Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

МАГНИТНОУПОРЯДОЧЕННЫЕ ФОРМЫ СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА ОРГАНОГЕННЫХ ГОРИЗОНТОВ ПОЧВ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "МАГНИТНОУПОРЯДОЧЕННЫЕ ФОРМЫ СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА ОРГАНОГЕННЫХ ГОРИЗОНТОВ ПОЧВ"

л-№вг1>

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М. В. ЛОМОНОСОВА

На правах рукописи

ГЛЕБОВА Ирина Николаевна

УДК 631.48

МАГ НИТНОУПОРЯ ДОЧЕННЫЕ ФОРМЫ СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА ОРГАНОГЕННЫХ ГОРИЗОНТОВ ПОЧВ

Специальность 06.01.03 — почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва — 1983

Работа выполнена на кафедре флзикл и' мслнорашш почв факультета почвоведения МГУ им, М. В. Ломоносова и на кафедре физики Ярославского' политехнического института.

Научный руководитель;

доктор биологических наук, старший научный сотрудник Л. О. Карпачевский.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор А. Д, Фокин,

кандидат биологических наук, младший научный сотрудник

И. Н. Болотина.

Ведущее учреждение: Московский государственный педагогический институт им. В, И, Ленина, географический факультет, кафедра геологии и геохимии ландшафта.

Защита состоится

на заседании специализированного совета КО53.05.16; МГУ им. М. В. Ломоносова; 117234, Москва, Лен. горы, МГУ, факультет почвоведения, Ученый совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан ^ ' ^^_

Отзывы, заверенные печатью, просим присылать в двух экземплярах в адрес Ученого совета.

Ученый секретарь специализированного совета, доцент

И. П. Б а бьева

: ОБЩАЯ ХДР^йШЗЙЮППСЛ P¿IiOIblK" ^хт^альшсть дтюйггемц ойуелошеьи фльпоЙ ролью почвенных организмов в трансформации одаого гз вазиеймх 5ле;~ентсз почв -.же. леза. Несмотря на значительные услест, достагнутае йаожтгей почв -в кзучешЕ п£>оцессовразрупеняя я синтеза1 железистых эсанеракоз, ос— тасгсд ке.тс:азс! вопроса образования,и даагзостшш катнитгаупорядо- .. чеккых минералов.делеза в органогеымых горизонтах, ойгадшгщзх ш-

■ сокой (йологячзсеой актгвноотыо. 7 этах горизонтов* стмечае'гся си-льноаог.таш!® «агнлтнпх езойотз от сьойств татеринокой порода. , -БаяяооЕЬ раСЬты заключается и в олределдавдем значении шгяатякз:

■л ки.чераяов как дяде^тогль^азл^щ Еочвоойразуишпс ароцессоз. - " <■■ ;,-.■■Цель к вадачд исследования1.. Делью patoTu илло изучение rpczc~ Сховдсявя силиомамвтныхкшералсв гумусовые горизонтов ъочз. В Л задач? исследования входгло:. • .

■ - мдектк$гкжия т^каралов, отьзтетвекках за повкиение иагкзтпоа V

,»спрйакчявосхп верхних горизонтов; . . -

О - шясненЕЭ роля 'биогенного "фактора в'образовании магштноупоря- ■ 1; доченпнх минералов, v. л-';;'";:-' V ■ ; ■■ ■ ■ v' -л-'-'-

L Натчяая яовмзна "работы .ИкентаЗидировани1 сидыюиагндтгане о о- -4 .единения келеза почв,: оценен pasttep. sosooCpaaosaHEit а ьглхрокрЕс-" • тагоштов'. 2аергые 737432^ изкооъорфологая силькокапстпог фралви ■;. .ортааоговкых горизонтов почв и ое превращения, высказана гатютеза о Czorcutnoit оОрА'зойакли cásp^ocianc части, г^агнет*та. Установлена . возиотность ьнпроЗкого гатеза охрясталллзовашс:х окгслов и гидро-■ окислов гелева с дисперсностью кенег ICO Á. • '" :'-'„у

■ Л Дрокточесуад ц .^ость aáy "-ti. BsepB^e разработана методика 'всследовапяя с помощью кессйауэровской спектроскопии сяямемагпит-¡шх ькпзралог, ^яхсдявдхся в почве в количестве менее от co.csp-. ■-• "аангя валового калезд.-На основании результатов работы предлагается оптимальное сочетализ методов шгеетних измерений,; ядерно' гам"; ма-ре зоыансноЗ с цэктроскошга,' рентгеновской ддфрактометрии, электронного парамагнитного резонанса, а:также световой и электронно^ микроскопии. "V". :

■ Агозбашя. Результаты работы доложена ка XII научной конфе-

.^В руководство работой: участвовал заведующий кафодрой физики ■■ Ярославского шлитедническбго института ' канд,'ви сл^ наук донэ нт '; В/^.БаСааяя. " ■ •, . ■ " ■ • .

ревдии Ярославского государе тзеыного университета (т563), на тридцать второй чно-тет-кичеoKoft коьференетн Ярославского волптезена-веского ивотптутй (1983), ,на "Всесоюзном. соьежаавя "¿¿икродар^ологпя генетическому н 1фик£адаоку. почвоведении" (г.1ярту,138$), на îtae-, союзном совещании ,гРолъ подзтзлкн з лзенвд; биогеоценозах* (г.Красноярск , 1883), .на Иедпународной кол^ереаэди но пришвы ешпо эффекта Нессбаувра. (г.Алма-Ата. 1283). ' - •

Пу&читаютв. Основные положения диссертают опубликованы в 2-х статьях я 3-х тезисах (3 статьи находятсяв печати).

О^ъет.'. т^абота, Дцссертеду-онзад райоть. дажоЕека на Л£/ страницах каникогосного текста, ыестчает V таблиц z ¿Урясуша, состоит из введения, четырех глаз, швегоэ. Спксок литературы включает ,/tf/советских а зарубежных работ.

