Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

МИНЕРАЛЫ ГРУППЫ ПОЧВЕННЫХ ХЛОРИТОВ В ПОЧВАХ НЕЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПОЧВЕННЫЕ СВОЙСТВА

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "МИНЕРАЛЫ ГРУППЫ ПОЧВЕННЫХ ХЛОРИТОВ В ПОЧВАХ НЕЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПОЧВЕННЫЕ СВОЙСТВА"

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

ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи ГРИГОРЬЕВА Елена Евгеньевна

УДК 631.4:549.905.8

МИНЕРАЛЫ ГРУППЫ ПОЧВЕННЫХ ХЛОРИТОВ В ПОЧВАХ НЕЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПОЧВЕННЫЕ СВОЙСТВА

Специальность 06.0t.03 — почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва, 1984,

Работа выполнена на кафедре химии почв факультета почвоведения Московского государственного университета им, М. В. Ломоносова.

Научный руководитель доктор биологических наук, профессор Соколова Т. А.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук Градусов В. П.

кандидат биологических наук Бнрнна А. Г.

Ведущее учреждение: Ленинградский государственный университет им, А. А. Жданова.

Защита состоится « мыТ/7г. в /^

______^ минут в аудитории М-2 на заседании специализированного совета по почвоведению К 053.05,16, Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова: 118899, Москва, ГСП, Ленгоры, МГУ, ф-т почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ им, М. В, Ломоносова.

Автореферат разослан «______*................................................198 г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании специализированного совета по почвоведению в Московском университете, а отзывы на автореферат (в 2-х экземплярах) просим направлять по адресу: Москва, 119899, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения. Ученый совет.

Ученый секретарь специализированного совета

II. П. БАБЬЕВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Изучение минералов группы почвенных хлоритов имеет большое теоретическое и практическое значение*. В большинстве кислых почв Нечерноземной зоны почвенные хлориты являются прямым продуктом почвообразования и их формирование относится к числу .важнейших процессов преобразования минеральной части почвы. Почвенные хлориты оказывают большое влияние на такие важнейшие свойства почвы, как емкость катпонного обмена, способность почв к фиксации калия, гидролитическую кислотность и др. Значительная часть Имеющихся в литературе материалов относится к образованию хлоритов в условиях модельных экспериментов и сравнительно мало исследованы особенности почвенных хлоритов в конкретных почвенных условиях.

Не существует методики количественного определения минералов группы почвенных хлоритов; некоторые вопросы их диагностики н генезиса остаются нерешенными.

Цель работы. Изучить содержание и кристаллохпмнческпс особенности почвенных хлоритов в подзолистых почвах и оценить влияние этой группы минералов на емкость катпонного обмена илистых фракций.

Основные задачилсследования:

1. Разработать методы подготовки илистых фракций, со* держащих прчвеиные? хлориты, к рептгендпфрактометрнчсско-му анализу.

2, Разработать методику количественного определения минералов группы почвенных хлоритов в илистых фракциях почв,

34 Уточнить некоторые вопросы диагностики почвенных . хлоритов.

Изучить распределение почвенных хлоритов по генетическим горизонтам целинных и пахотных подзолистых и дер-ново-подзол истых почв.

5. Изучить распределение почвенных хлоритов по фракциям гранулометрического состш^^для лишения вопроса о возможных путях »Крп^ппнму^тА^унЙрйЛОр И ЛРрНППО-ПОЛЗО-ЛИСТЫХ-И подзолистых НОЧВаЫЕНТРАЛЬНАЯ

НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА Мсх5Г. ^ОГГ'ХО^'З. ¿к г.дзг.п-м им. К. А. Тнмирязооа

И на. №----------------------_

6. Оценить влияний почвенных хЛОрйтов На емкость кйтН-онного обмена илистых фракций почв. ■

7. Определить химический состав межпакетного материала в почвенных хлоритах.

