количества каждой фракции показал для горизонта А11, что ФК ила и мелкой пыли составляют 80 % от общего содержания ФК в горизонте.

Таблица Групповой состав гумуса гранулометрических фракций, разрез И-11* Размер Негидро Глубина, Сгк фракций, Горизонт Собщ. СГК СФК лизуемый см Сфк мкм остаток 0.25 2.58 3. А11 0-3 6.10 0. 4.10 42.3 53. 0.76 1. 1 А1В 19-32 2.54 Следы 29.9 70. 0.70 1. В1 32-60 1.75 Нет 40.0 60. 0.90 2.30 6. 5-1 А11 0-3 9.39 0. 9.60 24.5 65. 1.66 0.81 10. 10 - 5 А11 0-3 12.49 2. 13.3 6.5 80. 4.04 1.90 8. А11 0-3 14.72 2. 27.4 12.9 59. 50 – 2.51 1.55 8. А12 3-19 12.34 1. 20.3 12.5 67. * В числителе углерод в % к фракции, в знаменателе % к Собщ.

Количественное (по содержанию) и качественное (по составу) распределение ОВ по гранулометрическим фракциям указывает на природную дифференциацию компонентов гумуса и, возможно, на их селективное взаимодействие с минеральными частицами.

Выше отмечалось, что илистая фракция представлена только каолинитом, а фракции пыли - гематитом, гиббситом и каолинитом. Если все компоненты пылеватых фракций, включая каолинит, в равной степени связывают ГК, то последние должны присутствовать и во фракции ила, представленной каолинитом, но этого не наблюдается. Возможно, ГК преимущественно взаимодействуют с оксидами железа и алюминия. С другой стороны, присутствие ГК в составе пылеватых фракций может обуславливать их локализация в про дуктах гумификации органического материала in situ, находящихся в свободном, не свя занном с минеральной матрицей состоянии.

.

Al-Fe-гумусовые соединения.

Содержание алюминия и железа, переходящих в раствор при экстракции гумусовых кислот, приведено в таблице 18. При всей условности полученных результатов, они позво ляют дать некоторые характеристики металл-гумусовых соединений исследуемых почв.

Низкая растворимость гидроксида железа в щелочной среде (0,3 мг/л) позволяет считать, что железо в растворах находится в составе железогумусовых соединений. Показано (Marion, et. all., 1976;

Rhodes, Lindsay, 1978), что в сильно выветрелых почвах концентра ция минеральных форм алюминия в растворе контролируется гиббситом, растворимость которого в щелочной среде составляет порядка 45 мг/л (Рудакова, Воробьева, Новых, 1986), что в 2-4 раза меньше, чем концентрация алюминия в щелочных экстрактах гумусо вых кислот.

Рассмотрим данные по содержанию алюминия и железа, переходящих в раствор 0,1н NaOH. Абсолютное (в мг на 100 г почвы) содержание алюминия, предположительно свя занного с ГК, уменьшается с глубиной, а связанного с фульвокислотами – возрастает. От носительное содержание алюминия в составе гумусовых кислот максимально в нижних горизонтах профиля, т.е. как гуминовые кислоты, так и фульвокислоты гумусово аккумулятивных горизонтов содержат алюминия на единицу углерода меньше, чем гуму совые кислоты нижних горизонтов профиля. При значительной разнице в абсолютном со держании алюминия в гуминовых кислотах и фульвокислотах, насыщенность данных групп ГВ металлами по генетическим горизонтам профиля имеет близкие значения.

Таблица Содержание Al3+ и Fe3+, экстрагируемых совместно с гумусовыми кислотами раствором 0.1 н NaOH (а) и 0.1н NaOH + 0.1 н Na4P2O7 (б);

(мг на 100 г почвы) Глубина, Алюминий Железо Al Al Fe Fe см Сгк Сфк Сгк Сфк ГК ФК ГК ФК а б а б а б а б а а б а б а б Разрез И- 0-3 48 нет 115 169 28 16 4 27 0.13 0.31 0.20 0.08 0.02 0.006 0. 30-60 30 нет 267 214 38 нет 2 2 1.0 0.55 0.42 1.26 - 0.004 0. Разрез Т- 0-10 59 нет 157 164 71 49 7 20 0.12 0.22 0.13 0.14 0.06 0.01 0. 40-60 29 нет 286 258 83 3 2 2 0.96 0.59 0.41 2.76 0.02 0.004 0. 80-100 26 нет 319 300 44 нет нет 1 0.87 0.78 0.52 1.47 - - 0. Содержание железа, связанного с ГК, составляет 30-80 мг на 100 г почвы, что состав ляет 87-100 % от общего количества железа, переходящего в раствор при щелочной экс тракции. Один грамм углерода ГК из верхней части гумусово-аккумулятивного горизонта содержит 75-140 мг железа, в то время как в нижележащих горизонтах профиля на едини цу углерода гуминовых кислот приходится 1266-2766 мг железа, что значительно превы шает эквивалентную емкость поглощения ГК. Очевидно, в этой части профиля Fe гуминовые соединения представлены адсорбционными комплексами, в которых преобла дает минеральная основа. На способность данного типа органо-минеральных соединений растворяться в щелочной среде указывают работы Л. Н. Александровой и Г. А. Левашке вича (Александрова, 1967, 1980;

Левашкевич,1966). Эти же авторы допускают возмож ность миграции по профилю комплексных золей гумусовых кислот с оксидами железа и алюминия.

В растворах ГК, экстрагированных щелочным раствором пирофосфата Na, алюминий не обнаружен. ФК в этой вытяжке обладают меньшей насыщенностью алюминием, чем щелочнорастворимые ФК. Абсолютное содержание и насыщенность железом для суммы ГК ниже, чем значения данных показателей в бурых ГК. Насыщенность железом для сум мы ФК, по сравнению с щелочнорастворимыми ФК, несколько возросла в гумусово аккумулятивном горизонте и не изменилась в ферраллитно-метаморфическом. Очевидно, установленные различия связаны с тем, что ионы металлов занимают различные (по проч ности связи) позиции в анионной и катионной части молекул гумусовых кислот (Дорфман, 1968;

Александрова, 1980;

Попов, 2004). С увеличением числа точек координации лиганда с металлом возрастает устойчивость комплекса. Скорее всего, в присутствии пирофосфата натрия, комплексы, образованные замещением водорода одной карбоксильной группы, разрушаются, при этом органический лиганд остается в растворе, а металлы осаждаются в виде гидроксида или фосфорнокислой соли.

Прямое определение Al и Fe в растворах гумусовых кислот не позволяет однозначно говорить о вхождении их в состав органоминеральных соединений (особенно по отноше нию алюминия). Более строгим доказательством наличия Al-Fe-гумусовых соединений в ферраллитных почвах служат результаты гель-фильтрации ГВ при параллельном опреде лении содержания Al и Fe в элюате (Орлов, Милановский, 1987).