* Глава I, ОСНОВНЫЕ "ИРЗаСТАБНЯ:^ 0 Г.МЛМТЕОЛЮГЯДОЧгНЕиХ " . ' : " ■ CQ5Û.ÎH£H7iîZ ЕОЧЗ. . ' - . "

■ По кяаезлйгкада О.В.Зойга (ÏS8C) всо соедякеки почвенного железа делятся ва" ыжкатаае и яесюткатвде (свободные).''Для почвоведов несклгка'лшр форма представляют наийажшгИ :гзтергс гз-за возможности использовать 1 их в ^£стностаческах целет СЗонк, Рукака, ■ 1978); Труготоста вдеятзфкнетая негалЕкатното аелега мпнералоютес-.ктаи методами методом внтякэг заставляют уделять все бслъиг shz-маняя различные физическим свойствам соединений железа в. в част- " .ности, кэпитнкк, Еозволапдам изучать' его. созреиеннш.и фиэически-ил методам (Карпачевс;дай и др., 1972; '/EaöaiEH, 1973; рукощева, I97.I; Сквркоь, I97S; » др.). ■-■

«зучзиие магнитных свойств почв показало, что кэждоггу ягау почвы соответствует cso& ыагаигяьЛ профиль (Вядакияа, Ба&шин, IS72; Смлрйоа. 1Э78; д др.), что позволяет использовать величану . удельной дсапши.-ой зссщшычивойти (х) в диагностических целях., " Ее ею всследоьателкии отмечается ociuja« "для автоиор^шх почв еяко- " номерное» - возрастание гумусовых горизонтов ¿о сравнений с % материнской порода Borgne, i960; Baöasra, 1572; Луьляа в .кр., 1958; Oadea et al4I9635üatsuaa.ka et а.1., I3Ô5Î И Др.). Это СВДД&-■ : тельствует. о новообразования кагяитвнх шнералоз s зтгцусошх горизонтах. Гак, le Borgne ÎI9SG) , nies, И iovnsend(IS£3) считают, что * , оскогним носаты! ем высокой восприимчивости верхних горкзоктов является шггекят;: Matsusatsi et ai„(I96!j). ойьясаяют это явление присутствием татанокагнёТИта/ титакомаггеипта; s eura ai я ter ^-eshsi (XSSS),

Румянцева ÍI97I), Бабанин (1ЭТ2)у Еирвна ÍI97¿) указывают та магнетит, как основной сздъномагтатный минерал гу^совых горизонтов. ; Нет единого мнения и в вопросе цроисхоаденил новообразованных ферромагнетиков. Есть точки зрения, что они образуются прз высоких темпера тураяв верх&ем слое почвы во время лесках шяаров 1ьа Вог-

1950), возникает; при обычных аочвензих температурах и'щелоч- ' ной реаютя среди из солей двух- п трехвалентного гелеза (Чуэсров я да., 1975), синтезируются при участия органического ведества ч«^ рез охислительно-восстанонительний щкл (Лукяин и др., IS75;schve- . гtmann .Tayior , 137^; я др, ), а так жз могут являться продуктами дегидратации лепидокрокита (Ocaes, 1963; и др.). Некоторое весле- ■ дователи предполагают, что сидыгамагнктнке соединения могут синтезироваться и вне почвн, ' л лназ затем попадать на ее поверхность Так, существуют космическая (Сойотович я др., I97Û; Трубшш а др., Г983; я др.). тахногшная (Oldfieia,. 1978), калаатическая (Тян в : д*., 1976; Сурика, I90I; я др.) гипотезы происхождения кагнэтшх сферических частиц, обнаруживаемых в верхних слоях ьочш. Ыногие авторы приходят а вывьду, что в процессе синтеза магнитных мияера- -лов больиув рота играет органическое вещество Р>* Borgne, Важдикна и др. ,.19?2;Иа111т1э, 1977; в др.), однако до конца не ясно, выступает ли здесь органическое'вещество только в роли восста- .. ловителя ш se процесс ^ущеотвляется при участии живой фазы почвы и, в частности,- га1фооргакязаов., Шкроорганизш-так груша с почти универсальными Гй.лдическими йгнкшшли, играют значительную ; роль в трансформация почвенного келеза (Холодный. 1953; ¿ростовская, 1961, 1965, USO; "Заварил, 1966,'1972; Каравайко. и др. ,1972; Болотина, I979) j участвуя, вюм числа, а в енктезе железистых ми- , нералов (Вологяин»Т947; Аристовская, 1930; я др.). Обнаружены водные бактерии, способные образовывать внутриклеточные включения ЯЭ магаеятта (Pr»nkel, 1Э7Э: Balkwi li e t ai, Х9&0 garatea «tal,, X98I; и др.). Однако,Саогенше формы соединений яелеза изучены еще очень слабо из-за их мелкодисперсности и малого содержания в клетке. " г. ; ,"о:; .'-у;--1:^.--.

Глава 2. ОБЫЗСШ К KETOJM '--'-* Для изучения Лии выбраны типы почв, хуцусоиые горизонты ко- .. торых харахтернзуится разлишшия значениями «¡апттноа восприимчивости,- реакции среди и отлячзтчя го Ьтеаени/гу^сировааностя. Основная часть ойра&цов сойрана аз^орой в'аопирантамь кафедры физики 1

НЕЙТРАЛЬНАЯ \

i. от •. :л

М.-Ю1-; еглвсчохс:. ?гадании

амелиорации почв фшчгльтега шчвозодеяия ЖУ.. по'гарпфутам Москва-: - Кавказ и Москва-Крым; торфянаяночеа (Московская обл.) . дерново-

' подзолиста© почвы (Московская, Яросдавохая ойл.),.серые лесные почвы (Курсгля ойя; Молдавия), чернозема; IКурская,* Воронежская ойл., -. • Молдавия), кактаноше почвы-(Ростовская о^Ас^№^оваХКрсме то-

