Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ГУМУС И ПОЧВООБРАЗОВАНИЕ В МОЛОДЫХ ВУЛКАНИЧЕСКИХ И КРАСНЫХ ФЕРРАЛЛИТНЫХ ПОЧВАХ ГУМИДНЫХ СУБТРОПИКОВ (НА ПРИМЕРЕ ПОЧВ О.РАУЛЬ И О.НОРФОЛК, ЮГО-ЗАПАДНАЯ ОКЕАНИЯ)

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ГУМУС И ПОЧВООБРАЗОВАНИЕ В МОЛОДЫХ ВУЛКАНИЧЕСКИХ И КРАСНЫХ ФЕРРАЛЛИТНЫХ ПОЧВАХ ГУМИДНЫХ СУБТРОПИКОВ (НА ПРИМЕРЕ ПОЧВ О.РАУЛЬ И О.НОРФОЛК, ЮГО-ЗАПАДНАЯ ОКЕАНИЯ)"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВШНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Ы.В.ЛОМОНОСОВА

ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи УДК 631.417.2

ЫИЛАНОВСКИЙ'Евгений Юрьевич

17МУС И ШЧВООБРАЗОВАНИЕ В МОЛОДЫХ ВУЛКАНИЧЕСКИХ И КРАСНЫХ ФКРРАЛЛИШХ ПОЧВАХ ГУЩДНЫХ СУБТРОПИКОВ (на прииере почв о.Рауль и о.Норфолк, юго-западная Океания)

(Специальное!* 06.01.03 - почвоведение)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1988

Работа выполнена на кафедре химии почв факультета почвоведения Московского государственного университета ии.И.В.Ломоносова.

Научные руководители; доктор биологических наук, профессор Орлов Д.С. доктор географических наук Таргулвян Ё.О.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Розанов Б.г. кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Ганхара Н.ф.

Ведущее учреждение - Почвеикий институт ин.В.В.Докучаева.

Зашита состоится "2 ^ ^ 193 9 г. в 15 час.30 мин

в аудитории 11-2 специализированного совета К.053.05.7.16 в МГУ им. П.В.Ломоносова, адрес: 118899 Москва, ГСП, Ленинские горы, ШУ, факультет почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения 1117.

Автореферат разослан " " _;_ 193 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Мотуэова Г.В.

"... чей более широко в географической отношении будет изучен почвенный гумус, тем точнее, полнее и глубже будут наш знания о природе, свойствах и географических закономерностях образования гумуса" .

В.В.Пономарева

Актуальность. Сбережение и рациональное использование природных ресурсов нашей планеты рассматривается в настоящее время в рамках общепланетарных проблей. Особое место в этой аспекте занимают природные ресурсы гумидных тропических и субтропических областей. Недостаточно продуманная хозяйственная деятельность человека на практике показала ранимость и практическую невоспроизводимость тропических и субтропических экосистем в целом и почв, как их компонентов.

Существенный компонентом почв, во многом определяющим их генезис и плодородие, является гумус. Современный уровень знаний о закономерностях образования и распределения органического вецества по профилю, о составе и свойствах гумусовых кислот, их роли в почвообразовании в различных климатических зонах мира различен. Детально изучено органическое вещество почв умеренных шрот. Дочвы же гумидных тропических и субтропических областей изучались преимущественно в химико-минералогическом аспекте, а функция органического вещества в генезисе, эволюции и плодородии этих почв оставалась в тени. В то же время, процессы образования гумуса и результат его взаимодействия с минеральной частью являются мощным фактором,определяющим свойства и эволюцию тропических и субтропических почв (фа-гелер, 1935; Зонн, 1964,1986; фридланд, 1964; лаенож, 1973).

Изучение гумусообразования й характеристика гумуского состояния тропических и субтропических почв стали в ряду важнейших теоретических и прикладных задач, как г отношении биохиши почв и почво-

образовательных процесс! в, так ф^^у^цш илу'мл&я тропических и

субтропических экосистем, наиболее распространенных и интенсивно • используемых человеком (Денисов, 1971; Добровольский, Урусевскаи». ISB^y-'SancbeiVBuol, 1975t bal, Kang, 1932).

Цель работы заключается в выяснении закономерностей развития молодых вулканических и красных феррадлитных ночь гушищых субтропиков, формирующихся в сходных биоклиматических условиях, но резко различных со возрасту и:аочвообразущим породам, а также выявление современной роли гумусовых веществ в изменении состава и свойств -минеральной- массы.

- Основные задачи исследования: 1) характеристика-корфологических, химических и физико-химических свойств молодых вулканических и красных ферраллитных почв; 2) выяснение общих и специфических, обусловленных органическим веществен, современных механизмов почвообразования; 3) совершенствование условий фракционирования гумусовых кислот методом гель-фильтрации.

Научная новизна» ¿первые дана комплексная характеристика гумусовых веществ а минеральной массы вулканических, почв о.Рауль и ферраллитных почв о.Норфолк. Установлено сходство органического вещества вулканических и ферраллитных почв, обусловленное однотипным процессом гумификации, направленность и скорость которой определяют Оиоклиматические условия, разработаны приемы фракционирования гумусовых кислот методам гель-фильтрации, исключаюцие мекыоленуляр-ные взаакодеяствия молекул гумусовых кислот в процессе хроматографии.