Al, Fe Al, Fe мг/л 25 мг/л 1 Al 15 20 Fe Рис. 25. Элюирование Al и Fe при гель-фильтрации ГВ из А1 ферраллитной почвы на сефадексах G-10 (1) и G 50 (2). Сплошная линия – оптическая плотность элюата.

ГВ из горизонта А11 (разрез Т-14) экстрагировали щелочным раствором пирофосфата натрия. Щелочной экстракт фильтровали через сефадекс Г-10, для удаления из пробы рас творимых минеральных примесей и перевода гумусовых веществ из среды экстрагента в элюирующий буфер. Атомно-абсорбционный анализ элюата показал (рис. 25, 1) бимодаль ное распределение алюминия и элюирование железа одной фракцией.

Алюминий и железо, элюирующиеся в свободном объеме колонки совместно с гуму совыми кислотами, входят в состав органоминеральных соединений. Алюминий второй фракции представлен минеральными формами.

ГВ, прошедшие в свободном объеме на G-10, фракционировали на сефадексе G- (рис. 25, 2). Совпадение объемов элюирования фракций ГВ с объемами элюирования ме таллов свидетельствует об их конституционном вхождении в состав соответствующих мо лекулярных фракций ГВ. Около 60% алюминия и свыше 90% железа от их общего содер жания в растворе элюируются в свободном объеме колонки совместно с высокомолеку лярной фракцией ГВ, обусловленной ГК. В низкомолекулярной фракции ГВ фульвокис лотной природы преобладает алюминий.

Гидрофобно-гидрофильные компоненты ГВ.

Промывной тип водного режима и свободный D 75. дренаж профиля, напочвенное поступление опада (как 1. 42. 5-10 мкм основного источника ГВ в минеральных горизонтах) и 1мкм фульватность гумуса с преобладанием в его составе 21.9 23.5 9. 0. кислоторастворимой фракции, разрушение каолинита 17.9 1.4 4.6 0.9 2. и миграция Al-Fe-гумусовых соединений по профилю – по рабочей гипотезе должно быть следствием фор- Рис. 26. Хроматограммы ГВ ила и мел мирования и функционирования в профиле гидро- кой пыли, указана площадь фракций в %;

горизонт А11, разрез И- фильных ГВ.

Контрастное распределение групп гумусовых кислот по гранулометрическим фракци ям ферраллитной почвы сопровождается закономерным изменением состава гидрофобно гидрофильных компонентов ГВ гранулометрических фракций (рис. 26). ГВ ила, состоящие на 90-100% из ФК (табл. 17), представлены гидрофильными соединениями. В составе ГВ средней пыли, на 67% состоящих из гуминовых кислот, присутствуют гидрофильные и гидрофобные соединения, причем последние обусловлены гидрофобными составляющими ГК (рис. 27). Гидрофильные соединения в составе ГВ фракции пыли включают гидро фильные фракции гуминовых кислот и фульвокис лоты.

Результат хроматографического анализа ГВ ге ГВ ГК ФК нетических горизонтов ферраллитной почвы приве ден на рисунках 28 и 29. Гидрофильные продукты гумификации, абсолютно и относительно преобла дающие в составе ГВ, имеют аккумулятивно элювиально-иллювиальное (по абсолютному содер жанию) и элювиально-иллювиальное (по относи Рис. 27. Хроматограммы ГВ и их компо нентов, горизонт А12, разрез Т- тельному содержанию) распределение по профилю (рис. 28). Следует отметить, что групповой и фракционный анализ состава гумуса не по зволил выявить зону иллювиального накопления ФК в ферраллитно-метаморфических го ризонтах. Наиболее вероятную причину этого мы связываем с высокой окисленностью фульвокислот, что обуславливает получение существенно заниженных результатов при определении углерода ФК по методу Тюрина.

Гидрофобные продукты гумификации (3 и 4 фракция) регрессивно-аккумулятивно распределены в пределах гумусово-аккумулятивного горизонта, ил которого агрегирован в устойчивые микроагрегаты (табл. 8). В ферраллитно-метаморфических горизонтах профи ля гидрофобные ГВ присутствуют на уровне фона. При анализе ГВ подзолистых Al-Fe гумусовых почв было установлено, что данные ГВ неподвижны в условиях промывного водного режима и представляют продукты гумификации органического материала in situ.

Обладая пониженными значениями Е-величин (табл. 3), гидрофобные компоненты ГВ оп Остров Вити Леву Влажные тропики, осадки (3000 мм/год) равномерно распределены в году. Мертво покровный, высоко сомкнутый первичный полидоминантный хвойный лес (араукария, по докарпус, дакридиум). Почва имеет красно-желтый цвет и тяжелый гранулометрический состав. Профиль дифференцируется по гумусированности и структуре. Маломощный (2- см) слой свежего опада сменяется ореховато-зернистым гумусово-аккумулятивным гори зонтом (до 20-30 см) с гумусом типа мулль. Начиная с поверхности, в профиле присутст вует щебень (конкреции?), на 68-78% состоящий из Al2O3 (SiO2/Al2O3 = 0.2-0.4), каверзная поверхность которого покрыта гумусовой кутаной. Ореховато-зернистые педы имеют глянцевую, «лакированную» поверхность. Гумусово-аккумулятивный горизонт переходит в серию однородных, подразделяемых по структуре и окраске ферраллитно метаморфических горизонтов, для которых морфологически не выражена миграционная внутрипрофильная дифференциация веществ и признаки оглеения. Глинистые педы верх них горизонтов профиля пропитаны дисперсным гумусом. Ниже по профилю дисперсный гумус локализован на поверхности педов. Почва характеризуется высоким содержанием сильно окисленного гумуса, кислой реакцией среды и низкой насыщенностью основания ми, в составе обменных катионов преобладает водород (рис. 30).

Обменные Степень Насыщенность рН катионы, Собщ., % окисленности основаниями, % KCl H2O мг-экв./100г гумуса, % 0 5 10 3.8 4.3 4.8 2 7 14 26 38 15 30 A AB Глубина, см B1 B 100 CaO+MgO B2C Рис. 30. Содержание углерода и основные физико-химические свойства ксантиковой ферральсоли, разрез Т- Таблица Гранулометрический (а, б)* и микроагрегатный (в) состав ксантиковой ферральсоли, разрез Т- Содержание фракций, %;

размер частиц, мм Глубина, 0.005 Горизонт 1.0-0.25 0,25-0,05 0.05-0.01 0.01-0.005 0, см 0. аб ваб ваб в аб ваб в а б в A11 0-5 0 4.0 52.2 1 21.8 25.4 10 24.0 16.6 2 4.3 2.1 11 19.8 3.2 76 26.1 0. A12 5-10 0 8.4 42.6 1 20.7 24.2 6 15.4 25.3 2 3.6 2.5 9 17.7 4.9 80 34.2 0. A13 10-20 0 7.0 40.3 1 15.2 26.3 12.3 26.1 3 4.5 3.0 6 14.9 3.6 84 46.1 0. AB 20-30 0 5.8 - 15.7 5 9.3 3 5.8 5 9.8 87 53. 30-40 0 6.0 1 6.5 11 8.1 3 2.9 5 9.4 80 67. B1 40-60 0 6.2 - 9.8 14 8.2 2 4.7 7 8.7 76 62. 80-100 0 4.6 1 8.4 12 10.4 3 1.3 7 12.8 77 62. BC 100-120 0 1.8 1 7.1 12 15.8 4 6.6 10 17.8 73 50. C 120-140 0 2.8 1 8.2 17 13.5 4 7.1 13 18.2 65 50. * Диспергация пробы: УЗ в 0,4% Na4P2O7 (а);

растирание пасты в 4% Na4P2O7 (б) Как и для почвы о. Норфолк, традиционная подготовка проб к анализу не обеспечива ет полной диспергации мелкозема, что приводит к ошибочному заключению о резко вы раженном элювиальном распределении ила (табл. 19).