Научная новизна работы..Разработаны методика подготовки илистых фракций, содержащих почвенные' хлориты, к рентгендафрактометрическому анализу и методика количественного определения этой группы минералов в илистых фракциях почв.-Подробно изучены минералы группы почвенных хлоритов в дерново-подзолистых и подзолистых почвах. Установлено, что в результате ;окультуривания почв происходит' растворение межпакетного материала в почвенных хлоритах. Уточнены критерии раздельной диагностики почвенных хлоритов и смешанослойных минералов с участием совершенных хлоритовых пакетов. Высказана гипотеза об аградационном происхождении минералов группы почвенных хлоритов..

Практическая ценность-результатов. На основании полученных данных для подготовки илистых фракций, содержащих почвенные хлориты, к реитгенднфрактометрнческому анализу Наместо общепринятого метода удаления органического вещества раствором 10 % HsOi с последующей обработкой по Мера и Джексону предлагается использовать забуференный при рН 5,5 раствор !0 *К» НЮг и обработку по Де«у (Deb, 1950) для удаления несиликатного железа. *

Полученные материалы могут быть использованы при анализе и оценке изменения сорбционных свойств, подзол истых и дерново-подзолистых почв под влиянием окультуривания, так как последнее приводит к растворению межпакетного материала почвенных хлоритов, и соответственно — к увеличению емкости катионного обмена тонкодисперсных фракций.

Апробация работы.

Материалы работы докладывались на II конференции мот лодых ученых в Институте почвоведения и фотосинтеза . АН СССР (г. Пущино, апрель, 1984.г.), заседаниях кафедры химии почв факультета почвоведения МГУ им. М. В. Ломоносова.' ■ ■ ,

Публикации, По материалам диссертации опубликовано d работы.

• Объем работы. Диссертация изложена на страницах; содержит 6 таблиц и 23 рисунка в основном тексте; состоит из введения, 7 глав^ выводов,"приложения. Список литературы включает. наименований, из них //¿иностранных.

— V 4"

V / • - £6дёрЖАНЙЁ РАБОТЫ

Глава I. Литературный обзор и задачи исследований.

В главе рассматриваются вопросы номенклатуры,'диагностики, условий образования минералов группы почвенных хлоритов в условиях модельных экспериментов, 'приводятся существующие взгляды на строение и состав межпакетного материала в почвенных хлоритах, а также па, особенности формирования исследуемой группы минералов в почвах. Обсуждены вопросы влияния почвенных хлоритов на ряд сорб-циоиных свойств почв (стандартная и зависящая от рН емкость катнонного обмена, селективность поглощения различных катионов и анионов и др.)..Сформулированы задачи диссертационной' работы. . * - . .'■■■

Глава II. Объекты и методы исследовании.

Исследовались минералы группы почвенных хлоритов, содержащиеся в составе тонкодисперспых фракций подзолистых и дерново-подзолистых почв, развитых в пределах Смо-ленско-Московского округа дериово: подзол истых и сильноподзолистых почв Среднерусской провинции.

Разрез 10—70 подзолистой почвы'заложен в севср'о:запад-ной части Московской области под ельннком-черничинком зеленомошно-долгомошным на вершине обширного моренного холма в автономных геохимических условиях (Таргульяи, Соколова, 1982). ' 1 *'

Семь остальных "разрезов дерново-подзолистых почв заложены на территории АБС «Чашннково». Разрезы.447;' 449, 445 расположены на пахотном ноле соответственно в верхней, средней и нижней частях склона. Разрез 513 заложен в.верхней части склона под березово-оснново-словым лесом, разрез 4Ш — под березняком с развитым травяным покровом, раз-рези 484 н 481 —. под'елъннком-кнсличннком соответственно в верхней и нижней частях склона. '

Выбору конкретных объектов предшествовала следующая работа: нз верхних горизонтов почв (Солее 200 прикопок) готовились препараты для рентгендифрактомстрического . анализа илистой фракции по первому сливу почвенной суспензии. На основании днфрактограмм оценивалась обогащениость об-разцов^почвенными .хлоритами п выбирались .разрезы для дальнейшего исследования. _