.фактическая значимость. Работа является частью комплексных исследований, проводимых в СССР по ыеждународно« nporpatue."Человек и биосфера" (ГЛБ), проект Lí 7 'Экология и рай локальное использование островных экосистем". Материалы работы позволяют уточнить генетические особенности молодых вулканических и красных ферраллитных ночв гумидных субтропиков, содержат новые фактические данные для

развития теории гумификации и могут привлекаться, б связи с расми-ряюишися научно-техническими контактами СССР • с разв авающииис я. с траками при оценке почвенных ресурсов гуыудных субтропиков.

Апробация..Натериалы диссертации докладывались на Всесоюзной научной конференции "Современные кетода исследования почв" (Шзсква, 1983); на кафедре химии почв факультета почвоведени ¡1^(30.11.87).

Публикации. По теме диссертации опубликовано работ, получено 1 авторское свидетельство СССР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, глав, выводов, рекомендаций и приложения. Работа изложена на . /^страницах машинописного текста, содержит2-?* таблиц, £^ ри- :. сунков, ^ фотографий и 7 таблиц в приложении. Список литературы включает 2- 9О наименований, из них на иностранных языках*

Все экспериментальные данные по характеристике органического вещества, исследованию гранулометрического и минералогического состава получены автором самостоятельно. Общие анализы химических к физико-химических и физических свойств почв выполнялись в лабораториях Института географии АЛ СССР, Почвенного института им. В.В.До-куч&ева и ТСХА, сотрудникам которых автор выражает искреннюю бла-■ годарность.

ОБЪЕКТЫ И НЁХОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В основу работы положены иатериада, собранные В.О.Таргулъяном в экспедиции на ЕИС "Каллисто" в юго-западной части Тихого океана, на островах »оря Фиджи. Объектом исследование послужили молодые вулканические почвы о.Рауль (29°ю.ии, 173°з.д.) и красные феррал-литные почвы о.Норфолк 1(29°».ш., 1б8°в,д.). физико-географическая характеристика островов приведена в табл.1.

Почвы о.Рауль сформированы на азрально-пирокластических отводе влях современного генезиса; Общими чертами исследованных почв является; 1) маломощная подстилка из слабо- и среднеразложенного дре-

веского и листового опада; '¿) те иные, ыощше (20-30 си) гукусово- , аккумулятивные горизонт} 3) морфологически слабо выраженная элювиально-иллювиальная дифференциация профиля и отсутствие признаков ферраллитизацпи и оглинивания, связанные с молодостью данных почв.

Таблица 1

физико-географическая характеристика островов

Показатель о.Рауль о.Норфолк

Структура вулкан вулкан

Возраст 2 тыс.лет а-3 млн.лет

шчво образующие акдезитовые пемзы, ферраллитная кора вы-

породы пески, пеплы ветривания и продукты

Площадь, ки^ ее переотложения

¿9.25- 34.11

Максимальная-высота 516 318

над уровней моря, и

0 р е дне î-o дова я„т еы- + 18,6°С 19,3°С

пература, Си

Среднегодовое коли- 1453 1357

чество осадков, к«

Растительность субтропический iíoko- субтропический олиго-

доминантныа жестко- дошнантный жестколи-

листный лес с верти- стный лес

кальной зональностью

Взятые для исследования почвы приурочены к поясам вертикальной зональности, выделяемым по изменению растительности от переменно влажных редкоетвольных лесов с травяным локровоа (первый пояс леса, до 1¿0-170 и над ур.иоря) к влажным мертвопокровным леса« и кустарниковому криводесыо (второй до 470 н и третий, свыше 470 ы, пояс леса). Изменение биоклиматических условий отражается в морфологических показателях.-Почвы нижнего пояса леса (размеры 1-19, 1-25а) характеризуются текносерым цветом гумусово-аккумулятивных горизонтов с гумусом типа мулль и отсутствием морфологически выраженных иллювиальных горизонтов (строение профиля 01(02)-а1 -(в)-С). Гумусовые горизонты почв вто'рого (разрез 1-21) и третьего (разрез 1-18) поясов леса имеют коричневую и темнокорачневую окраску, гу-

-Ч-

кус мулль-модер; иллювиальное А1-?е -гумусовые горизонты диагностируются по кутанам на поверхности структурных отдельностей (строение профиля 01-Al-Bj^-C).

Объектами исследования красных ферраллитных почв о.Норфолк послужили 3 разреза лесных почв, развитых на ферраллитной коре выветривания (разрезы И-n, И-12) и продуктах ее переогложения- (разрез Т-14). Почвенный профиль характеризуются красный цветом, тяжелый гранулометрический составом, отсутствием или малый содержанием щебня коренных пород в верхних и средних горизонтах. В профиле выделяются: маломощная (2-3 cu) подстилка, ореховато-зернистый гумусово-аккумулятивный горизонт (до 20-30 см) с гумусом мулль, к серия однородных, подразделяемых по структуре и окраске ферраллитно-мета-морфических горизонтов. В последних морфологически не выражен внут рипрофильная миграционная дифференциация веществ и признаки оглее-ния. Строение профиля: 01^*.1-Во;х-<С),

Формирование гумусово-аккумулитивнах горизонтов почв о.Гаудь я Норфолк происходит под-пологом сомкнутых, вечнозеленых, преимущественно мертвопокровных лесов, я основным источником органического вецества почв служит круглогодично поступающий наземный древесный и листовой опад. Малая мощность подстилки в сочетании с.высокой общей биомассой опада (Родия, Базилевич, 1965} вaceña, igoo) свидетельствует об интенсивной трансформации растительных остатков.

