Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ИЛИСТОГО КОМПОНЕНТА ПОЧВ СТЕПНЫХ ЛАНДШАФТОВ

ВАК РФ 04.00.03, Биогеохимия

Автореферат диссертации по теме "ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ИЛИСТОГО КОМПОНЕНТА ПОЧВ СТЕПНЫХ ЛАНДШАФТОВ"



МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ЛЕШКА, ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ И ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛКЦИИ УНИВЕРСИТЕТ ИМНМ Н.В.ЛОМОНОСОВА

Факультет почвоведения

,-■ ■ - на правах рукописи

АЛЕКСЕЕВА ТАТЬЯНА ВЖТОРОВНА

ГЕОХШвНЕСКИВ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ИЛИСТОГО КОШОНЕНТА ПОЧВ СТЕПНЫХ ЛАНДШАФТОВ

/04.00.03 -биогеохимия /

А в тореферат на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1992

Работа выполнена в лаборатории геохимии и минералогии почв Института почвоведения и фотосинтеза РАН

Научные руководители; доктор биологических наук,

профессор Е.М.Самойлова

рандидат биологических наук Б.Г.Моргун

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Т.А.Соколова

! ■ ,

^ /доктор сельскохозяйственных наук

В.П.Градусов

Ведущее учреждение: Тимирязевская сельскохозяйственная ~

академия ■ ■ ■

Защита состоятся " 50 " о^ту^ц-й- 1992 г. в -(У час на заседании Специализированного совета Д053.05.57 в МГУ им. М.В.Ломоносова в аудитории М-2

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ

^ Автореферат разослан " 23> " 1995 года

■ 'Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании Специализированного совета Д053.05.57 в МГУ иь. М.В.Ломоносова, , а отзывы на автореферат в 2-х .экземплярах просим направлять по адресу: 119899. Москва, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения, Ученый совет, , ■ ""

Ученый секретарь специализированного совета

Агапкина Г.И.

Актуальность работы.Поведение глинистых минералов в почвах привлекает внимание исследователей как с точки зрения фундаментальных вопросов генезиса и классификации почв, так и 8 связи с их хозяйственным использованием.Накоплен обширный литературный материал, позволяющий представить основные тенденции в поведении глинистых минералов в породах' и почвах различных почвенно-климатических зон, в том числе степной зоны.Чаще всего эти исследования, проводимые в природных и модельных условиях, рассматривают формирование илистого компонента лишь как результат процессов, протекающих в профиле почвы,что не всегда исчерпывает весь* сложный комплекс явлений, имещий место в природных условиях. Цель настоящей работы состояла в выяснении биогеохимических закономерностей формирования состояния илистого компоненте почв степной зоны.Исследования базировались на сопряженном анализе объектов • с различным уровнем организации - геохимический ландшафт, почвенный профиль, почвенный агрегат, минерал. Задачи исследования : I) изучение биогеохимических закономерностей формирования состава почвенных растворов и оценка направленности преобразования глинистых минералов; г) изучение процессов формирования минералогического состава илистой фракции почв в различных- ландаафтао- биогеохимических условиях степной зоны; 3) выяснение роли геохимического сопряжения в формировании состояния илистого компонента почв; 4) изучение особенностей микроорганизации тонкодисперсного материала почв и почвообразущих пород в зависимости от биогеохимических- условий.

Научная новизна.Впервые использован ландвафтно-геохямический подход в трактовке генезиса глинистых минералов степных почв.Изучены геохимические условия и проведен детальный анализ илистой фракции в различных компонентах степного ландшафта:почвообразущих породах, почвах, донных отложениях.Предложено понятие "состояние илистого' компонента почвн.Показано.что состояние обусловлено,в частности,геохимическими условиями.Под влиянием этих условий формируются различные типы распределения смэктитового компонента по про-'Филям почв: регрессивно-элювиальный, слабодифференцированный,сло-кный. Установлено, что микроорганизация тонко дисперсного.материала определяется генезисом почвообраэуюцих пород,геоморфологическим положением почвы в ландшафте,положением в почвенном профиле.. Апробация.Материалы и результаты работы доложены на Всесоюзной конференции по кристаллографии (ЛГУ,1986>;иа ВсесозноЙ конферен-

ЦЕНТРАЛЬНАЯ НАУЧНАЯ

StecK.ce/ ; - - ^лдвмми

ции молодых ученых (Пушно, 1988);на 9-ом Международном симпозиуме по биогеохимии окружающей среда (ISEB ¡Москва,1989);на Всесоюзной конференции "Fe-конкрвции в почвах. Состав, генезис,строение" (Тбилиси,1990);на XI Европейском Симпозиуме по изучению гадких включений (ECROFI XI,Италия,I991),на 7 международной конференции по изучению глин (Euroôlay'91»Дрезден),на международном совещании "Метода изучения взаимоотношения почвенная структура - почвенная Сиота" (Wagtnlngen, ' 1991 ) ;а также- были опубликована в трудах Совещания по изучению разбухающих почв (Индия, 1988);9-ой международной конференции по изучению глин (9-th int.ciay -Conferenoe, Франция, 1999 ).