• го,, отбирались ойразав верхних горяэовтоввочв для веделе^ля маг- _ - ЮГГНОЙ фр£"1ЩИ,в Ярославской, Вологодской, Курской-областях, Эстол-" схо2 ССР, Молдавии, ТеСерде,. АСЬсаэии (всего 25 цунхтов). •

Съемка спектров ядерного гамма-рёэонакса, рентгеновская диф-* ■ рактомвтрия а .1штатиыб' измерение .детод^^

установках, собранных в лаборатории ФТТ Ярославского политезшичео-. . ^^ . кого института. . "•• • ■ • ' * ' . .'-Спектры алектросного параьагнитного резснакса бактерпальшгх препаратов сняты на спемромотро К) - 1301. ■'■■-■"'.-''■■

■ Измерение рН почвы проводили на универсальном иоиометре ЭВ 74. Фракции ^ханвческюс элементов почв ^заделяки седиментациокным методом по Н.А'.Качинскоэду (Вадшина. Корчалша, 1973). Обогащение

■ образцов нагвитной йшщив велось из почвенной ¿одтуикя гостоянным* " магнитом в подвэтиленовом че^е. ООогощенив позволило, во пользовать"-

I прямые метода.исследования (ЯГРС, ректтевовекая дафрактометряя, ии-

Выделение магнитотажсвчяых культур бактерий проводилось аз ■ -торфяной и дерново-подзолистой почв„ (Московская обл.), ойшювеиг ,' ного чернозема (Воропшловградская обл.) и.[каштаноэой почвыЧРоо--■ товсяая обл^пржпомощи постоянных магнатов я вдеятроиагнмтов. Д, . " У Для.»шфоскопЕрова1шя |!спользованы: металлограф»эеский мик— д-роскоп МШИЙД.-21,'татер^рбыдас^о-аодяризаод^ ЫР1- 5, люшпесценткнй микроскоп Ш -2 (лаборатория ФТТ ЯШ, " ' . снтаки сдешш.И.А.Х^ткйрш^ рад ШТАС1Д (ф-т почвоведения ЮТ. снвкки сделана О.А.Шобой).'

Глава 3. РОЛЬ ШСШИЙ 3 «ОНЛИРСа/ШИИ ШНШОтРЗДОЧШШ ' :" • . СОВДНШШ ЯИЕЗА . ' - .

Наличие литературных'данных о связи магнитной восприимчивос-. ти верхних горизонтов о качественным состаюигуиуса, сезоннр^ ко^ ^ ' ^ лебаншг всюпрщшчивости, . участие оргакичеокого вещества *в промессе ; синтеза ыагшитсс соединений,, • значительная роль - микроорганизмов в '■-■.'■ > образованви хелезвсшх минералов позволили вам выдвинуть'предшоло-

■ хеняе.о'возшжном уча^ минералов,\о бус-'

лашиваштосшоокувшо^^ гумуоошх'горизонтов,; Причиной

Этаких. значего!Й^вос111&_ш'ш»сУЕ.югут"^ минералы типа маг-/, *

■ нетита^шш! маггемита^: CeíW. 'обнаружено" только два вида ■ микроорра- ■: / " низмов, сбрайутсщих ^агнвтиинагавкюшрпдла имагнетококв - (Blak* - ' ,

шогв.ftt al.» 1973; Moenc'h,Kon«t«ica; 1976), оба вида обитают в'водной " bpвдз. HaJшчиe: мшфocpIíшязшв,, o(íщиX'Дíи водной ореды и почвы, ш--: ..".; звэлило депустптьвозжжнсогь существования магнитотаксичных микро- .'. оргакиздав 'ла(^;друтт: ^рм бактечиа/ образующих »аагнвтротпорядочен-ныв соединения железа: а верхних почвенных горизонтах. -- ] \ -о г,...

1&деление матчитотакс ичных микроорганизмов велосьиагнитаьш с {различными градиентами магнитного"поля,' для культивирования исполь— " ; эовались хеле'зосодеркашэ средн. (1ША;2 и ША:1(Ус цитратом железа, -.-V •; -среда Брсм^шгьда) . Однако г яи'. подбор сред, ни увеличение 1«радиепта " поля не позволили выделать*бактерий оЛшта^таковсомГ'Безрезужь- -,- 'р . татность этих попыток заставляет усомниться в - существовании' такихО -,1боятерай а торфяной, дернозо-водзолистой, каштановой почвах н чер-• : ноадвд^; ■ • v;^ ;C-fi^ V ■ '

: • Отсутствие капшто таксиса у бактерий,, выделенных из различных почв , ' ке исключает; возможное та включения ; в их клетку других ,лене е 'vмагнитных соеданевий'хелеза. ' Такая возможность ошечаласьмногими ' авторами-(Эйхорн и др. , 1978; Beverlge , I97e,I980jRarrlson , 1979; /

др.)Поэтому нами биля' предпринята попытка * выяви тьи' изучи ть' *9-1' / лезисше включения с. помощь» электронной дшсросколии'совместно c'¿ ;; - физическими методами, • С^еди, бактериальных' колоний,'выделенных из > ■

■ "торфяной вочш во;epeira опытов по кагяитотаксису.'била отобраны " " пять.типов: I) длеша охриотог» цвета;-2) мелкие округлые.холоыян ..