Лабораторное исследование почв включало следущие методы: мяк-роморфологхческое описание образцов под бинокуляром; микроагрегатный я гранулометрическая состав - методом пипетки и на' Седиграфе 5000*, валовой химический состав, почв и гранулометрических фракция -ревтгенфдуоресценгнмм и химическим методом; рН водной а солевой суспензий почв - потенциомбтрическя со стеклянным электродом; поглощенные Са2*, Н+ и степень насыщенности.почв - по К.К.Гедрой-цу; содержание S102, А12°з и Ре2°з в 0ксала5Н°1 вытяжке - но Тан-

му; Содержание кеселикатних соедпнениЛ железа - по методу мера-Ддексона; минералогический состав фракций пили и ила - рентгендиф-рактометричееки на аппарате ЙРОК-^,0.

Ойцее содержанке углерода - методом Тюрина и на экспресс-анализаторе АН-7529; азота - по Кьельдалю; групповой и фракционный состав гумуса - по схеме Кононовой-БельчиковоЯ с дополнительным определением свободных гумусовых кислот и фракций 1а фульвокислот. Вы- . деление и анализ препаратов гумусовых кислот - по Орлову.

Гель-хроматография гумусовых кислот выполнялась на жидкостной хроматографе низкого давления (ЖВ-Црибора, Швеция). Для повышения качества фракционирования,.за счет разрушения ассоциатов молекул гумусовых кислот, в элдонт добавляли Л% додецилсульфата.натрия. Содержание Д и Ре I экстрактах гумусовых кислот и элюате определяли методой атоиноЯ абсорбции. *

РЕЗУЛЬТАТЫ И ЙХ ОБСУЖДШЕ 1 \ '

/ '

Характеристика молодых вулканических почв о.Рауль

Гранулометрический состав вулканических почв шлевато-иесчанып. В пеплах, не затронутых почвообразованием, ид отсутствует. Незначительное (3-7&) накопление илистой фракции обнаружено в гукусово-ак-хумулятивных горизонтах. Легкий гранулометрический состав ооеспечи-вает свободную водопроницаемость и дренаж профиля, а такке окислительную о остановку и вымывание раствориьаи: продуктов выветривания пеплов.

Почвы слабо кислые с высокий (50-67 иг-экв на 100 г) содержанием обменных катионов. С увеличением высоты заложения разреза в почвах отмечается рост гидролитической кислотности и снижение насыщенности основаниями

Валовой химический состав и характер энутрнпрофильаого распределения оке алатор ас творимых соединения железа, алюминия и- кремнезе-

-е- .

ма (ркс.1) свидетельствует о наличии двух процессов, обусловливаю-ЧИХ метаморфизм и профильную дифференциации минеральной кассы вулканических почв: на фоне тенденции к дести кади и профиля и относительного накопления алюминия и железа, их распределение по профилю имеет элювиально-иллювиальный характер. Степень вираненности данных процессов увеличивается с высотой в ряду почв вертикальной зональности.

Почва бргата гумусом (С^ 10-15%). Аморфный буро-коричневый гумус обволакивает и цементирует зерна скелета 1'умусовэ-аккумуля-Iивного горизонта и маскирует1 морфологические, признаки его оподзо-ленности. Распределение гумуса по профилю регрессивно-аккумулятивное. Насыщенность органического вещества вулканических почв кислородом, возрастающая вниз по профилю, обусловливает занижение резуль татов определения С0рГ методом Тэркна на 20-405 по сравнению с методой сухого скиганик в токе кислорода.

Обогащенность гумуса азотом низкая (с/у 16-20). Сужение величины показателя С/и в иллювиальных горизонтах до 4-6, очевидно связано с фиксацией минеральных соединений азота.

Групповой и фракционный состав гумуса вулканических почв ха- . рактериэуется: -

1) преобладание!; в профиле фу льв о кислот над гуминовы ми* кислотами, причем гуиатно-фульватный состав гумуса гуыусово-аккумулятив-ных горизонтов переходит в фудьватный - в элювиальных;

2) равномерным распределение« гумусовых кислот по фракциям -"свободных", связанных с и^о^ и'связанных с кальцием в гумусово- „ аккумулятивных горизонтах, и отсутствием гумусовых кислот, связанных с кальцием в иллювиальных горизонтах;

3) доминирующей в фракционном составе фульвокислот гумусово-аккумулятивных горизонтов и единственной - в иллювиальных являются кислоторастворимые фульвокислоты;

I О Ш 1У , У

48 18 гг 26 0 1 2 0 I 2 0 1

рис.1. Профильное распределение величин молекулярных отношений БЮг:А.1г0? (I), БЮг:Ре2о3 (Л) и содержания оксалатора-створиных соединений (Ш), (IV) и бю2 (V)

в почвах о.раулв.

4) ад кумулятивным, распределением по профили содержания Гумилевых кислог, и негидролизуемого остатка и элювиальную или эливиально-иллювиальаым распределением фульвокислот.

По совокупности перечисленных показателей гумус молодых вулканических почв о.Рауль аналогичен составу органического вещества под золистых Л1-Ре -гумусовых почв гуыидных ландшафтов умеренных шрот с аккуаулятивныи распределенлеи гуыуса по пробили.

Х^кинов^е кислоты вулканических почв обладают низкими значениями коэффициента экстянкции (Ь^ц^ .= 0.005). Увеличение Е-величин. гушановых кислот вниз по профилю не является следствием роста их бензоидности, а связано со светологлоцением Ре-фракции, аоооллтное и относительное, содержание которой в составе гуыиковых кислот увеличивается с глубиной. Элювиально-иллювиальное распределение Рефракции может служить дополнительным диагностическим признаком миграции компонентов гумуса по профил».