Публикации.По результатам исследования опубликовано 18 работ. Структура и объем работы.Диссертация состоит из введения,5 глав, заключения, выводов, приложения и списка литература.Работа изложена на 188 страницах машинописного текста, включает 2Г таблицу и 22 рисунка.Список литературы содержит 178 наименований, в том числе 48 на иностранных языках.

Работа представляет итог 10-летних исследований автора,выполненные в лаборатории геохимии и минералогии почв Института почвоведения и фотосинтеза АН СССР и полевых исследований в Ставропольском imae.Автор с благодарностью помнит о своих учителях -сотрудниках кафедры кристаллографии Санкт-Петербургского университета. Автор сердечно благодарит научных руководителей - профессора МГУ Е.М.Самойлову и заведующего лабораторией Е.Г.Моргуна за помощь в постановке задачи, выборе объект а, консультант и советы в ходе проведения экспершента, обобщения данных и 'подготовки текста днесертации,Автор благодарит зав. каф. почвоведения Ставропольского СХИ, В.И.Тюльпанова, коллег - соавторов опубликованных "работ, участвовавших в аппаратурном обеспечении исследований и. экспедиционных работах. ;

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.' I .ПРОИСХОЖДЕНИЕ ГЛИНИСТЫХ МИНЕРАЛОВ.ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССОВ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ В СТЕПНОЙ ЗОНЕ НА ГЛИНИСТЫЕ МИНЕРАЛЫ. {обобщение литературных данных).

Анализируются основные процесса формирования глинистых мине-ралалов: химическое выветривание.седиментация,постседиментацион-ше преобразования,а также процессы их дифференциации и преобразования в ходе переноса в жидкой среде,эоловым путем к ледниками. Рассматриваются факторы окружающей среда.определяющие скорость

и результаты химического выветривания: температура,влажность,степень дренированности,особенности исходного субстрата,рН,Ш1 условия. Анализируются особенности Сиогеохимического преобразования глинистых минералов (механизмы,их спешфка, направленность .интенсивность) г условиях почвообразования. ' -

Рассмотрены геохимические условия почвообразования в степной зоне;процессы формирования профиля глинистых минералов в черноземах и темно-каштановых почвах: о статочное накопление гидрослад, разрушение смектитов и триоктаэдрических хлоритов»физическое дробление пыле ватах фракций,вынос смектитов, иллитизадая смектитовых пакетов.

Особое внимание уделено вопросу ■ организации тонкодисперсной массы в почвах.

Вводится понятие "состояние илистого компонента почв", которое описывается следуадей совокупностью признаков К их параметров: кристаллохимические особенности глинистых минералов,количественное соотношение фаз, характеризующее минералогию ила почвенного горизонта, распределение их в почвенном профиле, особенности микроорганизации ила. ' *

' £. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ И ГЕОХИМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ

РАЙОНА исследовании.

Полевые исследования проводились на восточном склоне Ставропольской возвышенности в период с 1984 по !990 г. В качестве объекта исследований .была выбрана почвенная макрокатена протяженностью около 100 км,заложенная по гребню увала в бассейне реки Мокрый Карамых от Прикалауоских высот на северо-западе до Отказненс-кого водохранилища на юго-востоке в соответствии с падением рельефа. Максимальная разность'высот в макрокатене составляет 350 м.

Макрокатена включает элювиальные,трансэлювиалыше и трансаккумулятивные ландшафты,сформированные на различных уровнях рельефа.Каждый из этих ландшафтов,в свою очередь,представляет собой сопряженный геохимический ландшафт ( мезокатену). Изучено 4 мезо-катены, в пределах каждой из-них на водораздельной поверхности, склоне и в пойме заложены разрезы и скважены (табл.1).

В пределах I и II мезокатен распространены нижнесарматские, караганские и чокракские отложения. По. механическому, составу эти породы относятся к пылевато-шюватым тяжелым глинам. Почвы ш и 71 мезокатен сформированы на четвертичных лессовидных суглинках, представляющих собой комплекс алевритовых образований, различаю-

Таблица I. Характеристика природных условий и почв макрохатены.

.Коэф-: (£И1И-Абс. :ент Положение увлаж-

но . высота, нения рельефу

м

* Название почвы разреза

ПочвооОразу- Мощ- Со-Среднее тая' порода .нооть\ дер- содержание гуму- *а- по профилю сового нив фракций гор- орг. мм

зонта, с в _

слое <0,001 <0701 см 0-25 см

СНД '

Глу- Уровень окна грунтовых веки- вод, пания

от (колебания,м) HCl,

ттг

ТЕ-TT

18 Чернозем типичный

19 Черноземно-луговая ... слитая

20 Аллювиальная

дуговая

21 Чернозем обыкновенный

?Мезокатена I,

Водораздельная 540 0,9 поверхность

Склон 480 0,9

Пойма ч- 420 : 0,9

Мезокатена II

Водораздельная 440 0,8 поверхность

. Мезокатена III

Элювий глин 110

Элювий-дел&- 102 - вий глин

88

злювий-делювий' глин.