V диаметром 3-4 нм, которые вавторой-третий. день начинают приобретать, ' бурый,цвет; 8) круглые точечные - колонии с бурым центрсм; 4) колонии ' '

диаметром: 3^30' ш о ; бурым центром;' 5)охристс^корнчнёвне сливающие--1- ; . ся колония неправильной ' . Г. / . >

* Электронная (микроскопия показала,что больсииство вибралных -; культур явлнютоя сыешаккыми о преобладанием того или иного вида. ■'.. . клеток. Клетки ряда культур содержали електрошо-плотные иклпче-' . Г; ния. Для: выяснения природа включений: была накопленабиомасса всех -

культур на штатной/среде;с. цитрата« железа;; Бактерии бшш откыты " ••.от. среди центрвфугироваплем,.высу1К1ш, после чего проводились маг- -. .натеыо ^измерения;. При>значениях напряженности магнитного поля tBí v; 0,15,Тл магнитная восприимчивоетт> бактериальных культур находилась ..

s : v■ . ■',/

в пределах 2,1*4,9-КГ6 С1Ш, что указывает на их папамагаетлзм. ' При больших зн&чзнзях надряаешюстп культур .'£2 и j-3 переходили.., отрицательную область, что характерно для днамагватзков (ртеЛ.)» Зависимости -х-(3)''культур бактерий и их смссг представляют со&>2 .кривые, вмекщие резкий спад в области малых' полей. Такой вид кри-:. вых свойственен мапштноуаорядоченшш ьеиеотвам.' При оэль-шх. полях "Xf «»О и ^¿ерромагнеотэм включений перерывается силыши диамагнетизмом вещества.бактерий, этим и обуслоышнк отрацмелькие знйче-• ния "X дня культур КЗ и S3. ЭПР спектроскопия бактериальных препаратов указала па наличие б их составе еае.-данений железа » двухко-орданациях и свооодных радикалов. Идентификация обнаруженных сое- ; диненвЭ железа методом рентгеновской дафрактокетрив оказалась не-' возможна Ез-са их малого содержания в клетке, эта *в дркчкна доставила нас использовать^ дая.сьешш спектров'ЯГУ бактерий смес - пяти культура Спектр ЯЕР смеси культур (рис.2.) представляв» собой миро* кий сингл в т калой интедтсяшосга, когорт разветееы ва SEW на дуйте? с. одинаковьш важгеинаг.а; квадрувольпого расщепления я взоиарного сдвига - 0,49 им/с и шириной линий дублета 0,71 км/с. Подобный спектр пожег быть отнесен как к железу гидроокаслов л окесмоа в .. супероарадагихтнои состсяшш с ^азмероя частиц <- Х00 Â. так s к железу металлоргаивческого соединения тагсш двтрата железа. Однако цитрат хедеза является ааремагяетдаюы, его восприимчивость «ei аа~ ВЕсвг от паяя. а давйнв шгпмттк.' irauepeifeä - сиад&гельатвуит о- наличии кагяитиоуоордкочевыих соеданекза в составе бактериальны* препаратов. Шэтсэду мэзшо yrosjraaib, что цшрат железа, содержавшаяся в среде, " не бал дривмесеы б препарата, а. выутрикдаточно (tat сен— тезирсваа шяераж ¡«угеза в шла 1ЗДфоохшугаклл окисла. Вероятно,' ,в этом состоянии бактервальвое жалеэо з поступает в почву после гибели микроорганизмов.. . . '■_;:"■

Таким образом, преобладающей формоЗ соединения желоэа в исследованных препаратах бактерий торфяной почвы является шсокодасшеро-ное окристаллизованное яелеэо (III) о размером частиц с 100 А, Сходство спектров ЭПР препаратов культур J63 и №5 и гудавовой кпе-,лота из торфа позволяет подтвердить точку зрения, что-органическое - вещество бактерий, богатое свойздашли. радикалами, служит ода*' ;иэ . ■источников образования гуьшме jx кислот (Лях, 'Рубан, 1972)..

Кроме изучения внутриклеточного железа была сделана-попытка идентификации его. соединений,; откладываемых на клеточных структурах.

"Для эксперимента сил- выбран широко распространенный в подзолистых • • почвах вид гетеротрофного мялроорганизгга Seliberi* eteiiata. счи- .-¡. ■ ■ V - тается, что етотг организм откладаваетна поверхности.; звездообраз--;. ■7--Т пых клбток железо в $орые аморфюй гидроокиси (Аристовская; 1965). .Величина шгнитной восприимчивоети seitberia ateiiata, вырааеяной на среде с цитратом железа при В=0,05 Тл . равна ТО^'Ю-^ ' СГСМ, а ■"■ - -.'-" па среде Сез железа - 2,2'Ю-6 СГСМ,; оба значения характерны для

7. ; парамагнетиков. Однаковавнедадасга^восщ^мчивости .бакте^^ от ¿о-;; 7 > ля (после культивирования их на среде с железом). обнаруживает до- . ' ; вольно резкий спад в области 0,0» - 0,3?л, что говорит о наличии

, " в адета^те маггатаоухюроточешшх соедтсений^^^

- ■ семость seiiteria steiiata , выращенной на картофельной'среде'без -.* ' цитрата'железа, имеет более выровненный характер и при больших вна-

'7-"'-""7 Чеииях поля (около 1Тл); переходит в диамагнитную область. 1з по^ . ■лучекшос !данных можею' сделать заключение что *ро зетки 1 b«ï\ia : 7 "■■v-^teilaia' 1ш£ф^^фованы;гадроокйсью,Ее?!::,но.'в ©кристаллизованном,;7 : 7 ' ^ а не еморфпом состоянии. '■■':.'' ■■■ Xii ^

' ■ ■:■ - ; • • ;, ' Глава 4< ШПЗРАЛЫ СИЛШОМШЗГШОЯ ОРАЩШ ^ ' ». "'

. . " :,v ; .*; Как отаечалось в первой г.-чве,'вопрос об основном носителе вы-! сокой матш1тной во<щрииметвос^ окончательно

■/:' не ресеп. Расхождения в результатах шяералогическза исследований

г .обусловлены; и ' различиями^ одьектову /шбгразмыхразныму авторами ^7в ■

самиш- метоДаш.' часто непозволяшдаи одноэшчно' интерпретировать ; ■-■■■... , полученные результаты - ..Состояние вопроса потреОовалопроведеняя >: ; : дополнительных вкспериментов; для. которых были вкбр&иы почвы ос^' • яовных зональных типов европейской частя СССР. . " ' • ' ^ : . Измерение магнитной восяргязачивооот почв показало, что в ¿у- .■■ мусовых горизонтах ее; значения' находятся в' пределах 12+60-Ю^СГСМ, . 7" - v. а для материнской порода они составлязат 2+12<1(Г6С..0М. Отмечено . ','таюее зональное изменение значений -х-в верхних горизонтах - юри-'■■ ■ /7:7' зонт Aj дерновси-подзолвс'тых сочв характеризуется значениям 7+Idx .