Гуминовые кислоты, по данным гель-фильтрации, содержат фракции с молекулярными ыассами>23-0, 21.9, Ю.8 и 6.8 тыс.дальтон. Преобладающими (по критерию светопоглощения) являются две, наиболее высокомолекулярные фракции. Колекулпрно-фракционкый состав гуминовых кислот по генетическим горизонтам профиля постоянен. В составе фуль вокислот гумусово-аккумулятивных горизонтов идентифицированы фракции, имеющие близкие с гумиковыми кислотами молекулярные параметры, но преобладают в мслекулярно-фракционном составе фульвокислот наиболее низкомолекулярных фракций. Ьолекулярно-фракционный состав Фульвокислот иллювиальных горизонтов сокращается до двух фракций с молекулярными массами 7500 и ьЗОО. Данные фракции относятся к "агрессивным", растворимы« в непосредственной '^зо^ вытяжке фуль-ввкислотам.

Алюмо-железо-гумусовые соединения в вулканических почвах представлены железо-гуминовыми и алюмо-железо-фульватными соединениями

(рис.;;). Насыщенность гушшовых кислот ке и, соответственно ! прочность закрепления максимальны в гуиусово-аккуыулятив-ном горизонте. С фульвокислота— ми железо частично аккумулируется в гуыусово-аккуиулятквном горизонте в составе высокомолекулярной фракции,-а ни грация алюминия и железа происходит совместно с низкоыолекулярными фракциями.

Материалы работы позволяют., нам представить генерализованную схему молодого почвообразования на аэрадьно-пирокластических отложениях в условиях гумидного субтропического кликата.

Совокупность явлений и показателей процессов, обусловливающих почвообразование,.подразделяется на две группы. Первую составляют свойства, обусловленные биоклиматическими условиями гумидных субтропиков и общие для всех лесных почв данного региона. К ним откосятся: интенсивный и высокоемкий биологический круговорот веществ; преимущественно напочвенное и круглогодичное поступление опада; интенсивная биохимическая и эоогенная трансформация опада без оторфо-вывания подстилки. Вторую группу составляют морфологические.» химические свойства, характерные для собственно вулканических почв. Это - мощные гумусово-аккуыулятявные горизонты с гумусом мудль-вд-дер, цементирующим далевато-песчаный мелкозем; элювиально-иллювиальное распределение к Р«2°5* происходящее на общем фоне ожелеэнения и.элиминирования почвенного профиля; аккумулятивное

0.5

ijgr)

0.01 0.03 (rr^-í

хСфк> Огк

10

30

50

Рис.2. Насыщенность гумусовых КИСЛОТ Al И Fes 1 -

2 " Sfe' 3 ' ^^

Т—1! Й

-1С-

распределение гуыуса, обменных катионов, гуккновых кисло* и элювиальное или элювиально-иллювиальное - агрессивных фульвоккслот.

Установленное сочетание свойств тесно связано с органопрофи-леь молодых.вулканических почв, формирование которого нам представляется следующий образом.

Начальная стадия формирования органопрофиля включает два параллельных пути трансформации растительных остатков: а) выбывание новообразованных гумусовых вецеств- нисходящий токок влаги из подстилки; б) транспорт и трансформация с участием почвенной фауны.и микрофлоры растительных' остатков в минеральных горизонтах профиля.

Оба варианта трансформации растительных остатков приводят к формированию двухкомпонентной системы гумусовых кислот.

При разложении растительных остатков в верхних горизонтах профиля, непосредственный контакт с минеральной частью, богатой основаниями, обеспечивает закрепление новообразованных гуыиновых кислот и высокомолекулярных фракция фулввокислот на месте образования в виде аморфной темно-коричневой массы, цементирующей мелкозем и ыаскирущей признаки оподзоленности гумусозо-аккумулятивного горизонта. Поступающие в минеральные горизонты профиля из подстилки органические соединения фульвокислотной природы образуют алюмо-желе- ■ зофудьватные соединения, растворимость которых по мере миграции по профилю снижается, что связано с сужением отношения концентрации органического вещества, находящегося в растворе к мобилизуемым ш железу и алюминию, а также со смещением. рН в сторону кенее кислых значений (по Цоноыареьой). Осаждаясь на поверхности структурных от-дельностей в виде коричневых кутан, алхшо-железо-фудьватше соединения определяют основные морфологические и химические свойства иллювиальных горизонтов.

Таким образом, профилефорикрующее действие гуминовшс кислот и фульвокислот противоположно, ¡.^миновые кислоты обусловливает био-

генно-аккуиулятиекый тип дифференциации минеральной массы профиля;,; фульвокислоты - элювиально-иллювиальную дифференциацию. ' *■

В рассматриваемом ряду почв вертикальной зональности в почвах., нижнего'пояса леса (разреза 1-19, Т-25а) максимально выражена бао-генно-ахкуыудятивная дифференциация профиля, для почв второго и третьего поясов леса (Т-21, Т-18) на биогенно-аккукулятивную дифференциацию накладывается злювиально-иллюгиалыщя.Поскольку гунид-■ номь климата является л ос то ян ни а признаком данных экосистем', то' при отсутствии поступления свежего пирокдастического материала, по мере выплачивания профиля процесс гумусовой аккумуляции на месте будет ослабевать, а иллювиально-гумусового оподзоливания - усиливаться.