Полная агрегированность мелкозема гумусово-аккумулятивных горизонтов и высокая водоустойчивость агрегатов препятствуют суспензионной миграции ила, обеспечивают свободную водопроницаемость и дренаж профиля, а также отсутствие условий для переув лажнения и оглеения. Текстурная дифференциация профиля выражена в пределах гумусо во-аккумулятивного горизонта и заключается в постепенном увеличении содержания ила с глубиной (при отсутствии признаков лессиважа) и накоплении вверху пылеватых фракций.

Во фракции пыли встречаются прозрачные единичные зерна с сильно корродированной поверхностью, очень много прозрачных таблитчатых кристаллов, гематита и титаномагне тита.

Ферраллитизация профиля происходит на фоне относительного обеднения верхних горизонтов профиля по сравнению с условной почвообразующей породой, кремнием, алюминием и железом (рис. 31, 32), имеющих в пределах гумусово-аккумулятивного гори зонта четко выраженное элювиально-иллювиальное распределение.

SiO2/Al2O Fe2O3 SiO2/Fe2O Al2O3 TiO SiO2 CaO 1 2 3 4 0.3 0.6 0.9 0.9 1. 27 31 18 28 38 1.6 3. 20 26 32 A AB Глубина, см B1 B B2C почва ил Рис. 31 Валовое содержание элементов в ксантиковой ферральсоли, разрез Т-25 (% к прокаленной навеске).

Сужение величин молекулярных отношений SiO2 к Al2O3 от 1.9-2 в ферраллитно метаморфических горизонтах до 1.2-1.7 в гумусово-аккумулятивных свидетельствует о на хождении кремнезема метаморфических горизонтов в составе минералов каолинитовой группы, подвергающихся разрушению в верхних горизонтах профиля.

SiO2 Fe2O3 Al2O Обеднение Обогащение Обеднение Обеднение Обогащение 0.5 1 1.5 2 2. 0.5 1 1. 0.25 0.5 0.75 1 0.5 1 1.5 2 2.5 A Глубина, см B ил B2 почва Fe2O Al2O3 ил B2C 1 2 3 Рис. 32. Относительное обогащение-обеднение профиля ксантиковой ферральсоли SiO2, Fe2O3 и Al2O3 по срав нению с породой. SiO2 : [Al2O3, Fe2O3] (1);

TiO2 : [SiO2, Al2O3, Fe2O3] (2, 3, 4) Степень гумификации органического вещества слабая (8-16%). Гуминовые кислоты обнаружены только в пределах морфологически выделенного гумусово-аккумулятивного горизонта (табл. 20). Тип гумуса – фульватный. Как и в подзолистых Al-Fe-гумусовых почвах Кольского полуострова, в данном профиле мы имеем одинаковое содержание угле рода ГВ в составе двух щелочных экстрактов и "отрицательное" содержание второй фрак ции ГК, абсолютный и относительный максимум которой приходится на горизонт А11.

Таблица Содержание углерода гумусовых кислот ксантиковой ферральсоли в составе NaOH(1), NaOH+Na4P2O7 (2) и 0.5н H2SO4 вытяжках (1а)* Глубина, С общ.. ГВ ГК ФК Сгк:Сфк Горизонт см % 1 2 1 2 2-1 1а 1 2 2-1 1 2.90 2.87 1.36 1.02 -0.34 0.92 1.54 1.85 0. А11 0-5 8.49 0.88 0. 34.2 33.8 16.0 12.0 -4.0 10.8 18.1 21.8 3. 2.04 2.07 0.71 0.48 -0.23 0.86 1.33 1.59 0. А12 5-10 5.90 0.53 0. 34.6 35.1 12.0 8.1 -3.9 14.6 22.5 26.9 4. 1.62 1.61 0.35 0.22 -0.13 0.89 1.27 1.39 0. А13 10-20 4.43 0.28 0. 36.6 36.3 7.9 5.0 -2.9 20.1 28.7 31.4 2. 1.22 1.24 0.16 0.16 0.69 1.06 1.08 0. АВ 20-30 3.20 0 0.15 0. 38.1 38.8 5.0 5.0 21.6 33.1 33.8 0. 0.68 0.67 0.04 0.04 0.40 0.64 0.63 -0. 30-40 1.63 0 0.06 0. 41.7 41.1 2.5 2.5 24.5 39.3 38.7 -0. В 0.36 0.36 0.20 0.36 0. 40-60 0.76 нет нет 47.4 47.4 26.3 47.4 47. 0.20 0.21 0.08 0.20 0.21 0. 60-80 0.56 - 35.7 37.5 14.3 35.7 37.5 1. В 0.20 0.20 0.05 0.20 0. 80-100 0.52 - - 38.5 38.5 9.6 38.5 38. * числитель – С фракции % к почве, знаменатель – С фракции % к Собщ.

Наличие в ксантиковой ферральсоли гумусовых веществ, потенциально способных осуществлять кислотно-гумусовую агрессию в минеральных горизонтах профиля и обра зовывать Al-Fe-гумусовые соединения, сопровождается отсутствием морфологически вы раженного элювиального горизонта. Можно предположить, что освобождающиеся при минерализации опада биогенно извлеченные из минеральных горизонтов профиля Al и Fe взаимодействуют с кислотными продуктами гумификации. Осаждение Al-Fe-гумусовых соединений происходит на поверхности щебня в подстилке и по граням структурных от дельностей в пределах гумусово-аккумулятивного горизонта в виде лимонно-охристых ку тан. Аккумуляция ГВ в минеральных горизонтах профиля может происходить и за счет анионной сорбции на частицах гиббсита (ТНЗ 5.0-10), гематита (ТНЗ 7.5-9.3) и титаномаг нетита (ТНЗ 6.5-6.9), обладающих в условиях профиля положительным зарядом (Водяниц кий, 1989;

Пинский, 1997;

Соколова, Дронова, Толпешта, 2005).