Х0~^СГСи, восприимчивость , горизонта Aj серых лесных возрастает до . / *-,-."■ ' ' 4 18*20 'КГ^СГСМ; дня Af типичного чернозема она составляет 35"ЮТ® :•" - ? .. сГСМ.а э Ад темно-каштановой уменьлается до гб'Ю^СГСМ. Значения .. -7 ■; ; катертмяой порода.в 2>'4 таза на^соответствуюцих значений .-

7" * - .7 '7 : ; гумусовых горизонтов. Это позволяет утаерждать," что в выбран- ' .' ■'. •• 1шх:для исследования.почвах магнитная восприимчивость верхних го- 7-'

: :""v ри'зонтов обусловлена не только' наследуемыми .из материнской1 порода "

■ ■■ ■ ' "V-' 9'..' ''

■ магнитными минералами, а создается, главным образом, за очет новообразованных соединений железа* ■

.;■;Особенно"высокие значения-Л. оплачены в лесной подстилке -70+80*10"? СГСМ. Кз всех исследованных танов подстилки {подстилка смешанного леса г, сосняка, ельника, широколиственного'леса) наибольшая восприимчивость наблюдается у хвойных подстилок - сосно-. вой в еловой. .■'.'■ ; -■ '' ■

. Кривые полевой" зависимости х<В) тумусовых горизонтов, (рис.3) . имеют осад при значениях напряженности магнитного. лсля О,1-0,4 Тл, эта особенность свойственна ферромагнетикам, Поэтому мозно заключить, что. среда велезистых минералов 1ущсовых горизонтов имеются ферромагнитные..Цри эток.отмеченная закономерностьнаиболее .»фко Проявляется у .титгчного .чернозема, . телмо-камтановой почвы в-лесной : подстилки. По характеру спада кривых можно судить о более высоком содержании свльномашиишх .маяералов в полотклке со сравнении с: 1^^совочзккущлят1шншл1'и,:.особенно,'М1ш Полевая зависимость '^минеральных горизонтов, тех же почв (к^ и ■дерново-подзолистой; ВС^ серой лесной,1'¿^^темно-каштановой) ' приближав Мяк пряиой.- Еолучешшв результаты указывает на то, - что "минеральные горизонт исследованных почв содерсат хелезо.в парамагнитном- состоянии, .а восприимчивость гумусовых горизонтов л. лес- . Ной подстилки обуоловлена,* главным образом,;.ферромагнитными мине-' ■ралами.. Ияистаяфравдия гумусовых горизонтов исследованных почв так яа имеет-•х.наиболь.»среда- остальных фражщй и больше -х. яоч-, -■вы в целом. По значениям хвое фракции можно * расположить вряд:-:

х0,001 0,001,-0,001 > *0,01-0,005 > "*0,01 • ; ■:"

•.Наибольшая зависимость о т В наблюдается у ила, "меньшая - у остальных фракций./что говорит о?присутствии в илистой фракции большего количества сильномагнитных минералов.. Низкие значения % фрак- ; сай минвральнахторизоЕтов почв,, выровненный ход кривых зависимости - Л (В) позволяют эаклшать. 'что в атих; горизонтах соединения железа . в основном, парамагнитны.

; . Расшифровка спектров ЯГР органогенных горизонтов доказала*-что они являются суьыой вкладов с дублетной формой

линии.'-Такая форма; характерна для' парамагнитных форм соединений железе, а" так же дая высокодисперсшх свойодных форм Ре3*"; в супер-транапштном состоянии с 'размером частвд менее; 20 нм.'.. Сильномагни-; тше . соединения железа, обнаруюагные: шгнитнньи измерениями, . в- :

'■-■■.'"'■.'. ■ .; : ю у у .V

'спектрах ае проявляются (рис„4). Это- говорит .о той, что они состав^ лают менее 3-52 от валового содержания; железа; в; образца'.; Площадь у под кривой,' отрс^апцая ооцее количество железа ¿образцевавболь-.у , иая у Ад темно-каштановой почвы я уменшается от чернозеш к .. .роЯ лесной и дерново-падзошистой•почвам. Количество. З?'.3?" и Ее2*.- : ; 7'-" так де уменьшается от тешо-капггаяоаоа почш к дерново-подзолис- у ; ,тсйГ измеГ.ение.интенсивности и фора! даний ^^етов,'-указывает на различные соотношения парашгватных форм железа,' которые без дополнительной обработки на ЭВМ не идентифицируются.

--'Илистая фракция;ввделочевного черноешла,по данный ЯПС, .таккеу' * не имеет сверхтонкой структуры (СТС), "характерной; дяя мапштноу- : . : порядоченных веществ,' как и спектра почвы в целом.' Это указывает , на парамагнетизм основной частисоединений железа зшц ; : у'■'.' *' Таким образом,.анализ дашшх свидетельствует у

пения железа верхних горизонтов, магеррнеких пород и $раквий меха->-У ническлх элементов »тих горизонтов .дерново-подэолистой , с ерой' лес- ■■' кой, темно-каштановой почв и выщелоченного 'чернозеиа представлены, -' в основном, парамагнитными 'соединекшсхи.Ее^ и слоисвма си- . . : ликатами, окислами и гидроонислами). Ферромагнитный спад кривой:,'' : : зависимости хСВ)Ео-видиыому,. обусловлен: малыми количествами ••"- сильЕоыагнигаиж'минералов, находящихся за-пределами чувствитель-кости мессбауэровской спектроскопии.• .;..'•• . • • .