Характеристика и свойства красных Д>ерраллиткых почв о.НооФода

ч

Глубокая выветрелость минеральной массы определяет специфику физико-химических показателей красных ферраллитных почв. В гумусо-во-акнумулятявных горизонтах реакция среды слабокислая, нейтральная. В ферраллитно-метаморфаческнх - величина актуальной и обменной кислотности увеличивается. Сумма обменных катионов высокая (¿0-70 мг-экв/ЮО г почвы), и представлена преимущественно обмеиаыыа кальцием и магнием* Резкое снижение содержания обменных катионов (до 12-16 мг-акв/100 г) в■ферраллитно-иеталорфических горизонтах, коррелирующее с распределением гумуса и с учетом низкой поглотительной способности минеральной массы, представленной каодишисом, свидетельствует об органической природе почвенного поглощающего комплекса. • ■ ¿•раыулометрич&ский состав почв - т яме до глинистый.' Сравнение результатов двух способов подготовки проб к гранулометрическому анализу (На^Р2о и ультразвук) показало высокую устойчивость круп-

но- и ореднепылеватых цикроагрегатов из г^усово-а ..умулят явных горизонтов, к обработке пироф ос фатой натрия»

Текстурная дифференциация красных ферраллиткых почв заключается в постепенно» увеличении ила с глубиной (при отсутствии признаков лессивака) и накоплении шдеватых фракций в гуыусово-ахяукула-тивньис горизонтах. Полная агрегированность глинистого мелкозеиа, а сочетания с высокой годолротаостхя ыякроагрегагов, схЭеспечжЬадт свободную водопроницаемость и дренах профиля, а такхе отсутствие у ою-вий,для'переувлаашения и огдееккя.

Валовой химический состав исследуемых почв характериэуетсв ввэ-ким содержанием ¿102 (32-37^) и высокий - э составе которых

а12°з (¿7-53?) несколько преобладает над Ке£°з (22-2ОД. Абишдакт содержание кремнезема и алхиинин возрастает, а делеза' к тагана -уменьшаетеп с глубиной, ьодекулярные отншаеаая ЕЮ^дцо^ в гуыу^ сово-аккумулятявных горизонтах составляв! 1»9-^.0, сухенде зелачеки дайиого показателя в ферраллатно-мета^ор<£д ческах горизонтах свидетельствует о наличии свободных соединений адюшшиа. Еахее объективными показателвки степени шветрелостм а джф^вреЕДи&щш кочвеа-ного профиля служат молекулярные отноаеяиаи ЕА-к&эф>ааа<£-атм, вычисленные с использованием титгша в качестве окисла свадзгйМЕ» Уменьаеиие величин титановых модулей от гукусово-ахк^мудятЕааш: к ферраллитно-кетоморфдчеекки горазоатаа к втр«№*ельшй ш.ч»ш Шг-коэффициентов (табд.2) свкдет&и>ствукт о здваиядытоа вышзлдчав&от профкхя. |

ПО степени выноса элементов ва кр»*

зонтов, па сравнешш с юс содержанием! в яскаввда породе» установлена следуиная послдадамтельаасть;--

* ч,

Са, Из > АЛ, за :» Г«^ ■

Таблица 2

Изменение по профилю величии ЕА-коэффициентов, %

Разрез И—11

Горизонт Глубина, 310, ■*■ СаО* * МвОх

1 ' 2 *п

0-3 -33 *34 '¡-14 •00 -95 01'8 1 -70

А1г 3-19 -30 -32 -14 +164 -49 ' -5 ■ -8

А1В 19-32 -21 -21 -10 +33 -33 +12 +11

В1 за-60 -1 -1 -1 +15 -7 +7 +6

вг 60-65 0 0 0 0 0 0 0

& Разрез И-12

>0-5 -12 -21 0 Т240 -86 +8 *"-61

5-16 -15 -22 -1 +65 -36 +6 -32

В1 16-35 -13 -19 0 +20 -6 -7 -31

вг 60-70 -9 -15 0 -7 -15 -5 -20

выветрелый щебень 0 0' 0 0 0 0 0

х) Для СаО и ИеО ¿¿-коэффициенты рассчитаны; 1 - по валовому содержанию , к - валовое содержание, минус содержание обменных

Форм.

Причину формирования текстурной и химической дифференциации профиля красных ферралхитных почв позволяют понят ьданные химического и минералогического анализа гранулометрических фракций.

Илистая фракция представлена слабоокристаллиэовашшм■каолинитом и характеризуется высокой химической и минералогической однородностью по профилю. В ней сосредоточен максимум относительного-{5 к фракции) к абсолютного (2 к почве) содержания алюминия и ярем-аеэега оЗцеа ферраллитной Хмакчес^ий и минералогический со-

став фракций шои дифференцирован: С уаеншением размера частиц и ъглузь по профилю в них возрастает содержание алюминия и кремнезема, а железа и тагана - уменьшается. Данные валового химического ¡состава гранулометрических фракции я закономерный характер измене-

■■ -1<г-

нин по профилю интенсивностей рефлексов на дифракционных картинах позволяют констатировать растворение каолинита, что обусловливает ' элювиальное распределение по профилю содержания алюминия и кремния в составе пылеватых фракций, а также ила. Более интенсивный _вынос алшиния и кремния, по сравнению с железом, приводит к относительному накоплению последнего в гу мус ово-аккунудят из них горизонтах в виде гематита и титаиоыагн етит а.