Анализ состава исчерпывающего щелочного экстракта из горизонта А11 (табл. 21) по казал, что добавление к нему пирофосфата Na вызывает:

• уменьшение содержания ГК при пропорциональном увеличении ФК, • снижение насыщенности гумусовых кислот железом и алюминием, • выпадение из раствора бурого осадка, в пересчете на фосфаты состоящего на 48.18% из FePO4 и на 40.20% из AlPO4.

Таблица Состав щелочного экстракта до и после добавления 0.1М пирофосфата натрия;

ксантиковая ферральсоль, горизонт А Гумусовые кислоты Гумусовые кислоты в 0.1н NaOH, (%) в (0.1нNaOH) + 0.1М Na4P2O7, (%) ГК ФК сумма ГК ФК сумма -ГК 1.43 2.51 3.94 0.81 3.02 3.83 0. Fe 3+ / к углероду ГК, ФК, суммы 0.65 0.11 0.31 0.32 0.02 0.08 1. 3+ Al / к углероду ГК, ФК, суммы ГВ 0.17 0.13 0.14 0.06 0.06 0.06 0. Железо в составе щелочного экстракта целиком представлено Fe-гумусовыми соеди нениями (ПРFe(OH)з=10-38). Алюминий в данных условиях может присутствовать в виде алюминатов. Однако, добавление 0.1М Na4P2O7 к щелочному экстракту из горизонта ВС ксантиковой ферральсоли образования осадка не вызывает.

ГВ рН 1. ( NaOH ) ФК- ГК- + 0.1 М Na4P2O + 0.1 М Na4P2O осадок осадок ФК ФК ГК ГК Рис. 33. Хроматография компонентов ГВ щелочного экстракта;

А11, разрез Т- Гидрофобно-гидрофильные компоненты ГВ. Хроматографический анализ компонентов ГВ непосредственной NaOH вытяжки и после каждого этапа ее модификации позволил на уровне молекулярных фракций ГВ проследить трансформацию "отрицательной" фракции ГК в ФК (рис. 33).

В составе суммы ГВ и осажденных из нее гуминовых кислот присутствуют компонен ты, обладающие максимальной способностью вступать в реакции гидрофобного связыва ния с хроматографической матрицей. Их элюирование с колонки происходит раствором 0.2н NaOH + 5 мМ ЭДТА. Добавление пирофосфата Na к щелочному раствору ГК и исход ному экстракту ГВ вызывает: а) образование осадка, б) "исчезновение" данной фракции в составе ГК-1 и ГВ, в) рост содержания ГВ в составе гидрофильной фракции, г) появление в 63 составе ГК-1 и "новых" ФК.

D Объединяя результаты химического и хрома Экстракция ГВ:

тографического анализов, мы приходим к выводу, 0. NaOH +Na4P2O7 что "отрицательная" фракция ГК представлена Al NaOH Fe-гумусовыми соединениями, растворимыми в 0.1н NaOH и осаждаемыми кислотой. При частич ном удалении из состава комплекса железа и алю 0. миния, его органический лиганд утрачивает спо собность к осаждению кислотой и по схеме груп 5 5 пового состава гумуса переходит в группу ФК. На 4 56 личие "отрицательной" фракции ГК не является ар 12 12 3 4 тефактом анализа и может служить самостоятель Рис. 34. Хроматограммы ГВ подстилки, ной характеристикой функциональной роли ГВ при указана площадь фракций в %, Т- почвообразовании.

Продукты гумификации опада на поверхности почвы представлены гидрофильными ГВ (рис. 34) и ГВ в составе Al-Fe-гумусовых соединений (5 и 6 фракции).

экстракция ГВ экстракция ГВ NaOH NaOH+Na4P2O B B АВ A A A 1 2 3 4 56 1 2 3 4 0 50 100 % 0 50 100 % A A12 фракции:

A13 Глубина, см нн АВ B 40 B B Рис. 35. Хроматограммы ГВ и относительная площадь хроматографических фракций, разрез Т- Из всей совокупности продуктов гумификации опада только водорастворимые компо ненты могут быть вынесены с током влаги из подстилки, достичь поверхности минераль ной матрицы, осуществить гидролиз минералов, образовать Al-Fe-гумусовые соединения, реализуя современную трансформацию минеральной массы. В минеральных горизонтах профиля абсолютно и относительно преобладают гидрофильные ГВ (рис. 35). Они имеют аккумулятивно-элювиально-иллювиальное (по абсолютному содержанию) и элювиально иллювиальное (по относительному содержанию) распределение. При элювиально иллювиальном распределении Al-Fe-гумусовых соединений (5+6 фракции) их абсолютный максимум приходится на нижнюю часть гумусово-аккумулятивного горизонта (рис. 36).


Освобождающиеся при минерализации органической части Al-Fe-гумусовых соединений Fe и Al могут обуславливать утяжеление гранулометрического состава (табл. 19) и относи тельное обогащение железом и алюминием (рис. 32) этого горизонта. Исследования маг нитных свойств профиля Т-25 (Романюк, 1990;

Бабанин и др., 1995) показало, что основная часть железа находится в виде очень мелких (5-7nm) зерен Al-замещенных форм гетита и гематита.

Интенсивная минерализация растительных остатков в почве в условиях гумидного тропического климата, опережающая их гумификацию, обуславливает очень низкое нако пление гидрофобных компонентов ГВ (фракция 3 и 4), аккумулирующихся только в верх ней части гумусово-аккумулятивного горизонта.

0 0.2 0.4 0.6 0 0.2 0.4 0.6 D280 0 0.5 1 1.5 % A A A Глубина, см нн АВ B экстракция ГВ эстракция ГВ B NaOH+Na4P2O NaOH B Al2O Fe2O фракции: 1 2 3 4 5+ Рис. 36. Распределение по профилю гидрофобно-гидрофильных компонентов ГВ ксантиковой феррльсоли, раз рез Т- В исследованных почвах о. Норфолк и о. Вити-Леву современное почвообразование протекает в древней коре выветривания, глубина метаморфизма которой связана не столь ко с существующими биологическими факторами среды, сколько с длительностью периода субаэрального развития поверхности суши. Непосредственное влияние биоценоза на поч вы проявляется в формировании современного гумусового профиля, вложенного в древ нюю кору выветривания.

Основными источниками ОВ почв под пологом мертвопокровных лесов являются древесные корни и, главным образом, круглогодично поступающий наземный опад. Пер вичные продукты гумификации, образующиеся при зоогенной и микробиологической трансформации опада, попадают в минеральные горизонты профиля. Постоянному удале нию гидрофильных ГВ из подстилки способствует обильная ночная роса, достигающая во влажных лесах тропиков и субтропиков 100-200 мл на 1м2 (Вальтер, 1964).