/

95

11 Чернозем обыкновен-

32 Темно-каштановая 34 Пойменная луговая

Водораздельная*'320 ; 0,5-повершость ' .0,7

. Мезокатена П

водораздельная 200 0,4-поверхность 0,6

Пойма 170

Лессовидный 104 суглинок

Лессовидный суглинок

3.1 ,35,4 67,8 55 >10

3,6 45,6 65,2 60 0.8

(0.5-1-2) 1,9 31,7 40,7 с пов. 0,6.

(0.5-1.5)

2,8 ' 37,8 ' 49,8 С ПОВ. >10 2,0 23,6 38,7 С ПОВ. . >10

1.2 24,3 38,1. с'ПОВ.. >10 ' 2.2 26.3 41,5 С ПОВ. 0.5

цился по по механическому,минералогическому составу.содержанию гипса.карбонатов и легкорастворимых солей .

Я Ставропольском крае господствуют шчш черноземного типа.ь . пределах 1,И и III мезокатен распространены. черноземы типичные я ооыкновенные; в пределах VI мезокатены - темно-каштановые почвы. Ь'аПон относится к зоне неустойчивого увлажнения и характеризуется высокой . степенью распахааности, Ьозвшаенную часть плато занимает разнотравно-злаковая степьЛГри движении с северо-запада на юго-восток в составе растительности уменьшается количество злаков, преобладает полынь.

Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) и рН измерялись в поле в трехкратной повторноста немедленно после отбора образца. Общая картина окислительно-восстановительного (ОВ) и кислотно-щелочного (КЩ) состояния почв макрокатены указывает на преобладание окислительных условий, степень проявления которых в основном определяется положением почвы в сис-- теме сопряженных геохимических ландшафтов. Отчетливо прослеживается тен- . денция уменьшения значения ОВД и увеличения рН от элювиального ландшафта '(мезокатена I) к транзитно- аккумудя-■ тивному (мезокатена IV) (рис.1).

Распределение ОВ и КЩ' условий в почвенном профиле такие зависит от положения почвы в ландшафте.Наибольшие изменения ОБП и рН по профилю почв характерны для элювиального ландшафта макрокатены (мезокатена 1),где имеются условия для относительно глубоко- ' го промачивания атмосферными осадками и выщелачивания почвенного профиля.Дпя почв подчиненных ландшафтов наблюдается.относительно равномерное распределение величая ОВП и рН.

Таким образом почвы элювиального ландшафта характеризуются повышенной степенью окисленности по сравнению с почвами подчиненных ландшафтов даже при более высокой степени увлажнения и биоге-нности.Это обусловлено более значительным поступлением кислорода с атмосферными осадками и большей степенью отточности элювиально- -го ландшафта.

бЬо аьмв

Рио.1. ОВП и рН условия в почвах' 1-Г7 мезокатен.

3. ООДЕШНИЕ ОСНОВНЫХШНЕРАЛООБРАЗУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВЕННЫХ . РАСТВОРАХ. ПОВЕРХНОСТНЫХ И ГРУНТОВЫХ ВОДАХ... ■ ■ > Изучен состав почвенных растворов,- грунтовых и поверхностна вод •Вытеснение потаенных растворов проводили замещащей жидкостью (этанолом) ш методике Е.М.Самойловой и В.Бугаевского (196Э).Поверхностные вода представляют собой пробы,отобранные из р.Мокрый Карамык с притоками в период с 1983 по 1990.гг в весеннее и летнее время.

Окислительно-восстановительный потенциал и величины рН вод .определяли немедленно после взятия пробы.Содержание химических элементов в образцах определяли стандартными методами.

Для оценки подвижности элементов в ландшафте использовали коэффициенты водной миграции (К^) (А.И.Перельман,1975).

По своим геохимическим характеристикам изученные образцы жидкой фазы являются щелочными кислородными, (А.И. Перельман, 1569). Минерализация грунтовых вод колеблется от О.Ь до 30.6 г/л, почвенных растворов - от 0.3 до 9.5 г/л, речных вод - от 0.5 до 7.2 Г/Л.' • '

Минерализация почвенных растворов, как правило, определяется положением почвы в ландшафте.Характерна тенденция ее увеличения от элювиального ландшафта к транзитно- аккумулятивному (от 0.40 до 9.51 г/л в гор.Ап).Имеет место некоторое нарушение монотонности этой тенденции по причине смены почвооОразумцей порода.Отмеченное возрастание минерализации обусловлено ростом содержания легкорастворимых солей в соответствии с известной зависимостью (В.А.Ков-да,1985).■ . • ■ .

Содержание 81 в почвенных растворах колеблется от I.Эдо 10.7 мг/л.Как правило, оно выше в верхних горизонтах, что может свидетельствовать, по мнению различных авторов,о более . глубоком оиогеохимическом преобразовании минеральной составляющей в верхних почвенных горизонтах , биогенной и гидрогенной аккумуляции в условиях относительно, сухого жаркого климата (В.Д.Ковда,1985). Представляется/ что все из перечисленных причин играшт определенную роль при ведущем значении биологического фактора.