Дополнительно, посредством графиков, относительного обогащена»-обеднения гранулометрических фракций, установлено, что ва обцем фоне элювиального выноса алюминия, кремнезема и железа гумусово-акху-мулятивкые горизонты, за счет биогенного накопления обогащены данными элементами. Одна из форм накопления кремнезема представлена фитодитама, обнаруженными в составе золы подстилки* оиехатых фракциях. '

Красные ферраллитные почвы характеризуются очень высоким (8.5-11.52) содержанием ^ регрессивно-аккумулятивный р&спредеквп-ем углерода по профилю. По морфологическим и.аналитическим даякым органопрофиль.ферраллитшх почв подразделяется на две зоны* Органическое вещество первой зоны, совпадающей с гумусово-аккумулятивш-ми горизонтами, представлено иелюша растгтелы&ш* остатками, обугленными частицами и высокодксперсвьш гуцусом. Досдодай® пропитывает микроагрегаты, придавая кк вксокуп фазако-мехвкячесхуа jcreit-, чивость, сохрашшвдвсв после удаления квсвзикахщрго гадиза. Органическое вещество феррадхкхно-метаиор^ичесвжх горазоатоа Ервдажавлв^-но высокодясперснш! бесцветны« гукусоа, д<жвд,азоазвны,м, ц^-ашегайе®» венно, на поверхности стругсгурил отделил остей.

Органическое вещество сеЗдаоает в^солой «даиаыа мфтрншквазр» лярна2 окнсленноста, возрастающей, ot гукяйожо-ал1фау11яхиа1Ш: к фа^р-. ралллтЕО-меташрфаческгм горизонтам» ЧТО» приводит s занижению ge--зуды&тов определения углерода со методу Tagsutat sai 2.Q-4CEE na свал-

нению с данными содержанка углерода до количеству С02.

. Срк высокой абсолютной содержании азота (около 1%) обогащенное» гуиуса азотом низкая <С/Н>10). Ненасыщенность азотом органического вежесгза ,'челичивается' во профилю.

Х^укповоа и фра; ионный состав гумуса краевых ферраллитвых почв по основным показателям близок"к составу гумуса молодых вулканических почв о.Рауль: низкое содержание и регрессивно-аккумулятивное распределение гуыиновых кислот; прогрессивно-аккумулятивное по ас'-олвтноау л элювиальное по относительному содержанию распределение £ульвокислот; преобладание в составе фульвокислот фракция ево-бсиных и связанных с подвижными гуыатн о-^фу ль ватный состав

гумуса в гумусово-аккумулятивных горизонтах и фульватный - в фер-раллитно-метаморфичееких.

В составе гуминовых кислот красных ферр¿¿латных почв идентифицирована Ре-фракция. Отсутствие данного компонента гумуса в верхних минеральных горизонтах профиля и рост абсолютного и относительного содержания Ре-фракции вглубь по профилю, свидетельствуют о внутрипрофильаой миграции зеленого.пигмента.

^мнновые кислоты характеризуются низкими значениями коэффициентов экстинкцки, что свидетельствует о слабой гумификации органического вещества и преобладании в составе гушшовых кислот алифатических структур, насыщенных кислородом.

До данный гель-хроматографии гуминовые кислоты и фульвокисло-' ты содержат фракции с близкими молекулярными параметрами:

»гз.4<гг:,ФК). '¿"¡,з(гк,ск), м.г(гк), п.б(ск), 10«е(гк,Фк), .

7.7{ЙС?&0, Ь.9(ГК), с.т(Фл) тмо.дзльтои. Особенность гуминовых кислот заключается в преобладании в шс составе высокомолекулярных фракций в постоянство молекулярно-фракциоакого состава по генетически! горизонтам профиля. Среди фульвокислот преобладают низкомолекулярные фракции,. а молекул ярно-францион иыИ состав изменяется от

шести фракций в гу ыу сово-аккуиулягавном горизонте одной, наиболее низкомолекулярной фракции в ферраллитно-иетаиорфмческюс горизонтах. • ,

Превышение концентрации желеаа и алюниния в растворах .гумусовых кислот в 100 раз для Ре и 2-4 раза для ц до сравнений о растворимостью гидрокеида железа и гиббеята в щелочной среде свидетельствует о наличии адюмо-желеао-гумусовых соединений. Численные значения отношений А1/Сгк, 1Д./Сфк и ;»/Сгн - увеличиваются, а Ре/Йфк - уменьшаются вниз по профилю. Распределение содержания алюминия. ж железа по молекулярным фракциям гумусовых веществ гуыусово-аккунулятивнога горизонта разреза Т-14 приведено на ркс.З.

Рис.3, кривые элнирования А1 (1) и Ре (2) при гель-хроматографии гумусовых веществ; 3 - оптическая плотность злюата.

Понять механизм формирования органопрофиля красных ферраллит-ных почв позволяют результаты анализа органического вещества гранулометрических фракций. Наорфологические показатели органического

вещества ьо фракциях крупной и средней шли близкие. Единичные включения растителтщых остатков в данных фракциях обнаружены только в ■ верхних икнера'^рах горизонтах. Диффузный гумус диагностируется как по изменено цвета эрекций от буро-коричневого в гумусово-аккумуля-тивных горизонтах до серого - в ферраллитно-метаморфичееких, так и по способности к оструктуркванию - фракции шли, выделенные из гу-мусово-акнумуЛятивного горизонта, при высушивании образуют твердые мелкозернистые агрегаты, в то время как ниже по профилю агрегации " -или не наблюдается.

Во фракциях мелкой пыли и ила растительных остатков не обнаружено. .Охристо-коричневая окраска данных фракций не изменяется по профилю, фракции шли и ила из гумусово-аккумулятивкых горизонтов при высушивании полностью агрегируются в острогранные педа размером 1.0-1.5 Агрегация данных фракций из нлка^-. лащи.». горизонтов не наблюдалась, здесь фракции представляют пушистую, сыпучую массу.