Гидрофильные компоненты ГВ являются основным фактором современного метамор физма минеральной массы данных почв. Наименее устойчивым к воздействию ГВ из ком понентов минеральной массы, состоящей из вторичных (каолинит, гиббсит, гематит, ана таз) и акцессорных минералов, является каолинит. Освобождающийся при гидролизе као линита кремнезем в условиях свободного внутреннего дренажа выносится в глубокие го ризонты профиля, где может при взаимодействии с алюминием происходить неосинтез каолинита (Воронов, Зелбчан, Лукевиц, 1978). Вынос алюминия и железа из гумусово аккумулятивных горизонтов осуществляется в форме хелатных соединений, частично оса ждаемых при рН 4-5, что реализуется в ферраллитно-метаморфических горизонтах фер ральсоли (о. Норфолк) и в нижней части гумусово-аккумулятивного горизонта ксантико вой ферральсоли (о. Вите-Леву). По мере минерализации органической части Al-Fe гумусовых соединений, освобождающиеся оксиды металлов могут образовывать микро конкреционные формы гиббсита и гематита, способные к поглощению гумусовых кислот по механизму анионной сорбции. Гидрофобные продукты гумификации присутствуют только в пределах морфологически выделяемого гумусово-аккумулятивного горизонта, аг регированная минеральная масса которого обладает повышенной устойчивостью к диспер гации по сравнению с нижележащими горизонтами.

По сути, роль гидрофильных гумусовых веществ в этих почвах аналогична оподзоли ванию, но разрушению подвергаются не полевые шпаты, иллит и разбухающие минералы, а каолинит, и относительно накапливается не кремнезем кварца, а окристаллизованные формы железа, алюминия и устойчивые титансодержащие минералы.

ГВ почв катены Центрально- лесного заповедника Объектом исследования послужили почвы Центрального лесного государственного биосферного заповедника (ЦЛГБЗ), экосистемы которого рассматриваются в качестве эта лона зоны дерново-подзолистых почв южной тайги. Природные условия и почвенный по кров заповедника подробно описаны в работах (Генезис и экология..., 1979;

Карпачевский и др., 1995;

Трофимов, Гончарук, 2002). Выбранные для исследования почвы характеризу ют типичный элемент ландшафта заповедника: слаборасчлененные и почти бессточные водоразделы с еловыми лесами бореальной структуры. Почвообразующая порода пред ставлена покровным легким суглинком, подстилаемым карбонатной мореной.

Изучены ГВ почв катены (палево-сильноподзолистая - торфянисто-сильноподзолистая - торфяно-глеевая - торфяная переходная), характеризующие гидрофобно-гидрофильный состав ГВ, формирующихся в различных элементах рельефа и горизонтах профиля при гу мификации растительных остатков in situ в автоморфных и гидроморфных условиях.

Групповой и фракционный состав гумуса почв соотносится с литературными данными (Орлов, 1996;

Горелова, 1982;

Урусевская и др., 1978). Влияние гидроморфизма проявляет ся в расширении Сгк:Сфк (0.55 – 1.3) в верхних горизонтах почв. Иллювиальные горизон ты всех почв катены характеризуются фульватным гумусом. В составе ГК преобладает фракция ГК-1, доля которой в гидроморфных вариантах почв возрастает (Добровинская, Милановский, 2000). Результаты хроматографического анализа ГВ почв катены приведены на рисунке 37.

В составе ГВ подстилки палево-подзолистой почвы на водоразделе присутствуют гид рофильные и гидрофобные компоненты. ГВ нижележащих горизонтов представлены толь ко гидрофильными соединениями. Торфяные почвы представляют наиболее "чистый" ва риант для разделения компонентов ГВ иллювиальной природы и формирующихся при гу мификации in situ. В торфяных горизонтах почв болотно-подзолистого и болотного ряда ГВ содержат весь набор гидрофильных и гидрофобных фракций. Содержание гидрофоб ных компонентов ГВ торфа возрастает с глубиной, отражая накопление продуктов гуми фикации in situ. В минеральные горизонты из торфа поступают только гидрофильные со единения, и гидрофильные ГВ служат источником питания анаэробных гетеротрофных микроорганизмов. Образующиеся в результате их метаболизма низкомолекулярные орга нические кислоты обеспечивают процесс глееобразования (Зайдельман, 1998).

палево-подзолистая торфянисто- торфяно- торфяная подзолистая глеевая G G1h А2B G А2сер Т А2h G1h А2пал Т Т Т Т АО Рис. 37. Хроматограммы ГВ почв катены;

экстракция ГВ щелочным раствором Na4P2O Результаты хроматографического фракционирования ГВ согласуются с микроморфо логическими данными. Подстилка и торфяные горизонты представлены растительными остатками разной степени разложенности. В горизонтах, для которых хроматографический анализ показал гидрофильную природу ГВ (верхний минеральный горизонт палево подзолистой почвы и нижние горизонты всех остальных почв), ОВ представлено тонко дисперсным, обволакивающим зерна кварца, гумусом.

D Полив кислотой Контроль Полив водой 0. 0. A1E 0. 0. 0. E 0. фракции:1 56 1 56 1 Рис. 38. Хроматограммы ГВ горизонтов А1Е и Е палево-подзолистой почвы, экстракция ГВ 0.1н NaOH Дифференциация профиля подзолистых почв ЦЛГБЗ происходит при участии многих процессов почвообразования и, в том числе, Al-Fe-гумусового (Карпачевский, 1979;

Тро фимов и др., 2002). Анализ ГВ почв катены проводился на этапе работы, когда не была из вестна возможность диагностики Al-Fe-гумусовых соединений в составе ГВ NaOH экстракта. Воспользовавшись образцами почв с полевого модельного эксперимента, мы проанализировали, как изменяется состав гидрофобно-гидрофильных компонентов ГВ па лево-подзолистой почвы ЦЛГБЗ, обработанной из расчета 10 годовых норм речной воды (рН 6.0-7.0) и кислыми модельными осадками с рН 3.0 (Соколова и др., 2001)1.

Гидрофильные ГВ (1 фракция), вымываемые водой (кислотой) из горизонтов подстил ки, преимущественно аккумулируются в гумусово-аккумулятивном горизонте профиля (рис. 38). Накопление Fe-органических соединений (5 фракция) при промывании профиля речной водой происходит в горизонте А1Е. В кислой среде Fe-органические соединения мигрируют через верхний минеральный горизонт профиля и осаждаются в горизонте Е.

Уменьшение содержания Al-органических соединений (6 фракция) в горизонте Е отмеча ется на уровне тенденции.

ГВ дерново-палево-подзолистой почвы, разрез 2- Почвенный разрез демонстрировался на научной экскурсии X Международного кон гресса почвоведов (Москва, 1974). Вопросы генезиса дерново-палево-подзолистой почвы и результаты детальных морфологических и аналитических исследований приведены в рабо те (Таргульян и др., 1974). Наблюдаемые сегодня морфологические и химические показа тели профиля формировались в течение последних 10-13 тыс. лет при различных физико географических условиях голоцена. На каждом историческом этапе развития профиля складывалась своя система ГВ, и признаки их функционирования указывают на взаимоис ключающие процессы – кислотно-гумусовое оподзоливание, гидролиз минералов, Al-Fe гумусовая миграция и гумификация органического вещества in situ с образованием темно цветного гумуса (Александровский, 1983, 2002;

Черкинский, 1985). В позднем голоцене вторичное перераспределение железа и алюминия в верхних горизонтах профиля (биоген ная аккумуляция Al и Fe в подстилке, вынос их в составе органоминеральных соединений и осаждение в горизонте А21n) обуславливает палевую окраску нижней части элювиально го горизонта (Таргульян и др., 1974;


Ильичев, 1976;

Тонконогов, 1999).

