Geum.ru

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

Вид материалаАвтореферат диссертации

Содержание


4.1 Режим влажности.
4.2 Динамика окислительно-восстановительного потенциала E
5.1 Критические значения показателя парциального давления водорода rH для характеристики оглеенных горизонтов.
5.2 Химический состав почв и растворимость оксидов железа.
5.3 Критерий Швертмана и критерий оглеения Водяницкого. Критерий Швертмана
Таблица 4.Валовой химический состав почв
Горизонт, глубона
Подобный материал:
1   2   3   4
Глава 4. Режимы почв

4.1 Режим влажности. Исследования полевой влажности раскрывают существенные отличия в степени гидроморфизма почв, сформировавшихся на различных элементах.

Максимальные значения полевой влажности наблюдаются весной после снеготаяния (апрель-май) в слое 0-30 см. При этом влажность почвы превышает значения наименьшей влагоемкости (НВ) не только в оглеенных, но и в неоглеенных почвах. Полная влагоемкость (ПВ) наблюдаются в темногумусово-глеевой почве и перегнойно-гумусово-глеевой почвы катены Соболи (разр.64, 65) в апреле и мае, а также в катене Орлы в темногумусово-глеевой почве (разр.73) в апреле. Минимальная влажность наблюдается в летние месяцы.

В неоглеенных и слабоглееватых вариантах полевая влажность почвы наиболее динамична в верхних слоях (до 50см), в связи с тем, что вода атмосферных осадков глубже не успевает просачиваться, и происходит ее горизонтальная миграция благодаря внутрипочвенному стоку с повышенных элементов рельефа к пониженным.

Временное избыточное увлажнение почв способствует развитию процессов оглеения на пониженных элементах рельефа и определяет дифференциацию почв по химическому составу

4.2 Динамика окислительно-восстановительного потенциала EН, pH и температуры. Анализ данных по динамике EН (рис. 1) характеризует специфику изменения этого показателя во времени в изучаемых автоморфных и гидроморфных почвах.

Почвы на делювиальных отложениях с проявлением временного избыточного переувлажнения (темно-гумусово-глеевая почва, перегнойно-гумусово-глеевая почва, катена Соболи, темно-гумусово-глеевая почва, катена Орлы) характеризуются заметным развитием сезонных восстановительных процессов. Водный режим почв накладывает отпечаток на сезонные изменения редокс-потенциала глеевых горизонтов, причем проявление этих изменений тесно увязано со степенью гидроморфизма.

Данные по динамике рН показывают, варьирование в пределах 0,5…1,0 единиц, каких-либо закономерностей изменения рН в зависимости от влажности почвы не прослеживается во всех вариантах. Более высокие значения рН в почвах пониженных элементов рельефа могут быть объяснены аккумуляцией гидрокарбонатов.

Динамика температуры почвы тесно связана с изменением температуры воздуха. Внутри катен колебания температуры почвы носят однозначный синхронный характер как в сравнении по разрезам, так и по горизонтам.


Глава 5. Оксидогенез и редуктогенез железа в почвах.

5.1 Критические значения показателя парциального давления водорода rH для характеристики оглеенных горизонтов. Классификационное значение имеют те редокс-реакции, которые выполняют диагностическую, морфологическую функцию, то есть редукция Fe(OH)3. В качестве критического значения в Международной базе почвенных данных (Word reference…, 1998) для выделения глеесолей и стагносолей, принято rHкрит =19, полученное для редукции Fe(OH)3.

Примем, что бурые горизонты характеризуются высоким содержанием условного красного пигмента Hem усл > 0.1, а сизые оглеенные – низким < 0.1. Как видно из табл.2, бурые и сизые горизонты во всех трех катенах при использовании средних rHср различаются несущественно, значения t-критерия, различия усредненных средних низкие и варьируют от 0.3 до 2.1.





А





Б





В


Рисунок 1. А-Динамика EH в агробуроземе, катена Соболи, Б-Динамика EH в темногумусово-глеевой почве, катена Соболи, В-Динамика EH в перегнойно-гумусово-глеевой почве, катена Соболи.


Усредненные средние значения парциального давления водорода оглеенных горизонтов по двум катенам составляют: 30.4; 31.4 (Орлы) и 29.2(Соболи). Они значительно выше величины, рассчитанной для редукции Fe(III) (rHср =19).