Аналогичное 31 поведение характерно и для К. -

Коэффициенты водной миграции химических элементов,рассчитанные для системы твердая фаза почвы (порода)-почвенный раствор, грунтовая и поверхностная вода, а также ряды миграции элементов в природных водах в целом соответствуют данным , приводимым А.И.Пе-

рельманом (.1989) .Коэффициенты водной миграции Са.Ка.мв в почвен-ш растворах лекат в интервале 25-Е; Б1,к;кп - 0.7-0.002; А1,гв

- о.01-0.0005.Вместе с тем К.Мп в изученных нами системах мигрируют слаоее.Коэффициенты их миграции близки АХ и Ге - элементам со слабой и очень сласой интенсивностями миграции.

При 'расположении коэффициентов водной миграции по мере их убывания/ можно отметить некоторое изменение порядка элементов в рядах в зависимости от положения ландшафта.

Состав почвенных растворов наряду с другими природными водами определяемся их геохимическим положением и свидетельствует о существовании заметной миграции химических элементов в' степных ландшафтах и .следовательно, преобразованиях минерального вещества при почвообразовании, качественная направленность которых оу-дет рассмотрена в гл.4. , ,

4.ФОНМЮВАНИК МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО СОСТАВА ИЛИСТОИ ФРАКЦИИ ПОЧВ.'

Илистую фракцию (<2 мкм) почв.почвообразукщих и подстилающих пород и дошшх отложений выделяли методом отмучивания.Навеску почвы предварительно обрабатывали 0.0& н. раствором нс1 и диспергировали разминанием в состоянии влажной пасты. Минералогический состав определяли методов рентгеновской дифрактометрии на установке дюн-3 (Си- излучение,N1- фильтр).Препараты ила для съемки готовились по стандартной методике. Предварительно из образцов удаляли органическое вещество 10* раствором н^ и не силикатные полуторные окислы по методике Мера-Дкексона.Осуществляли съемку ооразцов в Мд-,к-, ы-формах .насыщенных этиленгликолем,прокаленных при 360 и ь60°С.Количественную оценку соотношения. основных групп .глинистых минералов проводили по методике Еискайя

- (Р„Е.В1воауэ,19Ь5).

Два" типа почвоооразухщих пород макрокатены существенно различаются по минералогическому составу илистой фракции. В составе ила глин преобладает высокозарядный, оейделлит ,характерной особенность» которого является повышенное значение <1001 (15.315.7 А) на дифрактограммах Ые- образцов в воздушно-сухом состоя-~ нии {присутствуют диоктаэдрическая гидрослюда (политип 2М|) .каолинит, * следы.хлоратами составе ила лессовидных отложений пре-ооладает диоктаэдрическая гидрослада толитипы ЗТ и 2М[), присутствуют каолинит, хлорит;смектиты входят в состав неупорядоченно-смешанослоаных гидрослюда- смектитов (таол.й).

Формирование состояния илистого компонента почв в изученной

системе геохимически сопряженных ландшафтов осуществлялось в результате совместного действия I) процессов механической геохимической миграции и 2) биогвохимических процессов преобразования минералов.

В почвах на pg-N глинах в ярко выраженных элювиальных условиях значительно повышено содержание слюдоподобных минералов как следствие разрушения бейделлита и его трансформации с образованием смектит-гидрослюдистых структур.Дяя почвенной массы,сформированной на лессовидных отложениях,характерно разной степени выраженности замещение слюд смектитом.Для -почв поймы характерно увеличение разнообразия фаз за счет ослабления процессов выветривания,* и механического привноса - материала со всего , водосборного • бассейна.

совместное действие "указанных процессов обусловливает, единую направленность формирования состояния илистого .компонента в пропиле почв и по элементам макрокатены и мезокатенЛ'ак, тенденция увеличения в иле доли каолинита .гидрослюд, формирование смешанослойных образований при уменьшении доли смектитов и степени окристаллизованности илистого вещества в верхних горизонтах почв по сравнению с почвоооразушей породой прослеживается также в ряду почв от подчиненных к автономным ландшафтам, где элювиальные процессы более выражены.'

Анализ диаграмм равновесия состава почвенных растворов и твердой фазы шчвообразуших пород и почв в системах : 'HCl- н£0-А1гОJ- KgO-- Si02; HCl- HjO- A1£CU- CO£- CaO- SiOji HCl- B^O-Al^Oj- co2- MgO- sio£ указывает на те же.тенденции преобразования илистой фракции в ходе почвообразования в степной зоне (рис. 2).

Основным процессом, определяющим состав и распределение илистого компонента в почвах пойм, является механический .перенос материала , для оценки влияния которого был изучен минералогический состав современных донных отложений в русле р.М.Карамыки его притоков. Минералогический состав, илистой фракции по всей, протяженности реки идентичен. Преобладающей фазой является неупорядоченно- смешанослояный;гидрослюда- смактит с высоким содер-. какием смектитового компонента (d001»1 17.7 - .18.4 А). Вплоть до XV мезокатаны в илистой фракции донных отложений преобладающей фазой остается смектит несмотря на смену-вмещающей породы. ^

Таким образом,в пределах изученной макрокатены механическая миграция материала' оказывает безусловное влияние на минералоги»

Таблица ¿.Минералогический состав илистой фракции почв макрокатеш С % от илистой фракции).