При исследовании гидрофобно-гидрофильного состава ГВ дерново-палево подзолистой почвы задавалась цель идентифицировать компоненты гумуса современной и реликтовой природы.

1 2 B1A A2B A A21n A A 12 3 4 56 12 3 4 12 3 4 Рис. 39. Хроматограммы ГВ дерново-палево-подзолистой почвы в составе экстрактов: 1 - NaOH, 2 - ГВNaOH + Na4P2O7, 3 – NaOH+Na4P2O образцы почв предоставлены Т.А. Соколовой Элювиально-иллювиальным распределением, при способности утрачивать гидрофоб ные свойства в присутствии пирофосфата Na, обладают ГВ 5 и 6 хроматографических фракций в составе непосредственной NaOH вытяжки, отнесенные нами, по аналогии с ферраллитными и подзолистыми Al-Fe-гумусовыми почвами, к Al-Fe-гумусовым соедине ниям (рис. 38, 39). Их иллювиальный максимум накопления приходится на палевый гори зонт, и с данными ГВ связано современное перераспределение Fe и Al в профиле.

Гумусовые вещества в составе 4 хроматографической фракции обладают одинаковой растворимостью, не зависящей от применяемого реагента. Их содержание увеличивается с глубиной и максимально в нижней части элювиального горизонта. Именно в этой части профиля фрагментарно выражены "останцы" сильно деградированного второго гумусового горизонта (ВГГ), гумус которых локализован в темно-серых гумонах и углистых частицах, а радиоуглеродный возраст ГК составляет 4440±300 лет (Черкинский, 1985). В данном случае иллювиальное распределение не является следствием миграции ГВ по профилю, а отражает их большую деградацию в верхних горизонтах профиля. Во всех из проанализи рованных нами объектов, ГВ данной фракции присутствуют в органогенных горизонтах (подстилка, торф) и в составе ГВ пылеватых фракций из гумусово-аккумулятивных гори зонтов, что позволяет их отнести к продуктам гумификации органического материала in situ, неподвижным в профиле при промывном (периодически промывном) водном режиме.

0 0.2 0.4 0 0.03 0.06 0 0.01 0.02 D A А21 А21n 1 2 А22 А2B B1А 0 0.02 0.04 0 0.02 0 0.015 0. D A А21 5 А21n А22 А2B B1А2 ГВNaOH+Na4P2O7 NaOH+Na4P2O ГВ в составе NaOH Рис. 40. Распределение по профилю дерново-палево-подзолистой почвы ГВ хроматографических фракций (1-6) К компонентам реликтового гумуса относятся также ГВ 5 и 6 хроматографических фракций, растворимые в щелочном растворе пирофосфата Na и сохраняющиеся в нем, в отличие от Al-Fe-гумусовых соединений.

Почвы гумидных бореальных и тропических (субтропических) ландшафтов несопос тавимо различаются по литологии, биоклиматическим условиям и времени субаэрального развития. Преимущественно напочвенное поступление органического материала, как ос новного источника ГВ, окислительная гумификация в условиях промывного водного ре жима, в кислой и не насыщенной основаниями среде определяют в данных почвах, незави симо от других факторов почвообразования, гидрофильный состав ГВ, осуществляющих современный метаморфизм минеральной массы. В подзолистых Al-Fe-гумусовых почвах результатом деятельности ГВ являются горизонты Е и Bhf, в дерново-палево-подзолистой горизонт – А2 и А2n, в ферраллитных – конгруэнтное растворение каолинита и элювиаль но-иллювиальная дифференциация алюминия и железа, происходящая в пределах гумусо во-аккумулятивного и ферралитно-метаморфических горизонтов.

ГВ серых лесных почв со вторым гумусовым горизонтом Серые лесные и серые лесные почвы с ВГГ исследовались в траншеях (Т-97 и Т-98), заложенных на опытном поле Владимирского НИИСХ (г. Суздаль). Предложено три ос новных гипотезы происхождения ВГГ: погребение гумусово-аккумулятивных горизонтов дневных почв, формирование за счет иллювиирования ГВ и как нижняя часть гумусово аккумулятивного горизонта почв лугово-степного генезиса, деградировавшего под воздей ствием лесного почвообразования, (Алифанов, 1986;

Пономарева, 1980;

Драницин, 1914;

Александровский, 2002). По мнению Караваевой с соавт. (1984), ВГГ почв ополья относят ся к группе классического типа и представляют собой реликт темноцветного почвообразо вания в голоцене, сохранившийся и трансформирующийся in situ. Для Владимирского опо лья популярна точка зрения, что особенности почвообразования в этом районе связаны с мерзлотно-гидроморфными явлениями плейстоцен-голоценового возраста (Величко, Мо розова, 1984;

Макеев, Дубровина, 1990;

Алифанов, 1992;

Величко и др., 1996 и др.). Для данной территории характерны современные просадки (очевидно, карстовой природы) участков дневной поверхности диаметром от 1.5 до нескольких метров на глубину 60 100см.

б в а Рис. 41. Карман ВГГ (а), гумусово-глинистые кутаны (б), карбонатные новообразования (в);

Т- Характерным и обязательным компонентом профиля почв с ВГГ являются мощные гумусово-глинистые кутаны на поверхности магистральных трещин, отсутствующие в почвах без ВГГ (рис. 41, б). В серых лесных почвах на глубине 60-120см обязательно при сутствуют карбонатные новообразования в виде журавчиков (рис. 41, в), формирование которых относят к бореальному периоду (Рубцова, 1974). В минеральной массе покровно го суглинка под ВГГ карбонаты отсутствуют. Радиоуглеродное датирование журавчиков позволило определить временной интервал и вероятный механизм их образования (табл.

22). Датировки поверхности (8500±670 л.н.) и внутренней части (5650±80 л.н.) журавчиков говорят о начале их формирования в раннем голоцене и завершении в начале суббореаль ного периода. Более древний возраст материала с поверхности журавчика свидетельствует Для понимания генезиса глубокого кармана ВГГ особый интерес представляет по следняя, 6 фракция ГВ. По способности вступать в гидрофобные взаимодействия ГВ дан ной фракции аналогичны Al-Fe-гумусовым соединениям. Однако, если последним харак терны желтая окраска и "гидрофилизация" в присутствии пирофосфата натрия, ГВ 6 фрак ции ВГГ сохраняются в среде пирофосфата натрия и имеют насыщенный черный цвет (Е4:Е6=3.5).