.Этот даводууказал на необходимость Йбогащенияобразцов маг--, нитннми .минералаия. при шмоне 'патентной'сепарации..- Илистая" фракция..;:". ' . ваиболееудобнаддя выделения из нее вторичных спльномагнитных, ми- нералов гэ-замсоклхзвачекиа х:; ^большой крутизны кривых ее по-;'■ - ; левой зависимости, высокого валового содержания железа'. Магнитная У восприимчивость обогащенного яла находится » цределах 60+464 Ю""6 ' СГСи; полевая зависимость имеет спад: в области л~цшх полей, од- у . у нави спектрыЖР при комнатой температуре (293 К) не содержат ; уу' V сверхтонкой с тру ктурц. ■ Основная масса: соединений-железа обогащен- у ^ ; ного'ила средставлена парамагнитными соединениями Ре^У главным '. '.

-образоы.гвлелкодисперсном <^тсшшн.-Ыелкодисперсность ооеданв- у .у"'илй ¿¿деза шэвала пеойходЕмость сьешя при тишературе жидкого • азота (80 К). В этом случае спектрн обогащенного магнитной С .1а-.: рацией.' ила' из'.А^-выщелоченного чернозема и теыво-кажтвновой'

почвы-имеют слабо^ выраженную СТС.'По значениям Н^^ > 490720 кЭ у сТС обусломега ви^ или гематитом

с цримесью алилиния с дасперсноотью 5-20 нм.. Линии. спектров уширены, что может быть связано с различиями в дисперсности частиц ми- ■ нерала. Гематит - антаферромагнетик, его л « го-Ю^СГСМ, он не может быть причиной высоких значений восприимчивости (при обычном ' его содержании в почве). Линий se, характерных джя сильномагнитных1 - ооеданвний типа магнетита или шггемиш, спектры-не содержат. .

Во время экспериментов о обогащенной илистой фракцией было обнаружено , что в, более крупных фракциях, не подвергавшихся сепара- V ции. встречаются оздельные, сильномагнитныа ; час типы черного цвета. Это указало.sa необходимость вести обогащение магнитной сепарацией не ила, а почвы в делом. В; .^елейная этим путем.магнитная фрак-, ция (И) .тщательно освобождалась t : немагнитных минералов пра во-, мощи многократной сепарации в в высушенное., виде анализировалась -' методами ЯГРС, рентгеновской да^рактометрии. снималась ее магнитная восприимчивость. '

Значения -х, магнитной фракции из верхних,'горвэонтов различные: почв при В » 0,1 Тл находятся в пределах 4000+50000'ХО^СХШ, при . . s том наибольшие значения характерны для Ш из Ат типичного чернозема . ' Кривы в - зависимости (В ) магнитной фракции Трио.5) .имеют очень "' резкий спад-в области 0,1-0,3 Тл, характерный для сильного ферро-' магнетика. Особенно он велик у магнитной фракции из А^ чернозема и из Ад тешо^каштановой почвы . По. величинам восприимчивости. при, ; малых шлях можно-сказав, что МЗ включает значительные количест-.' ва таких ср^ннх магнетиков как матетит вли'маггемит^ Содержание

- в органогенных гори"пнтах очень невелико,'- так для Aj'типичного s чернозема оно < 0,02^. То, что полученная сепарацией шгкитная -

- фракция;-дает основной вклад в восприимчивое» гумусовых горизонтов подтверждает аддитивность величин . Ыф, слабомагнитного -остатка (по отношению к тс почвы в целом). _

Для идентификации минералов магнитной фракции бшш:сняты мес-обауэровсква, ссмгтры,® из Aj чернозема, из подоташщ дерново-под-эолистой и сероД'лесаой*почв (рис.6). Оки предетавляпт собой систему линий, из'которых.исано ваделять три секстета и плохо разре-. -шейный дублет, з центре спектра. Два секстета с,линиями, совпала" ичими в правой. ,чаотн,-'. имеют значения Нд^ 4.90 в 450 кЭ,. что позволяет отнести их к линиям магнетита. Гретой; секстет, дает ™ = 515 iC, это значение поля характерно дня гематита. Соотношение ' внтеисигностеЗ,'вид спектров ыогнехпта свидетельствуют о его вы- '••

; ®

"В

' в'

О

.4 й

; в--■и

■ г — • I I > . I "1' л .

. с I. Н и. I I 'V .«3О4

■ :с\■■."■■■ -у.;,' ;,;:.. И'вэ Ап дер-'

• ^ ^ : ^ ново-подаоли-; ;:: .:;,отоа. почва ■ ■:.

: • -..-л- ■ г;.-.":::-

•йХ '; ~ * ^ . . -М5 яэ А. се-'" . • 'Л'4■ ^Рой л* . . ; ■ сочи ...

н .(3

' ■ ' : н ■.■ ' ' Л ". : " ,' .т+1 : ■' -

-8 ; 0 8 е скорость, .кц/с' 1

Рво.б./Сдектра ЯГРшхйягноа ^ракцияорга-V ногени. : горизонтов почв,- '

/ сокодисперсном состоянии. Помессбауэровским дай™* размер частиц - магнетита заюшчев медду 20и40иы, Рентгеновская дифрактоыетрия ; образцов аэ'одадь ¿од сосковым лесом подтверждавт наличие магне-; .; . тита, примеси предо тавлены,в основном» хорошо окристаллизовакным' кварцем и високолисдерснш, гематитом. Оценка размеров кристаллитов --.и- рентгеновоялм данным дает среданаа вегнчину 22+4 -нм,

-1шшм обрааоа, мессбауэровсная спектроскопия показала, что : . . . высокая восприимчивость почв.разных типов обусловлена малыш,ко-■ ■( Д.. личеспшш магнетита о прамееьз высокодисперсиого гематита. : . г. Изучение магнитной фракция из'Д0 дерново-подзолистой почвы в ' проходящем свете; под микроокоп л .показало/ что она состоит из аг^ . регатов, образованных ь-лрозрачнымч круглыми чао типами я осколками .