V

\

\

-----

1 2 3 .-4

фракций

Рис.4. Распределение углерода ССлл ) по фракциям элементарных почвенных частиц, разрез И-11. Размер фракций: 1 -<0,001 мм, 2 - 6,001-0,005 , 3 - 0,005-0,01, 4 - 0,01-0,05; а) -.¿к фракции, б) - ^ к почве.

Уровень накопления высокодисперсного гукуса на фракциях отражает "степень сродства" органического вещества к минеральные состав ляющиы фракций. Повышенное содержание углерода во фракциях средней' и крупной шли (рис.4а) иы связываем с большей поглотительной способностью оксидов железа и.гиббеита, составляющих главный образом пылеватые- фракции по сравнению с илистой, представленной слабоокрис таллизованным каолинитом. В токе время, резко различный характер внутрипрофильного распределения углерода во фракциях - монотонно убывающий ^ иле и регрессивно-аккумулятивный во фракциях пыли (рис.46), свидетельствует о качественной разнице органического вещества данных фракций. Это подтверждают результаты группового состава гумуса, показавшие бимодальное распределение групп гумусовых кислот по гранулометрический фракциям (табл.3). ,

Таблица 3

- Групповой состав гумуса гранулометрических фракций (разрез 11-11) <S к общему углероду)

Размер фракции, MM Q Горизонт Глубина, см Собщ СГК Сфк Сгк V Ыегидро-лизуемый остаток

•С 0.001 АЦ 0-3 6.10 4.1 42.3 0.09 53.6

А1В 19-32 2.54 следы 29.9 - 70.1

В1 32-60 1.75 нет 40.0 - ео.о .

0.001-0.005 А1., О-В 9-39 9.6 24,5 о.зэ 65.9

0.Q05-0.01 А11 0-3 - 12.49 13.3 6.5 2.04 60.2

0.01-0.05 0-3 ' 14.72 27.4 12.9 2.12 59.7

Alg 3-19 12.34 20.3. 12.5, 1.6? 67.1

Щипковые кислоты аккумулируются в шлеватых фракциях, 80& от общего содеркаккя' фульвокаслот гу&усозо-аккуыуляткзного горизонта сосредоточено в фракции ила.

Таким образов, установленные состав и свойства органического всщества красных (уерралдитных почв - высокая стег.ень.окисленкости» преобладание в составе гумуса низкомолекулярных агрессивных фрак-

-ГЭ-

ций фульвокислот, наличие а люмо-аелеза-гумусовых соединений - позволяют ваи связывать установленную текстурную а химическую дифференциацию ферраллитной пассы с гумусово-кислотной агрессией. Но сути роль органического вещества в современном метаморфизме феррал-литной массы аналоги.да его функциям при оподзоливании, но разрушению подвергаются не иллит и разбухающие минералы, а каолинит и относительно накапливается не кремнезем кварца, а окристаллизованные формы железа и устойчивые титансодержащие минералы.

Сравнительный анализ показателей гумусного состояния молодых вулканических и коа^у (Ти>рралиитных почв

. Обобщенная характеристика органического вещества молодых вулканических почв о.Рауль и красных ферраллитных почв о.Норфолк представлена в табл.4.

Таблица 4

Показателе гумусаого состояния молодых вулканических и красных ферраллитвых почв

Признак

.о.Рауль

. о.Норфохк

Мощность подстилки

Содержание гумуса в XI

Профильное распределение гумуса в метровой толще

0богацепност1> азотом с/и

Степень гумификации органического вещества

Тип гумуса, Cj^ : Сфк

Содержание "свободных" гуюшовюс кислот, % в сумме гумияовых кислот

Содержание гумкновых кислот, связанных о Са, % к-сумме ГК

Содержание иегидродизуе-мого остатка, % к С0Й!5

Оптическая плотность гу-миновых кислот

Присутствие пигмента Ге в гуминовых кислотах

маломощвая очень высокое резко убывающее.

низкая средняя

гуматно-фульватный среднее

среднее

высокзо

низкая

да

маломощная очень высокое резко у быв stone е

низкая средняя

гуматно-фульватный среднее ■

среднее

высокое низкая. . да

-го-

Как следует из таблицы, органическое вещество молодых вулкани ческих почв и красных ферраллитных почв гумкдашх субтропиков на ка чественнок уровне неразличимо. Установленное сходство подтверждают данные элементного.состава гуминовых кислот и фульвокислот носледу екых почв (табл.5).

Таблица 5

Элементный состав гумусовых-кислог (атомные.%)

Остров, разрез Горизонт с Н н 0- Н/С О/С • с/н (Л

Рауль А11 ПС-1 34.85 36.31 2.46 26.37 1.04 0.75 14.1 +0.47

Т-18 ГК-2 32.28 39.38 2.37 26.96 1.22 0.80 13.6 +0*39

ФК-1- 31.87 36.47 2.03 29.82 1.14 0.93 15.7 +0.73

В ГВ* 24.58 41.53 1.53 32.31 1.69 1.31 15.5 +0.94

Норфолк га 30,52 43.86 2.04 23.56 1.43 0.77 14.9 +0.10

Т-14 ФК 29.42 37.80 1.30 81.47 1.28 1.06 22.6 +0.85

х) Гумусовые вещества, осаждаемые из раствора ори рН = 5.5

Гукиновые кислоты а фульвокислоты характеризуются слабой об~ углероженностью ш преобладанием алифатических структур, насыщенных кислородом, что определяет высокую степень их молекулярной окислен ности и гумуса в целом. Близость по элементному составу гуминовых кислот к фульвояислотам, обнаруженная ранее для гумусовых кислот почв Вьетнама (Нгуен Ты Сием, 1974), является, очевидно, отличительной особенностью процесса гумификации в условиях влажных тропиков и субтропиков.