В составе ГВ степных почв (черноземы, темно D каштановые) данная фракция ГВ присутствует, но ее содержание в 5-6 раз ниже, чем обнаруженное в составе 0. гумусовых веществ из ВГГ. Из всей совокупности про анализированных нами объектов, высоким содержани ем данной фракции обладают только ГВ из сапропеля бывшего озера Сахтыш, Ивановской области (рис. 47).

0. Преобладание в составе ГВ из ВГГ гидрофобных компонентов, образующихся in situ, неподвижных и ос тающихся в профиле на месте гумификации органиче ского материала, исключает гипотезу иллювиального генезиса гумусовых веществ в горизонте Ah. Радиоуг 1 2 3 4 5 леродные данные не подтверждают точку зрения о дан Рис. 47. Хроматограмма ГВ сапропе ля ных почвах как деградированных почвах лугово степного генезиса, образование которых связывается со смещением ландшафтных границ на обширной территории Восточной Европы от юга средней тайги до лесостепи включи тельно в период климатического максимума (Александровский, 2002).

Образование данных ГВ началось в условиях древнего голоцена (холодный климат, тундровый ландшафт, эрозионные и мерзлотные процессы), обуславливающих локальные специфические условия теплового и водного режима (Архангельская, 2003). Отдельные участки, приуроченные к понижениям рельефа, представляли преимущественные пути ми грации и водосброса поверхностной и внутрипочвенной влаги, что способствовало выще лачиванию карбонатов. Формирование гумусово-аккумулятивного горизонта, низ которого представляет ВГГ, происходило в условиях локального гидроморфизма, препятствующего минерализации органического вещества и приуроченного к понижениям рельефа и окру жающей его территории. Расположение глубокого кармана ВГГ в центральной части ареа ла почв с ВГГ указывает на взаимообусловленность, взаимосвязанность и даже единовре менность образования их ГВ. Локальное увеличение мощности гумусированной толщи мы связываем с наличием реликтовой западины (криогенного или карстового генезиса) и за полнением ее мелкоземом гумусово-аккумулятивных горизонтов из прилегающих к ней почв в результате эрозионных и седиментационных процессов. В настоящее время гидро фильные ГВ современного генезиса, мигрирующие с влагой по нижней части ВГГ (Шеин, Кириченко, Бутылкина, Буева, 2002), подвергают реликтовые компоненты гумуса "омоло жению" по механизму фрагментарного обновления (Фокин, 1975). "Омоложение" гумуса ВГГ может быть и следствием того, что по используемой методике датированию подвер гаются ГК в целом, содержащие в своем составе как современные, так и реликтовые ком поненты. Совершенствование приемов фракционирования ГВ с целью выделения и дати рования гидрофильных и гидрофобных фракций гумусовых веществ может существенно изменить наши представления о времени образования и устойчивости его компонентов.

Гумусовые вещества почв семиаридного климата Гидрофобно-гидрофильный состав ГВ почв семиаридного климата исследовался на объектах Курской (Стрелецкая степь), Воронежской (Каменная степь), Пензенской (Ост ровцовская степь) и Оренбургской областей. Аналитические данные по черноземам степей широко представлены в литературе (Вопросы травопольной системы земледелия, 1953;

Кононова, 1963;

Афанасьева, 1966;

Пономарева 1974;

Пономарева, Плотникова, 1968, 1977, 1980;

Щеглов, 2000, Кузнецова, 1967, 1988, 1989;

Русский чернозем, 1983;

Марголи на и др., 1988;

Самойлова и др., 1990;

Орлов и др., 1996;

Рыжова и др. 2003;

Травникова и др. 2003, 2005;

Чичагова, Рыжова, 2004). В публикациях (Шеин и др., 2003, 2003;

Русанов и др., 2005;

Милановский и др., 2005) приведена общая характеристика и гидрофобно гидрофильный состав ГВ черноземов и темно-каштановых почв Оренбургской области.

ГВ почв степных ландшафтов обладают аналогичным (рис. 48) почвам гумидных ландшафтов качественным составом гидрофобно-гидрофильных компонентов, что отража ет общий принцип процесса гумификации – отбор и накопление микробиологически и термодинамически устойчивых продуктов трансформации органического материала (Ган жара, Орлов, 1993;

Орлов, 1990).

Курск Воронеж Пенза Оренбург В(ВС) АВ А черноземы темно-каштановая Рис. 48. Хроматограммы ГВ почв семиаридного климата.

В гумусово-аккумулятивных горизонтах степных почв, для которых основным источ ником ГВ выступают продукты гумификации корневого отпада, в составе ГВ преобладают гидрофобные компоненты. Переход к метаморфическим горизонтам профиля сопровожда ется ростом доли гидрофильных ГВ. Распределение по профилю (рис. 49) относительного содержания гидрофильных и гидрофобных компонентов ГВ черноземов и каштановых почв повторяет характер распределения по профилю ГК и ФК (Пономарева, Плотникова, 1980). Нарастание континентальности климата с запада на восток проявляется в увеличе нии содержания гумуса в А1 (6.25% Сорг. в типичном черноземе Стрелецкой степи, 9.88% в обыкновенном черноземе Оренбургской обл.) и уменьшении мощности гумусово аккумулятивного горизонта. Аридизация климата способствует интенсивной химической минерализации и микробиологической утилизации гидрофильных ГВ, и в профиле темно каштановой почвы накапливаются гидрофобные продукты гумификации.

Курск Воронеж Пенза Оренбург 18 43 68 18 43 68 18 43 68 % 18 43 68 18 43 Глубина, см ххх гидрофильные ГВ филь гидрофобные ГВ фоб черноземы темно-каштановая Рис. 49. Относительное содержание суммы гидрофобных и гидрофильных компонентов ГВ в черноземах и тем но-каштановой почве Распределение содержания гидрофильных компонентов ГВ черноземов по профилю характеризуется как регрессивно-аккумулятивное - по абсолютному и элювиальное по от носительному содержанию (рис. 50).

0.3 D 0 0.06 0.12 0 0.1 0.2 0 0. 0 0.2 0. Глубина, см 0 30 60 0 15 30 0 20 40 % 0 15 Глубина, см 1 2 3 К урск Воронеж П енза О ренбург Рис. 50. Распределение по профилю черноземов ГВ в составе хроматографических фракций (1-4);

абсолютное (верх) и относительное содержание (низ) Максимум абсолютного и относительного содержания гидрофобных компонентов ГВ черноземов приурочен к средней части гумусово-аккумулятивного горизонта. В иллюви альных горизонтах профиля гидрофобные компоненты в составе ГВ находятся в следовых количествах, а ряде случаев отсутствуют полностью. Строгую приуроченность гидрофоб ных ГВ черноземов к гумусово-аккумулятивным горизонтам профиля мы рассматриваем как подтверждение гипотезы их формирования на месте при гумификации корневого отпа да. Тенденция к увеличению содержания гидрофобных ГВ с глубиной в пределах гумусо во-аккумулятивного горизонта может быть результатом двух процессов: абсолютного на копления при гумификации ОВ in situ и миграции данных компонентов ГВ по профилю.