»шгералов'разноЙ.црограчвости.гВ 01^^еш1с:./сввте:в1)углые частицы;; ' ; 'имеют'форму сфер с ярким металяитэским блеском," обнаружены таксе ..у-. матовые: сферы черного, двета,: красные,и твмно-краоные. Среди сфе- ; ■ р^еских-. частиц встречаются разрушенные, внутри которых виднапо-ч-■ - ЛОСТЬ. . ; -/. Х^'л"':":'--'Ч- У':.-' ' '-■■■ '-■■.' ' ''.'■

У-ч-'ч Растровая микроскопия позволила обнаружить, что в МО из под.. отилки дёрново-подзолистой и серой лесной почв^феричес-Еге части- ■ ;■'цы/состаыяют/осковкуюмассу офаада,чтогда как в МО Из гумусовых • : сфер Мало , образцы

.представлены, &"оововаж,'-ос)юлк^;1^ералов^ лиз, проводившийся - однов^ менно 'о Микроокопированием Ш из А0 дер-. • :ново-подзоли1тоа'почвы/ показал абсолютное преобладание халеэа в 1 ч ооотаве сфер.' Сфэричеок-^ частипу; сильно различаются со размеру, " Ч структуре поверхзоотн и охалезненнооти. . Размер частицнаходится-. Ч

в пределах, 1-100 ига* я более, чаще воего встречаются - сферы' равме— . ром 1-2 «км; крупные, доотигаяцае размера бО^-ЮЭ мкы в более, единичны! Поверхность сферических .частиц мохет быть гладкой, покрыта , аморфными бугорками, .таблитчатыми. пластинкамикубическими криотал-.'■■■. ,лами. -'Ч^,;-.УИ-'1 ''"ч^-ЧУЛ,- ;.',■■! --■,у " У Ч^;

ч ;. Сопоставление данных.элекгронвоа микроскопии ДО и результатов. •.

ее исследования методом. ЯГРС дало возможность.объяснить; неодюрод-,' ;ч ч нооть поверхности'сфер.;Частяаы,в основном, состоят из тгввтвта, таблитчатые к|«сталды ^ёдсзя^ляйт,собой гештат, который,и яряда- .. ет сферам красный цвет,';видимый в<>световой шкроскоп;; оба минерала Ч; - д&ЮХ (¡1С - |тя ЦУРЧ'гпАтгтпатгЧ- Аилп,*1Шр ■ "ЛЛЛЯЙЛИАЙИЯ ятигйюТСУГ^ГИЯТюОЮЮ—

-лама/железа^. ■ - вое соедигение - гематит.; Г/'Ч'Ч-^. ••»•'.. ;.

как характер повеохаоств, ©железюеюость и раэиер, Сферы с гладкой поверхность» гораздо.менее акелвзненн, чем сферы, покрытые чешуйчатыми я кубическими кристаллами. При «том гладкие частицы вмс-

■ ю« к повыше размеры. Предетавляетол возможным объединить сферы о близкими параметрами в группы.

1. Сфера диаметром 1,0-2,0 иод о гладкой поверхностью, ела 'о o%t-ле звени, чаще воего встречаются на более крупных сферах в виде "почек".

2. Частицы размером 2,0-4,0 мш,покрыты аморфными бугорка*®, между которыми видна гладкая поверхность, шгут встречаться вей-де "почек" ва более крупных сферах.

3< Сферы размером 4,0-0,0 мшу вся поверхности покрыта кристаллами (чешуйчатыми, таблитчатыми, кубзчеекзгмя), часто сферы этой ' груша имеют "почка". ■■'.'" -

Сферические частиц« даамечром Солее Ö игзл (до 40-100 мкм}. Поверхность покрыта кристаллами,' видны признаки разрушения - сферическая ioj&a утрачивается, отверстия в поЕвр2«ос№ открьшаиг ■ полую BJiyiyeHKi» часть.

Выделенные груивы сфер могут бчп шя стадаями роста, так bJ стадиям« разрушения. Наличие иояоетай, Фсобтшо увеличивающееся после обработок перекисью водорода, слабака растворами кислот и ■

■ ееяочей, ï якукжсш®шшях ефёр m ХрутшХ ь ш&в "почек" поз--волям- допустить воз»тяо0Т1 суиаствОМйш оргйййэгиа, образуаде— го иашетитошй "панцерь", Развитая »тепа ортйлязма, исходя из ' данных мшфоокопяи* можно чредотавя« образом. Рост и

■ развитое eri> ©ïïfaimiœaôTca отишегашй) Хелаза, msiow первая ! группа сфер - гладкие» сдабоожелезвекйиз диаметром-1,0-2,0 ккм

. является последней стадйвйразвития ортаявйШ^ Шала этой стадии ■' организм отмирает,' а магнетнтовая сфера, в ёаьй<Мйй№Тя от почвенных условий, начинает окисляться до ГештИтз, ЙСШ4КЙ выделения ■микроорганизма, оСйадащртхгописанной физиологией, ftö дали кела-д емых результатов, однако, s то не шкйт полностью опровергнуть выдвигав)^» гипотезу,' а лишь указывает на необходимость йроьедепия Оолее тонких ыикройасигогических экспериментов. : ,....'.

По литературным данным, впервые внимание кз еферичео, з образования микронных размеров из'океанических ©садков обратила Мур-рей и Ренард в 1884 году ЧСоботович и др,; 3&70), тогда же' бцдо высказаноi;предположение о' их^ксошческмл происхождении. -' дальнейшем точки зрения разделились : появились доказательства "в пользу : магматической (Тян

И Др., 1976;' Сурщш, 1^81) в техногенной (oid-Xiel<l> 1970) гипотез их образования* цринвише- во-ввдшание ети точ-

■ -ки/зрения' и допуская возможность биогенного'пути образования юг-, ¿нетйтовах «фер^яредставилоЬь интереоным-нэутать офертаесгаге чао-' \ N тицы из почв в разных' географических; яуяктах' (Вологодская, Яросла- , , вская,,;Курскаяоблаота^Эстон^ Теберда, Абхазия) . Наи-