Таблица 2. Величины средних величин парциального давления водорода rHср в горизонтах почв с разным содержанием условного красного пигмента Hemусл

Катена
Бурые горизонты

(Hem усл > 0.1)
Сред-нее
Сизые и темные горизонты

(Hem усл < 0.1)
Сред-

нее
t-критерий

Орлы
PU(30.3) C(31.3) PY(32.7) BM(32.0) Bg(31.8)

31.6
AU(31.8) G(31.0)

31.4

0.3

Соболи
EL(30.8) BELg(31.9) Bg(31.6) PY(32.0) BM(31.8)

31.6
PY(30.0) PYg(31.6) AU(31.1) G(31.2) H(29.7) AU(23.2) G(27.4)

29.2

2.1


Выборка сизых и темных горизонтов по величине rHмин катены Соболи (табл. 3) оказалась неоднородной. У большей части оглеенных горизонтов величина парциального давления водорода rHмин варьирует от 23.5 до 28.8, составляя в среднем 26.1. Величина t-критерия различия средних бурых и данных сизых горизонтов (1.5) не достоверна при Р = 0.95. Но кроме того выявлена небольшая группа оглеенных горизонтов, где rHмин опускается до 10.3-16.2. Эти два оглеенных горизонта AU и G явно отличаются по значению редокс-потенциала rHмин, что и подтверждается статистическим расчетом. Величина t-критерия достигает 4.8 для пары неоглеенные и оглеенные горизонты и достоверно при Р = 0.95.


Таблица 3. Величины минимальных величин парциального давления водорода rHмин в горизонтах почв с разным содержанием условного красного пигмента Hemусл

Катена
Бурые горизонты

(Hem усл > 0.1)
Сред-

нее
Сизые и темные горизонты

(Hem усл < 0.1)
Среднее
t-критерий
Индекс сизого горизонта

Орлы
PU(27.1) C(29.6) PY(29.5) BM(29.0) Bg(28.1)

28.7
AU(29.2) G(24.8)

27.0

0.7

df

Соболи
EL(26.9) BELg(27.0) Bg(25.8) PY(30.7) BM(29.4)

28.0
PY(26.7) PYg(26.3) AU(25.2) G(28.8) H(23.5)

26.1

1.5

df

AU(10.3) G(16.2)
13.2
4.8*
r

* Достоверно при Р 0.95

Таким образом, принятый подход использования при свертке режимной информации средних значений rH оказывается не эффективным при различении оглеенных и неоглеенных горизонтов. Связано это с тем, что в лесных почвах глей образуется непостоянно, а только в периоды снижения парциального давления водорода, тогда как при небольшом подъеме rH сохраняет свой оглеенный облик. В то же время, минимальные значения парциального давления водорода rHмин лучше различают гидроморфные горизонты от автоморфных.

5.2 Химический состав почв и растворимость оксидов железа. Анализ данных валового химического состава почв на элювии пермских красноцветных отложений (табл. 4) подтверждает данные Добровольского (1992) и показывает, что они отличаются от почв центра Русской равнины ( Тонконогов, 1999) большим содержанием валового железа (6,3-10,7), алюминия (13,8-15,2%), марганца (0,12-0,3%), при меньшем содержании кремния (60,01-65,02%).

Особенностью оглеенных почв является существенное накопления соединений железа и марганца в поверхностных горизонтах почвенного профиля (темно-гумусово-глеевая почва, перегнойно-гумусово-глеевая почва, катена Соболи, темно-гумусово-глеевая почва, катена Орлы). Содержание Fe может достигать от 4,6% в перегнойно-гумусово-глеевой почве катены Соболи (гор. А) до 6,5% в темногумусово-глеевой почве катены Соболи (гор Вg), а марганца от 0,16 в темногумусово-глеевой почве (гор Вg) до 0,23 в перегнойно-гумусово-глеевой почве (гор. А).

Как видно из таблицы 5 окристализованные формы железа [Fe2O3)дит–(Fe2O3)окс] преобладают над аморфными (Fe2O3)окс. Содержание аморфных форм Fe2O3окс невысокое: 0,1…0,7% в почвах катены Соболи, 0,1…0,5% в почвах катены Орлы.

При подсчете доли свободных соединений железа Feдит/Feвал выявляется, что степень развития оксидогенеза железа в изучаемых почвах характеризуется от умеренно низкой до умеренно высокой.

5.3 Критерий Швертмана и критерий оглеения Водяницкого. Критерий Швертмана представляет собой отношение оксалаторастворимого железа к дитиониторастворимому при параллельной схеме обработки: КШ = Feокс : Feдит(парал) (Schwertmann 1988). Его рекомендуют использовать во всем Мире как критерий гидроморфизма почв. Обычно чувствительность критерия к переувлажнению почв объясняют увеличением доли аморфных соединений Fe (Зонн, 1982).