Непосредственными объектами исследования были фракции <0,001 мм. выделенные из 'образцов почв, взятых по гепе-" " ■ ' — 3 — ' '

¥цчёским горизонтам. Из разрезов 447,449,445,484'513 и ]0— 70 илистые фракции выделялись методом от/чивания по Горбунову (1963),,из разрезов481 и 416 — методом центрифугирования (центрифуга «ЦЛС-3», скорость 2 ООО об./мин.) с применением в качестве диспергирующего агента ультразвука (днепергатор зондов о го типа «УЗДН-1»), Предварительно проводилась;работа по выбору режима озвучивания. В разрезах 445/513, 10—70, кроме илистой фракции, выделяли методом, отмучивания-фракции 0.001—0,005 мм н0,005—0,01 мм.

Илистые фракции исследовались ренггендифрактометриче-скнм методом на приборе «ДРОН-2». Препараты готовились по методике Э. А. Корнблюма (1972)^ ■ , .

Емкость, катнонного обмена илистых ф р а кцн нопр ед ел я л и по методу Бобко—Аскинази с титриметрнческнм окончанием* Химический состав прослоек оценивали по количеству А! и ^е в вытяжке'Францмейера.„ которое определяли атом-но-абсорбодонным методом.*

/д^О, методах подготовки илистых фракций, почв; содержащих почвенные хлоритьск-рентгеновскому анализу. Количественное определение почвенных хлоритов^

Прослойки гидроксидов А1 и Те в почвенных хлоритах растворяются в условиях сильно кислой реакции и при воздействии реагентов, способных к образованию комплексов с Al.ir.Fe. (Ма1с<Йт е' а);"1969; Татига, 1958). В связи сэтим. возникает проблема выбора Методов подготовки, илистых фракций, содержащих почвенные хлориты, к рентгендифрак-тометрическому анализу.

Проведенная методическая работа показала, что общепринятая методика подготовки илистых фракций к рентг^нди-фрактометрическому анализу (обработка незабуференным раствором 10 % НЮ» и последующая обработка по Мера н Джексону) не?"может быть использована для илистых фрак-цнй> содержащих,почвенныехлориты, так как указанные реагенты вызывают частичное или полное растворение межпакетного материала, что приводит к появлению более интенсив-

в I

ных и симметричных 10 А пнков -(рис. 1,.кривые а; рис.-2. кривые-б) вместо диффузного рассеяния или слабых дифрак-

цнонных максимумов в области 10—14 А: на рентгендифракто-граммах'преператов,- прокаленных при 350® С. Для подготов-кн к рентгеновскому анализу илистых ' фракций, содержащих почвенные хлориты, рекомендуется проводить" обработку раствором 10% НЮ»,.забуферен"ным при рН 5,5,' с последующей

— 4 - " "

Рис. I н 2. Рситгенднфрактограммы илистых фракций,, прокаленных при 350° С в течение двух часов.

Рис 1, А — дерново-ппдзолпстая почва.пашкя, Лпах,; Б — дерново-подзолистая почва, целина. А2; а .— обработка раствором неза буфер ен ной 10% HjOj; б — обработка раствором забуферснной j0% HvOi (рН 5.5 Ь Цифры, на кривых—ангстремы

Риь 2. Л — дер ново-подзолист а я почва, пашня, Лпах.; Б,—дерново-подзолистая почва (песчаная), целина, AJA2; В — дерново-подзолистая почва, целина, Л1;. Г — дерново-подзолнетая почва, пашня, А2; Д г— дилктаэдри-ческий хлорит (в смеси с диоктаэдричесхой слюдой); Е— трноктаэдрнче- ; еккй хлорит; а — исходный образен,. б — после обработки по Мера и Джексону, в — после обработки по Дебу, г — после обработки по Дебу и Францмейеру, д — после обработки по Дебу и по Тамура^ Цифры иа кривых — ангстремы..' ; ■ ■

— 5 •'■'.' ■ ' ' х

обработкой по Дебу {Deb, 1950).для удаления неснликатного' железа, ......