Л точки горизонт глубина,см каолинит хлорит гидрослюда смектит

мезокатена 1 ! ———

1а Алл* 0-24 28 Н.О. . ■ 70 7

водораздел А1 24-50 21 ■ н.о. 74 5

АВ 60-135 28 н.о. 63 9

С 140-160 16 . н.о. ' 69 15

С 300-350 18 следы _ 29 53

19- Аоах 0-24 . 28 н.о. 48 24

склон А1 24-63 ' 28 н.о. . 52 .20

АВ 63-102 27 ■' н.о. 45 28

В1- 102-120 27 н.о. 37 36

20 0-10" 25 следи 64 II ■

пойма ■ 30-40 22 следы 59 , 19

50-60 22 следы 62 16

100-120 17 следи 38 45

300-350 25 следы 40 35

свежий 0-5 18 н.о. 52 30

наилок

мезокатена 1I

21 ■ Апах 0-26 14 II 59 16

водораздел А1 26-49 . 20 ■ 16 54 10

АВ 49-79 17 - 14 ' 58 II

В 79-123 17 14 45 , 24

ВС 123-140 - ■ 10 8 29 54

с * 180-200 14 9 -41 : 36

■ мезокатена Ш

П Апдх 0-20 II 9 71 9

водораздел А1 20-53 II 7 77 5

В 95-119 12 9 75 4

Вк 119-170 12 9 50 ■ 29

С 250-300 . " 12 8 63 17

0 * ■ 350-400 12 10 ' 67 II *

ш* 450-500 7 7 74 7 12

с 550-600 II 5 75 / 9

пп - . 600-650 II 8 55* 26

мезокатена IV

32 ~ Аилх 0-26. '9 9 68 4

водораздел А1 26-44 12 10 63 15

В1 ■ 44-63 ' 15 II 61 - 13

Вг 63-95 15 10 68 - 7

ВО 95-123 -12 12 69 7

д / 123-150 13 II 74 2

д 300-350 13 II' 66 10

34 0-25 23 следы 70 - 7

пойма 60-100 28 следы 59 1 13

100-180 21 следы 75 4

н.о..- не обнаружен

п.п. - погребенная почва _ . -

12

I ю 8 6 4

-6 -4-3 -5 -4

10£(Н4Б104)

Рис.2.Система ЫС1-Н3о-А12о3-со2-мво-е102 при 26°с.с экспериментальными, данными по,составу почвенных растворов (I-глины, ц -почвы на глинах,щ-лессы,IV- почвы на лессах).

пород,слагапцих нижнюю часть макрокатены,и почв на них. . .

В результате действия рассмотренных процессов механической миграции и Оиогеохимического преобразования минералов формируются определенные типы распределения глинистых минералов по профилям почв. Ограничиваясь смектитовым компонентом и следуя схеме Б.Г. Розанова (1983);мы предлагаем выделять для данных условий : Прогрессивно- элювиальный ;2)сла0одифференцированный ;3)сложный типы

■ю

Последний формируется преимущественно процессами механической миграция и переотложения материала.

5. ШКР00РГАНИЗАШЯ ТОНКОДИСПЕРСНОГО МАТЕРИАЛА ПОЧВ И ПОЧВООБРАЗУНВДХ ПОРОД.

Один из выводов,к которому ш пришли на основе обобщения литературных и собственных данных, состоит в том,что специфика' почвообразования заключается в значительной мере в организации вещества.Б этом состоит.на наш взгляд,отличие почвообразования от . абиогенного выветривания,в ходе которого развиваются процессы, способствующие снижению степени организованности породы - диспер-гация,разуплотнение,разориентация структурных элементов (Осипов и др.,1989),

О первой части главы представлены результаты исследования ряда свойств водопрочных агрегатов,выделенных из горизонтов А и С темно-каштановой почвы на лессовидном суглинке ( разрез 32).

На основании полученных данных можно заключить, что фракция почвенных частиц 0.25- 0.05' мм резко выделяется по всем исследованным характеристикам( механический , минералогический составы, содержание органического вещества).Агрегаты большего и меньшего размеров имеют сходные характеристики.По-видимому, фракция 0.250.05 мм представляет собой в большой степени элементарные почвенные частицы. - "■'■■'.'

Вопрос об организации материала в агрегатах мы попытались решить путем дробного фракционирования ила водопрочных агрегатов. В основу методики фракционирования ила был положен метод "анатомирования" почвенных агрегатов .разработанный И. Н.Ан типовым -Кара-таевым,в,В.Келлерман и Д.В.Ханом (1948),В.В.Келлерман (1959).