Основным продуктом интенсивной (химической, микробиологической, зоогенной) трансформации растительных остатков в услозину влажного теплого климата являются низкомолекулярные органические .соединения фульвокислотной природы. Дри взаимодействии новообразованных фульвокислот с освобождающимися в результате гуыусо-кислот-ной агрессии, железом и(или) алюминием образуются более крупные, ■ по молекулярной масое, структуры типа: ФК. - металл - ФК. Подобные

соединения, утрачивая способность растворяться в разбавленных минеральных кислотах, составляют группу тупиковых кислот.

^___^ ' ВЫВОДЫ

1. Органйческое^эецество-иолодыхвулканических почв о.Рауль и красных ферраллитных почв о.Норфолк характеризуется:

а) очень высоким содержанием и регрессивно-аккумулятивным распределением гумуса по профилю;

б) высокой степенью внутримолекулярной окисленности, возрастающей по профилю от гумусово-аккумулятивных, соответственно, к иллювиальным и ферраллитно-метаморфическиы горизонтам;

в) низкой обогащенностыо гумуса азотом;,

/

г) гуматно-фулъватным составом гумуса при аккумулятивном распределении по профилю гучиповых кислот и негидрслиауемого остатка и элювиальном или элювиально-иллювиальном распределении.фульвокис-лот, в составе которых преобладает кислоторастворимая фракция;

д) слабым светопоглоцением гукиновых кислот; рост Е-величин гуминовых кислот вниз по профилю обусловлен увеличением относительного содержания в их составе Ре-фракции;

е) низкой степенью бензоидности гуминовых кислот и преобладанием в их составе алифатических структур, насыщенных кислородом;

ж) сходным (по числу компонентов и молекулярным параметрам) колекулнрно-фракдионным составом гумусовых кислот; таксономическим признаком гуминовых кислот служит преобладание в их составе высокомолекулярных фракций, а для фульвокислот - ниэкомолекулярких.

2-, Установлено сходство органического вещества молодых вулканических и красных ферраллитных и-ч?, отражающее единство процесса гумификации в лесных почвах гумядных субтропиков.

3. Показано, что морфологическая дифференциация профиля, агрегированное ть минеральной кассы гумусово-аккумулятивных горизонтов,

содержание обменных катионов и азота в почвах о.Раль, потенциально богатых способными к выветриванию минералами, и в почвах о.Норфолк, ферраллитный метаморфизм минеральной массы уже•реализован -функционально связаны с' органическим веществом. . _ ,4. Органическое вещество оказывает принципиально различное воздействие на минеральную ыассу почв-и процессы почвообразования молодых вулканических и красных ферраллитных почв: а) в молодых, вулканических почвах - оглиниваиие, десшшкация,и относительное У накопление железа и алюминия при их элювиально-иллювиальной дифференциации по профилю; 0) в красных ферраллиткых - разрушение каолинита и элювиальный вынос алюминия и кремвеземаи, как следствие, элювиальное распределение ила.

5.-Показано, что введение в элюирувдий буфер додец илсульфата натрия в количестве 1% при гель-хроматографии гумусовых кислот приводит к изменению характера их моле кул ярно-масс ов ого распределения, связанного с разрушением надмолекулярных структур гумусовых- кислот, образованных за-счет адгезионной и водородной связи.

. РЕКОМЕНДАЦИИ,

1. При определении содержания углерода в почвах гумидных субтропиков целесообразно применять метод сухого сжигания, учитывая количество выделяющегося диоксида углерода.

'г. При интерпретации значений коэффициентов акстиккции гуми- ' ... новых кислот необходимо учитывать вклад в суммарное светопоглоие-пие, обусловленный светопоглощением Ре-фракции.

3* Для раздельного определения минеральных соединения алюминия и алюминия, связанного с органический веществом, предложен метод предварительного отделения минеральных соединений алюминия путем гель-фильтрации через Сефадекс Г-10.

По материалам диссертации опубликованы-следующие работы:

1. Некоторые особенности гумусообразования в ферраллитнах почвах: тропическ/х островов Тихого океана // Тез.докл. У1 делегатского съезда ВОП, - Тбилиси, 1981.' - С .23.

2. Применение ионного детергента в гель-хроматографии гумусовых кислот почв // Почвоведение. - 1984. - Ш в. - С.14£т14б.

3. Способ фракционирования гуминовой кислоты // Авторское свидетельство СССР, Ш 1126877, 1984. .

4. Рель-хроматография в почвоведении - возможности и ограни-. ченкя метода // Современные физические и химические методы исследования почв. - Ы.: ИГУ, 1937. - С.94-118 (в соавторстве).

5. Ре -фракция и ^-величины гуминовых кислот вулканических почв гумидных субтропиков // Почвоведение. - 1983. -

Подписана к печати Л-М7?5Чорыат 60*90/16. Усл. веч. л. 1,5~ Уч.-нзо. л. О ТерЗаказ Ы> {^ЯО

Ордене *3нак Почета"иадагалс-гво Московского университета. Ю3009, Москва, ул. Герцена, 5/7. Типография ордена 'Знак Поадта" и.чоательстьв МГУ. 119899. Мискав. Ленинские гори.