Накопление в большей или меньшей степени гидрофобных компонентов в составе ГВ подстилок, торфа, ВГГ и почвах семиаридного климата ставит вопрос: какие почвенно физические условия, помимо гумификации органического материала на месте, обуславли вают формирование преимущественно гидрофобных соединений в составе ГВ почв? Об щая закономерность для гумусово-аккумулятивных горизонтов почв сопряженных ланд шафтов гумидного климата - увеличение содержания и гуматности гумуса с увеличением гидроморфизма почв. Преобладание восстановительных режимов, обусловленных избы точным увлажнением, в дерново-подзолистых и торфяных почвах сочетается с повышени ем содержания гумуса и увеличением отношения Сгк:Сфк. Гумификация ОВ в окисли тельных условиях способствует формированию и минерализации фульватного гумуса (Афанасьева и др., 1971;

Кауричев, Тарраринова, 1972;

Кауричев, Орлов, 1982;

Орлов, Саакян, 1987;

Зайдельман, 1998).

Дополнительная гумификация ГК в аэробных условиях приводит к снижению их обуглероженности и содержания ароматических структур. Анаэробная трансформация ГК под действием Clostridium вызывает их обуглероживание, ароматизацию и снижение со держание функциональных групп. В первую очередь анаэробами утилизируются алифати ческие структуры углеводно-полипептидной природы. Способность подгрупп бактерий трансформировать ГВ возрастает в следующем порядке: сахаролитические, протеолитиче ские, пуринолитические (Туев, 1989). В подзолистых и дерново-подзолистых почвах пре обладают сахаролитические Clostridium, для протеолитических, пуринолитических под групп наблюдается тенденция увеличения их количества с севера на юг (Емцев, 1982). Со вокупность приведенных фактов косвенно свидетельствует о процессах гидрофобизации ГВ в анаэробных условиях. Реинтерпретируя литературные данные с точки зрения форми рования амфифильных свойств ГВ, мы приходим к заключению, что образование преиму щественно гидрофильных или гидрофобных компонентов ГВ связано с гумификацией ор ганического материала, протекающей in situ в аэробных или анаэробных условиях (Виль ямс, 1936;

Гельцер, 1940;

Александрова, 1970, 1980;

Мирчинк, 1976;

Кравков, 1978;

Са мойлова и др., 1990;

Лыков и др., 2000).

Селективность микробиологической ути лизации амфифильных компонентов ГВ иллю D стрирует результат модельного эксперимента 0.2 (рис. 51). Образец чернозема (Оренбургская 2 обл.) при полевой влагоемкости инкубировали в аэробных и анаэробных (в атмосфере азота) 0. условиях. Аэробный вариант фактически со ответствует аэробно-анаэробным условиям за счет зон анаэробиоза внутри комочков почвы, Рис. 51. Хроматограммы ГВ обыкновенного чер образующихся при увлажнении.

нозема до (1) и после трех месяцев инкубации почвы в аэробных (2) и анаэробных (3) условиях Содержание углерода в образцах через три месяца инкубации составило 4,65% (аэробиоз) и 4,82% (анаэробиоз) при исходном со держании 5.29%. Хроматография ГВ показала в обоих вариантах уменьшение в их составе гидрофильных компонентов и накопление при анаэробиозе гидрофобных ГВ (3 фракция).

В анаэробных условиях замедленная минерализация ГВ сопровождается его консервацией и накоплением микробиологически устойчивых к дальнейшей трансформации гидрофоб ных компонентов.

Анализ микробной сукцессии, формирующейся в аэробных и анаэробных вариантах опыта, показал развитие мицелия микромицетов в условиях модельного анаэробиоза (По лянская, Милановский, Звягинцев, 2004). Биомасса мицелия грибов на 7-е сутки инкубиро вания составляла 12 мг на г почвы в аэробных и 10 мг/г в анаэробных условиях. Предло жено 3 гипотезы этого явления:

• Развитие микромицетов происходит за счет воздуха, остающегося в порах почвенных агрегатов. Данный механизм возможен, но, скорее всего, полная утилизация защемленного воздуха происходит на начальной стадии эксперимента, растирание агрегатов снижает, но не подавляет рост мицелия грибов.

• Физиологический механизм – способность части популяций микромицетов самостоя тельно осуществлять анаэробный "маршрут" химической трансформации органического субстрата.

• Экологический механизм. Развитие микромицетов в анаэробных условиях происхо дит в тесных симбиотических ассоциациях (Полянская, Полянский, Гейдебрехт, 2001) со способными к анаэробиозу бактериями и получением от последних недостающих метабо литов.

Природа анаэробиоза в избыточно увлажненных почвах очевидна. В почвах с перио дически промывным водным режимом, при общих окислительных условиях в профиле, существуют зоны устойчивого анаэробиоза, приуроченные к внутриагрегатному простран ству. Об этом свидетельствует дифференциация аэробных (на поверхности агрегатов) и анаэробных (внутри агрегата) микроорганизмов, измерения ОВП и концентрации кислоро да в агрегате (Мишустин, Шильникова, 1968;

Скриннер, 1979;

Кауричев, Орлов, 1982;

Звя гинцев, 1987;

Степанов, 1997;

Савич и др., 1999;

Возможности современных…, 2000). Во внутриагрегатном пространстве тормозятся процессы химической минерализации как све жего, так и гумифицированного ОВ, но происходит их анаэробная микробиологическая трансформация. В первую очередь, внутри агрегатного пространства бактериальным со обществом утилизируются гидрофильные, как наиболее доступные микроорганизмам, продукты гумификации и накапливаются термодинамически и микробиологически устой чивые гидрофобные ГВ.

ГВ гранулометрических фракций типичного чернозема Анализ ГВ гранулометрических фракций позволил установить природную дифферен циацию продуцентов и источников гидрофильных и гидрофобных компонентов ГВ. Состав гумуса гранулометрических фракций почв всегда отличает повышенная фульватность ОВ ила, по сравнению с гумусом пылеватых фракций (Грати и др., 1965;

Трофименко, Кизя ков, 1967;

Кузьмин, 1969;

Шаймухаметов, 1974;

Кожеков и др.,1977;

Травникова, Титова, 1978;

Степанов, 1981;

Хмелев, Танасиенко 1983;

Милановский, 1986;

Ванюшина, Травни кова, 2003 и др.). Широкая география этого явления (рис. 52), проявляющегося независимо регрессивно-аккумулятивным распределением углерода. В иле и коллоидной фракции со держание углерода близкое и постепенно уменьшается с глубиной. Наиболее обуглеро женной из гранулометрических фракций является мелкая пыль. На фоне прогрессивно аккумулятивного распределения углерода, на глубине 30-40см отмечается достоверный максимум накопления гумуса. Для данной глубины было отмечено увеличение Собщ. в исходной почве.

Относительное содержание углерода во фракциях 2 мкм снижается, а 2 мкм увеличи вается с глубиной. Более 70% от Собщ. в горизонтах В аккумулировано в иле.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.