Подфракции ила,выделенные в ходе последовательных химических обработок,по данным рентгендифрактометрического анализа характе- . ризуются тем же набором групп глинистых минералов,что и ил водопрочных агрегатов,а также нерасчлененной почвы, однако подфрак-шш различаются по количественному содержанию фаз ( табл.3).Доля " смектитового компонента в составе ила от Г к IV обработке уменьшается более,чем в 3 раза,причем от 40 до 60 Ж смектитов выделяется после I обработки.Полученные данные показывают, Что в почвах существуют некоторые тенденции в распределении минералогических фаз в зависимости от агрегирующего агента ( прочности связи).Состав подфракций ила агрегатов различного размера практически не различается, что позволило в дальнейших исследованиях использо-

и

вать нерасчленевную почву. , -

Во второй части главы представлены результаты исследования' природы структурных связей в зависимости от генезиса цочвоосра-зущих пород, геохимических условий и типа почвообразования. С целью более дробного фракционирования ила схема И.Н.Антипова-Каратаева с соавт. была дополнена нами с учетом существу* гдх аг-регационных моделей.Семь обработок были осуществлены последовате-Таб.З. Содержание ила и доля смектитов в почве, водопрочных агрегатах и подфракциях ила темно-каштановой почвы (*),

горизонт нерасч- лененная почва „легко-диспергируемый ил агрегаты,мм подфракции ила

Я 0.05-0.002 I ■ II III ' IV

12 ""¿'Г 5 ~ 'Т" 2_"~ " 17 9 7 6

А 29.5 * 2.6

14 , 18 31 23 4 3 0.5

- ■ 12 15 5 7 0

- 22.5 13 4.5 2 3

17 16 6 12 5

с 20 3 ,

21 15 25 18 ГЗ 6 3 3 16 ' 6 Ю 0

содержание илистой фракции

доля смектитов

льно без предварительной механической диспергации в следующем порядке; I) 1^0 (рН 5.5);11) 0.1 N Иа01 ( рн 7); III) 0.002 % На2С03 ( рН 8.7) ; IV) 0.1 К ЫаОН + 0.1 И Иа^С^ (рН 11.5); V) реактив Тамма ( рн 3.2)! VI) ои и Маоя + 0.1, н Ыа^о^ рн .11.5); VII) ИаВгО ( рН 13). '

Были исследованы г группы образцов: морские глины и

почвы на них ( образцы А16 1-4) и четвертичные лессовидные суглинки и почвы на них ( образщ 6-8). Влияние геохимических условий на природу структурных связей изучено на примере почв геохимически сопряженных ландшафтов мезокатен I и IV ( табл.1).

После каждой обработки из образцов отмучиванием выделяли фракцию <2 мкм , высвобоадакщуюся в ходе обработки, и отбирали усредненные пробы вытяжек,в которых определяли содержание А1,51,ш.В вытяжках IV и-VI определялся также фракционный состав органического вещества.Состав поглощенных катионов, а также соде-

ржание карбонатов и гипса в исходных образцах определяли по методике н.Б.Хитрова (1Э84-). • ■ 1 . > ' _

В ходе проведенного эксперимента било достигнуто полное выделение илистой фракции.

Для лессовидных суглинков и почв на них ( Л» 5-8)характерно относительно равномерное высвобождение ила в результате всех обработок, что свидетельствует о том, что различные механизмы агрегации играют сравнительно равноценную роль в', микроорганизации тонкодисперсного вещества (рис. 3).Особенностьв лессов является, высокое количество легкодиспергируемого ила (до 28 % ), что,по-видимому .можно расценить как следствие высокого содержания На в ГШ.

образец ■

обработки

т МовгО

га МоСН* ^

а -Той«

в МоОМ 1

а магсоз

мза

ЕЗШ нго

100%

Рис.3. Содержание подфракций ила ($ от общего содержания ила).

В случае Рв-и глин й почв на них наблюдаются ярко выраженные максимумы'выделения ила.в ходе Гл и обработок высвобождается 70-85 % ила .В почвообразущей породе 'основная часть илистой фракции слабо агрегирована и высвобождается при водной диспергации и обработке раствором каС1.Это подтверждает, что структура глинистых отложений формируется под влиянием поливалентных катионов в составе поглощающего комплекса, карбонатов (0а<1еа,1996).В почвах усиливается роль других, агрегяруших агентов, структура при этом становится более устойчивой.

Так, в автономных почвах на оооих рассматриваемых породах агрегирование ила выбывает органическое вещество. В.почвах подчиненных позиции возрастает роль аморфных соединений 81, Ре, А1-При этом доля легкодиспергируемого ила несколько увеличивается.

особое. внимание обращает слитой горизонт черноземно-луговоя слитой почва.Значительная часть ила извлекается здесь при обработке почвы раствором Ыа^со^, при этом количество экстрагируемого 31 достигает 99 % от извлекаемого в ходе всех обработок . Полученные данные подтверждают вывод Е.М.Самойловой и. др.(1981,1990) о том,что аморфные соединения Э1 -важный компонент слитых почв. Заметную роль играет 31 и в других почвах, составляя 50- 99 % от количества экстрагируемых аморфных соединений Б1,ге,А1 (рис.4).

Рис.4. Содержание кремния в вытяжках 1-УХ1.

Весьма специфична роль органического вещества в слитом гори* зонте -черноземно-луговой слитой почвы Общее его количество, экстрагируемое вытяжками, превышает величину, определенную в исходном нерасчлененном образце ( табл.4).Этот факт, а также данные рис.3 указывают на то, что по сравнению с другими почвами органическое вещество здесь связано солее прочно, а свободная и -рыхлосвязанная его часть связана с частицами > 2 мкм.