Но высокие значения критерия Швертмана, характерные для оглеенных почв, увеличением доли аморфных соединений объяснить нельзя. Микробиологи (Munch, Ottow, 1980, Roden, Zachara, 1996, Zachara et al, 1998) доказали, что в закрытой системе в первую очередь редуцируются как раз аморфные соединения Fe(III). Следовательно, доля рентгеноаморфных гидроксидов железа снижается, что приводит к относительному накоплению в оглеенных почвах устойчивых кристаллических соединений Fe(III). Этот установленный микробиологами факт четко подтверждается данными мессбауэровской спектроскопии почв (Бабанин и др, 1995., Favre et al, 2002). Согласно им по мере развития переувлажнения средние размеры кристаллов (и степень кристалличности) гидроксидов железа в мелкоземе и конкрециях увеличиваются. Такая закономерность прослеживается в почвах разных регионов Русской равнины и других регионов Мира.


Таблица 4.Валовой химический состав почв, %

Горизонт, глубона
Na2O
MgO
Al2O3
SiO2
P2O5
K2O
CaO
TiO2
Cr2O3
MnO
Fe2O3

Р-71 Агролитозем-темногумусовый, катена Орлы

PU 0-25



2,53
11,20
56,45
0,07
1,54
5,77
0,78
0,01
0,21
6,26

СCa 25 и>
0,02
0,85
5,65
25,85
0,05
0,51
34,5
0,22
0,005
0,12
2,48

Р-72 Агробурозем, катена Орлы

PY 0-29
0,89
3,26
13,81
65,02
0,10
1,68
1,33
0,95
0,02
0,16
6,93

ВM1 29-40
0,80
3,83
14,13
63,22
0,04
1,58
1,68
0,92
0,03
0,12
8,61

ВM2 40-70
1,37
4,35
14,83
60,01
0,03
1,26
1,74
0,98
0,04
0,20
10,40

ВС 70-110
0,91
4,43
15,18
61,16
0,10
1,10
1,98
0,98
0,02
0,27
10,51

С 110-130
0,90
4,74
14,63
61,40
0,09
1,22
2,07
1,00
0,02
0,14
10,67

Р-73 Темно-гумусово-глеевая почва, катена Орлы

АU 2-30
0,40
2,43
12,80
62,01
0,23
1,41
2,65
0,87
0,02
0,06
5,46

ВTg 30-45
1,054
2,75
14,64
68,71
0,11
1,58
1,29
0,87
0,03
0,07
5,07

G 45-59
0,71
2,86
14,73
66,97
0,11
1,56
1,59
0,91
0,02
0,09
5,86

BT 59-71
0.66
2.92
14.26
66.18
0.08
1,66
1,40
0,91
0,02
0,10
6,49

C1105-120
0,83
3,84
14,62
63,46
0,11
1,34
1,53
0,95
0,02
0,25
9,73

C2120-140
1,08
2,87
13,58
67,46
0,10
1,78
1,39
0,92
0,02
0,11
6,39

Р-61 Агродерново-подзолистая почва, катена Соболи

PY 0-29
1,01
2,10
13,13
72,91
0,21
1,66
0,94
0,84
0,02
0,11
4,20

EL 29-40
1,15
2,25
12,17
73,30
0,07
1,74
0,85
0,84
0,02
0,08
4,20

ВT1 60-90
0,93
3,06
14,22
66,41
0,08
1,78
1,01
0,81
0,02
0,12
6,50

С 140-150
1,25
3,43
13,75
66,47
0,09
1,77
1,21
0,81
0,03
0,12
6,42

Р-62 Агродерново-подзолистая глееватая почва, катена Соболи

PYg 0-30
1,33
2,36
13,69
69,39
0,19
1,78
1,06
0,85
0,02
0,11
4,99

BELg 30-50
0,96
2,63
14,38
68,44
0,05
1,75
1,05
0,87
0,03
0,07
6,01

ВT1 50-70
0,99
2,80
13,21
68,54
0,09
1,75
1,09
0,81
0,03
0,15
6,32

С 140-160
0,97
3,22
13,62
62,39
0,08
1,41
1,31
0,73
0,03
0,09
7,14

Р-63 Агробурозем, катена Соболи

PY 0-30
1,05
3,68
14,01
62,42
0,12
1,41
1,54
0,77
0,02
0,14
7,19

ВM1 30-49
1,95
4,65
14,95
62,05
0,03
1,37
1,64
0,78
0,03
0,11
7,77

ВM2 49-74
0,97
5,19
14,21
61,59
0,10
1,44
1,51
0,84
0,03
0,12
10,67

ВС 74-91
1,76
4,85
13,96
64,91
0,06
0,98
1,77
0,77
0,02
0,23
6,71

С 100-140
2,36
4,33
14,01
63,29
0,05
1,12
1,73
0,70
0,02
0,13
7,25

Р-64 Темно-гумусово-глеевая почва, катена Соболи

АU 5-31
1,14
3,03
13,41
65,14
0,20
1,47
1,96
0,79
0,03
0,16
6,10

Вg 31-52
1,47
3,11
12,34
67,67
0,12
1,63
1,69
0,81
0,02
0,15
6,53

G 52-79
1,04
2,75
13,61
66,24
0,19
1,69
1,98
0,79
0,02
0,14
5,70

C 120-130
1,65
3,57
14,11
66,56
0,09
1,70
1,37