г*боаее богатой офершга озд ЛьИ Болотодакой, Ярославской и Курской областей. Отсутствие окончательных' выводов о характере' выпадеиия космической шлине, поэволя- . " '■ ;''ет пока шосновашипсу^ешьсг-данн^ в польву;

какой-либо из рассматриваемнхгнпотез 1' Но следует- подчеркнуть , что - -- имеются данные огло бальном выпадении посКюгенного •- вещества' на . . ' 40-х иаротах Северного' полушар: I (Соботович и др.; '1978),: в наших " • V же 'исследованияг в: обласл в тих отмечено наименьшее количес-,

.тво'сферических частиц, ; :' ''чС-,'

: ' ДаНЕЫв авторов ,' придерживаггохся различных точек зрения на -:,цроисхождение сферических чаотиц, скорее дополняют,.- чем) взаямоио- ,' ; кляают. друг друга; ■ До-видимому,' сферы могут образовываться разли-' чными путямив том числе ;и биогенным. Ведущая роль ток»; или ино-' . го пути/вероятно, зависит от географической шпроты, климата, йли-■ " - • эости' индустриальных центров. Пеэависимо от способа их бррова-: ния, вклад сфер;В. махмтш1е;свойотва почв достаточно велик, так' . лак основная. чаоть- сильномапштой фракдаи^хумусовьи горизонтов ; лочв то.северш^ и-ценарвльных областей,европёйокой части^СССР ^ ; ~ : представлена сферами, Научив' среди!частиц сильно разрушенных го-Сворит о постепенной утрате-сферической формы и, в товачвом итоге, / . .:разр^етга ьшветитовых чаотш? в услои!я1 почвы.- Нагнети* сфер пе-- ■реходвт в более устойчивый шнерал - гематит, '_" .• " •.

." I.- ОсиоЬной ноюд в магнитную восприимчивость 1умусовых ГО-■"■ рпзентов почв:европейской,чаоти,СССР/и лесной Подстилки дает маг- ' нетит сферических, частиц диамвтро^-1-100 миа;,составляющий 0,01- -;: 0,10* от валового; железа .'Магнетит предотнвленррветаллиташ со средним размером^20-40 нм. По игре старения кагпетгт превраадет^- • . /еяв слабомагнитный высокодасперсный-гематит.' Почвы, ашшх районов V, -. (Копдавия, Ростовская . обл.', 'Абхаеия);содержат в] составе магнитной . ' фракции гораздо'меншегагаетатовдх сфер,-.чем почвы северных в ' : центральных районов РСФСР,- • , . • ; •

кала на гладкой мвсртаости.'ь"; размером'2,0-4,0 мкм; евльпоожелез^ " .кешше,', поверанрсть которих покрыта' ярлсталлаьга разной фор:.ы, ' -.размер 4,0-0,0 мк?л,'.таеют "сочки"; раэругсиоиеся-размер более 8 мкм,.;..

".Полоста в сферах," расположение мелких сфер на крупных;в виде "почек*-позволяют считать возможным,^'<5иогешое :1фоисх0ада1Ш9 офб|(ичес-ких частиц, наряду с космическим и техногенным. , :. ; 4

'.¡Л'- 3. Вцугригле точно ежелезо мькроорганизмов-торфяной почвы, а_ - так же железо, откдадаваемое ва поверхности клеток почвенной бак-■ .терди s a libarla: steti&t», представляет ообой высокодиспёрсвы. маг- 'н итноупорядочаяныасоединения.тиса гетята (гематита). Эти соединения впоследствии переходят в состав свободных форы железа. ■ -, 4 - Обнадокение и идентификация мелкодисперсных форм соединен -т ний железа, при иалом (доли процента) их содерзагшя в образце воэ-: ыожно только.комплексом таких методов как магнитные измерения, • • . ядерная гамма-резонансная спектроскопия,рентге ьовская Ди$Ррчто- : мвтрия и электронный парамагнитный резонанс. - у. ., " .У '' -По материалам диосертации опубликованы следуише работы; -' I. : Морфология новообразованных частиц шгнетита' органогенных

- горизонтов почв. Тезисы докдадовИ Всесоюзной конференции "Микро-^'";1дарфологМ;Ине^вско»чг и ирикладноцу почвоведении",/ Тарту. 1983

:(вооавторствесВ.в.Еабая11нымиИ,А,КуткЕтш). ' : 2. НовообразованньЙ ма1^етит лесной.шдс11ша(, Тезисы догла-дов всесоюзного совещанля "роль1юдотилкж в лесных биогеоценозах", М, Наука^ 1983 (в соавторетве оВ.Ф, Бабаниным,' С.В.Васильевым, "■--А",В. Иванов. :). ' ^ 'л- Л 1 'V'.' ':■ . "у.'-':'- '■;

3. Identification «if biogenic Iron eoatpounda of eolio by .. ' ШааЪаавг Mthod .' Spoipaioia в тезионЦеждународной конференции по «рименеюпо аффекта Мессбаувра.'Алыа-Ата. Наука", 1983 (всоав- . торстве л В.ф.КяЛлявтш, ' С, R, fo'''""i™, H.I,Г!ддт-ц^ки) . -.■"'■ 4, Применение ядерной гамш-резонансно! спектроскопии дня ; У исследования юяроорганизыов, Ваучн. ■ докл.' высш. .школы, сер. био- •

- логические* науки, ИО,1983 С в соавторстве в В.Ф.Бабаниным, . -; У Н.В.ВерховцевоЗ, Л.О.Карпачевскяи,-В.В.Короэошм); ? -

'5, 0.бзогенном проир-'ождении новообразованного магнетита почв. Деп, ВНИИТЭИС1, * 108-83, 1983. Х- " У • • у"

Подписано в лечить 4,11.83. Л76449. ■■ ^ Формат 60*84 Vk.' Бумага*йисчая М, Офсетная печать.у ■-.■.;■ - Печ.лЛ. Тираж 100. Заказ 2478. Бесплатно. / Типография Ярославского политехнического института Ярослятль,ул.Советская,14а. '