Тао.4. Фракционный состав органического вещества в вытяжках каон.

образец

исходный

IV обработка [ VI обработка

е.*

Сг/СФ С. % Сг/С»

С.Ж

СГ/СФ

2 э

б-

7

8

г.4 2.6 1.9 1.7 2.2 0-?

2.9 2.2 Н.О.

г.5 н.о.

Н.О.

0.4 0.70.5 . 1.0 0.4 0.3

6.0

+00

2.7

2.7

3-3

1.2 4И 0.2 . н.о.

0.4

0.4 0.1 э.з 0.2 1.7 1.1

14.16

Важно отметить изменение качественного состояния компонен- -тов, извлекаемых последовательными вытяжками.

Изменение соотношения Сг/С« в вытяжках. IV и VI мы относим за счет дифференциации свойств органического вещества в связи с различной активностью микрофлоры ( Д.С.Орлов, 1974,и Ф.Дюшафур, 1970) и, что исходя из концепции Д.Г.Звягинцева, может свидетельствовать о наличии в агрегатах зон с различной интенсивностью трансформации вещества .

Подфракции ила характеризуются различным соотношением минералов; что . соответствует данным, полученным нами ранее при фракционировании ила агрегатов.Подфрахцш I и II .как правило, обогащены минералами с лабильной решеткой (бейделлит и иллит- смектит). Последующие подфракции содержат главным образом неразбухающие фазы.Подф-ракция VII, полученная после обработки почвы НаВгО, обогащена карбонатами (в основном кальцит). Предполагается, что она представляет собой материал "рубашек" из тонкодисперсного материала, покрывающий зерна .минералов в агрегатах (рис.5).

Данные по содержанию * в составе слоистых силикатов под фракций ила (табл.5 ),полученные методом Мес-сбауэровской спектроскопии, показывают, что труднодиспергируемый ил,, как правило, характеризуется более высоким содержанием Те? + , что свидетельствует либо о различной преобразо-ванности материала подфракций, либо о смене минералогических фаз.

Таким образом, результатом организации почвенного вещества является формирование структуры, которая проявляется в содержании, доступности и качественных особенностях органических, неорганических аморфных и кристаллических компонентов, составляющих почвенные агрегаты.Специфический характер такой структуры определяется происхождением почвообразуших пород, геохимическими условиями и-генезисом почвы. ^

Рис.5. Дифрактограммы I и VII подсекций ила (образец # I) .1-1^:2-1^, этиленгликоль; Э50°с; 4-Нз,550°с.

Таблица 5. Содержание Рег+ в силикатах подфракций ила.

-- Обработки [ I 2 . о б р а з е ц 3 % 5 6 7 . ' а

Н20 8.1 4.6 7.6 11.9 21.9 16.9 11.7 15.7

N301 6.0 7.1 8.3 12.9 15.Э 14.6 ' 8.4 1.9

Иагсоз 5.1 6.3 16.1 16.0 18.2 23.1 10.0 21.8

МаОН I Н.о. 7.7 27.5 14.5 . н.о 22.4 14.4 18.7 ■

Тамм 13.3 14.3 11.2 10.8 27.1 20.6 15.9 35.3 ■

КаОН II 11.6 . 14.7 12.3 28.4 30.3 19.2 18.2 23.5

ЯаВгО 12.5 - 14.4 19.3 24.9 47.8 19.1 14.6 н.о.

и.о. - не определялось

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

{.Состав почвенных растворов связан с их геохимическим положением и наряду с другими природными водами свидетельствует о заметной миграции химических элементов в степных ландшафтах и преобразовании минерального вещества почв.Водн не равновестны с первичными алюмосиликатами; равновесие с той или иной группой глинистых минералов определяется почвенными и геохимическими условиями. ¿.Формирование минералогического состава илистой фракции почв осуществлялось в результате совместного действия процессов геохимической механической миграциии биогеохимического преобразования вещества.В составе ила Р^-М глин. преобладает бейделлит (50-54 характерной особенностью'которого является повышенное значение <1001 (15.3-15.7 А) на дифрактограммах 1%- образцов в воздушно-сухом состоянии;присутствуют диоктаэдрическая гидрослюда (политип ) (30$),каолинит (20Ж), следы хлорита.В составе ила лессовидных отложений преобладает диоктаэдрическая гидросдада (политипы ЗТигмр (65»),присутствуют каолинит (13»),хлорит (ЮТ);смектигы <10Ж) входят в состав Неупорядоченно- смешакослойных гидрослвда-смектитов., .

В почвах на Ре-н глинах в ярко выраженных элювиальных условиях значительно повышено содержание слвдоподобных минералов как следствие разрушения бейделлита и его трансформации с образованием смектит-щдрослюдистых структур.Для почвенной массы,сформированной на лессовидных отложениях,характерно разной степени выраженности замещение след смектитом.Для гидроморфных почв характерно увеличение разнообразия фаз за счет ослабления процессов выветривания и привноса материала со всего водосборного бассейна.Отмечается тенденция нивелировки составов илистой фракции почв, сформированных на породах с изначально резко различающимся соста-

сформированных на породах с изначально резко различающимся составом. В результате указанных , процессов 'сформированы следующие типа распределения смектитового компонента по профилям почв ¡регрессивно- элювиальный. слабодафференцированшй, сложный.