0,80
0,02
0,11
6,29

Р-65 Перегнойно-гумусово-глеевая почва, катена Соболи

А 2-33
0,82
1,59
9,83
44,02
0,39
1,07
5,75
0,64
0,02
0,23
4,59

G 33-56
0,76
2,07
13,86
66,34
0,16
1,52
2,53
0,80
0,02
0,07
6,41

Bg 56-80
0,85
2,83
14,47
65,70
0,12
1,44
1,79
0,83
0,02
0,07
6,54

Таким образом, должны быть другие причины увеличения отношения Feокс : Feдит в оглеенных горизонтах. Одна из причин кроется в высокой чувствительности оксалата аммония к присутствию Fe(II), которое каталитически ускоряет растворение Fe(III)-(гидр)оксидов (Водяницкий, 2001, Водяницкий, 2003, Rhoton, et al, 1981). Этим же объясняется нарушение условия КШ ≤ 1, когда явно фиксируется не аддитивность вытяжки Тамма, как экстрагента доли тонких и неупорядоченных Fe(III)-(гидр)оксидов от всех Fe(III)-(гидр)оксидов. Не аддитивность ярко проявляется, если в почве много Fe(II)-минералов, которые могут настолько завышать экстрагирующую способность реактива Тамма, что она превышает действие реактива Мера-Джексона.

Источником ошибки критерия Швертмана может быть и выпадение в осадок Fe(II)-оксалата в ходе обработки почвы по Тамму (Водяницкий, 2007).

Дисбаланс в содержании железа при разных схемах фракционирования. Ожидаемое примерное равенство экстракций, то есть ΔFe = ±0.1%, наблюдается редко.

При последовательной схеме после обработки оксалатом аммония реактив Мера-Джексона из многих почв извлекает сравнительно мало железа (табл. 5). В результате для большинства образцов наблюдается неравенство: ΔFe = [Feдит(парал) - (Feокс + Feдит(посл))] > 0. Размеры несогласия двух методик варьируют: величина ΔFe колеблется от -0.12 до 0.66% в разрезах катены Орлы и колеблется от 0.09 до 0.79% в разрезах катены Соболи.

Вероятная причина положительного дисбаланса – образование в ходе экстракции железа реактивом Тамма осадка Fe(II)-оксалата (Водяницкий, 2007). Гипотеза об образовании Fe(II)-оксалата согласуется с опытом, где установлено новообразование Zn(II)-оксалата. После обработки почвы кислым оксалатом аммония по данным синхротронного рентгеновского анализа образуется значительное количество оксалата Zn(II), включающего до половины валового цинка (Scheinost, et al, 2002). Отмечается также образование вторичных слаборастворимых оксалатов Fe, Al и Ca (Pickering, 1986). Следовательно, есть основание полагать, что положительная величина ΔFe характеризует снижение эффективности реактива Тамма: в остатке почвы сохраняются трудно не полностью растворимые дитионитом новообразованные соединения железа, вероятно, FeС2О4*2Н2О.

Критерий Водяницкого. Выявить влияние всех факторов, определяющих причину дисбаланса в содержании железа в почвах разного генезиса, не представляется возможным. Это исключает внесение поправки в величину Feокс. Но для целей группировки важно, чтобы варьирование диагностического показателя не выходило за жесткие рамки, например, от 0 до 1. Поэтому Ю.Н. Водяницкий (2007) предложил новый критерий оглеения КВ, отражающий долю оксалаторастворимых соединений железа от суммы всех свободных, который выражается так:

КВ = Feокс : [Feокс + Feдит(послед)].

Новый критерий по своей структуре не способен выйти за указанные рамки. Ю.Н. Водяницким дана градация гидроморфизма почв на основании критерия КВ:

Гидроморфизм
Кв

Отсутствует
<0.15

Слабый
0,15-0,30

Средний
0,30-0,45

Сильный
0,45-0,60

Очень сильный
>0,60