3.Тонкодисперсная масса почв и почвообразующих пород определенным образом организована.Она представляет собой систему подФракдай, отличащихся по своим свойствам,количественному содержанию и особенностями взаимосвязи. Природа структурных-связей в почвах определяется совместным действием почвообразующего материала,типа почвообразования,положения в почвенном профиле и положения почвы в сопряженном геохимическом ландшафте,В качестве агрегирующего материала выступают двухвалентные катионы в составе ППК,органическое вещество,аморфные соединения Б!,Ре, карбонаты Са,%. В ■ходе почвообразования в степной зоне структура преобретает боль-■ шуп устойчивость, за счет новых, агрегирующих агентов. Наименее

связанный ил обогащен минералами с разбухающей решеткой.Наиболее трудно диспергируемая подфракция отличается преобладанием глинистых минералов с жесткой кристаллической решеткой,кальцита и др.и характеризуется более высоким содержанием Ре2*, что является следствием меньшей-выветрелости материала и (или) присутствием других фаз.

4.Вводится понятие "состояние илистого компонента почв".Оно включает кристаллохимнческие особенности глинистых минералов,количественное соотношение фаз,характеризующее минералоги» ила почвенного горизонта, распределение :их в почвенном про$иле,особенности микроорганизации.

Список работ, опубликованных по теме диссертации." 1,0 своеобразии окислительно-восстановительных условий в почвах сопряженного геохимического ландшафта Ставропольской возвышенности. Сб.Ионометрия в почвоведении,Пущино,I987,с.89-97 (в соавт).

2.Минералогический состав илистой фракции почв сопряженных ландшафтов _центра Ставропольской возвышенности.Почвоведение А 9, 1Э88,сЛ13-124 ( в соавт). -

3.Фракционный состав ила в почвенных агрегатах. Изв. АН СССР сер. биология,* 5,1969,0.745-751 (в соавт).

. д.Фракционшй состав ила ряда почв различного генезиса.Тез. 17 Конференции молодых ученых,Пущино,с.77-79,1989. (в соавт).

5.Состав почвенных растворов агроценозов Предкавказья и его изме.-' нение при орошении.Сб.Почвенно-биогеоценологиче ские исследования

на северо-западном Кавказе,с. П5-121,Щгщно,1990 ( в соавт). .

6.Распределение форм соединений железа и особенности железистых новообразований в почвах степных ландшаЗггов Северного Кавказа. Тез. Ре- конкреции в почвах.Состав,генезис, строение.Тбилиси.с.-" 28,1990 (о соавт), ' \

7.Новообразования соединений железа в топоряда почв Ставропольской возвышенности.Тез.Микроморфология' ■и плодородие почв.Москва. с.71-72,1989 (с соавт). ; . ■ -'

8.Mineralogical ooapoeition of soil geoohemioal toposequence including. в we 11—в hi-Ink во i1.АЪв.Claesifioat ion, management and use potential of swell-shrink- soils,p.5£-53(Hagpur,India, 1988

(в соавт). . - ■■"'■■,..

9-Properties and peculiarities of swell-shrinlt soils of Northern Caucasus. Abs.Classification,management and use potential of -swell-sl^ink soils,p.23-23,Nagpur,India,1968 (в соавт)'. 1O.Mineralogioal composition of clay rraotjon from soils on lilted sites in the Central Stavropol upland.Soviet Soil Scl.vol/ieeuQ 21/5. page 57-69, 1989 (В C08BT). /

11.Influence of blogeochemioal factors on mineralogioal ooropOBiti-on in oonneoted landBOapee.AbBt.9 th Int .Sym.on environmental biogeoohemietry,Ыовcow,1989 ( В соавт).

,12.Mineralogioal composition and-soil matter organization in oonneoted landscapes.Abst.450,p.9,9th Int.Clay Cont..Strasbourg,Fra-noe,1999 ( в соавт). .

13. Natural and anthropogenous compaction in . the Central Prec&ucasus soils.Abs.Soil oompaotion as a factor' determining plant productivity.Poland, 1939,p.99-100 (с соавт).-

14.Fluids in soils and sediments of steppe zone '.Plinius,n.5> ■ ,1991 ,pp;262-2&3 (в соавт).

15.<Jeochemioal regularities of olay-size fraoticn organization in soils of steppe landscapes.Proo.7 th Euroclay Conf..Dresden, 1991,pp.25-30 ( в соавт).

16.Iron compounds in soils of Bteppe landscapes. Proo.7 th Euro-clay Conf..Preslen,1991,pp.18-25 ( В соавт).

17. Clay fraotion state in red-soils (eub tropics of Georgia).Proo 5th International meeting Euroiatl9l»Berlin,pp.9-14 ( В соавт).

18.Formation of aggregates in soils with various genesis.Int. worKehop on methods of research on soil structure/ soil biota inteirelationships.Wageningen, 1991 ( В соавт).

13.08.92 г. Зак. 5055Р Тнр. 125 экз. Отпечатано на ротапринте в ОНШ ПНЦ РАН