Для Количественного определения исследуемой группы, минералов использовался принцип оценки иучета увеличения

интенсивности 10 Л отражения на дифрактограммах прокаленных при 350® С препаратов за счет сжатия 14 А"— лабильных силикатов. Этот принцип был использован Корнблюмоы и Зыриным {Корнблюм и др„ 1972) для количественного определения лабильных силикатов. Расчет количественного содержания почвенных ,хлоритов производился следующим образом: На дифрактограммах прокаленных ripit 350".С препаратов

от линии фона измерялись интенсивности (высоты) 10 А пи—

кой (Н ,0Л= 35о° С), и 7А пиков <Н7А° 3500С). Величины ннтенсивностей (высот) пиков исправлялись на LP ~ фактор для монокристаллов' (Китайгородский, 1950). Относительное содержание почвенных хлоритов определяли по приращению

интенсивности (высоты) 10А пика па дифрактограммах препаратов, обработанных по Фрамцмейеру:

, /Н 10А.350°С \ XI"Осле ъ почв, f,_. _ 1; обработки по

Мор„тов_ 3?0„ с ^»UA ^ct^y^

^ Н в ' г" * ^

10А 350"С *_^ у Х100 после' обработки

Г: и о „ н л /' по Дебу

\f17А 350е. С испр.+ Н10А ЗбО'С /' Оценка воспроизводимости указанного метода дала следующие результаты: при обработке и последующей съемке 10 "навесок илистых фракций забуференным при pH 5,5 раствором 10 % НЮг, по Дебу и по Франимейеру-среднее содержание почвенных хлоритов (М) составило. 5%, дисперсия (6) = ],78, коэффициент вариации (V)=36%. * Глава IV; Некоторые,проблемы- диагностики: минералов группы почвенных хлоритов.^

Дiiiiгностировать'почвенные хлориты-' наиболее целесообразно по рентгенограммам образцов, прокаленных при 350° С " и 550° С,'поскольку'в исходном состоянии их спектры близки " спектрам'лабильных, трехслойных силикатов, вермикулитов н , смектитов и характеризуются наличием отражения первого

порядка 14,5А и-целочисленной серией рефлексов,

' - . ^ ____________;___,

По дифракционным спектрам прокаленных образцов в исследованных илистых фракциях в верхнихгоризонтах А1А2, ..-Л2, А2В-можно выделить не менее трех групп почвенных хлоритов, которые1 отличаются друг от друга: степенью жесткости решетки, то есть степенью заполнения межпакетного пространства фрагментами добавочного октаэдрического слоя. При' прокаливании до 350°С первая группа дает асимметричный

ЮЛ рефлекс с пологим спадом в сторону малых углов, вторая

группа — диффузное рассеяние в области 10—14Л, а третья группа — самостоятельный дифракционный максимум в области 11—12А1 Ранее такие градации было предложено относить к структурам начальной, средней и высокой степени хлорити-зации (Корягина, Соколова, 1978). Помимо почвенных хлоритов во многих из исследованных илистых фракциях присутствуют собственно хлориты, которые диагностируются по отражению 13,6—14,ЗА после прокаливания образца при 350е С и 550" С. '

Главная проблема диагностики почвенных хлоритов — это разработка критериев, по которым- их можно отличить от смешанослойных минералов с участием хлоритовых пакетов. Основная разница в строении кристаллических решеток.меж-ду изучаемыми минералами и смешанослойными минералами с участием совершенных хлоритовых пакетов заключается в следующем: в первых трехслойные силикаты разделены фрагментами добавочного октаэдрического слоя, то Зсть дефектными гнббеитовымн слоями, во-вторых — трехслойные пакеты лабильных силикатов чередуются с совершенными 14А четырехэтажными пакетами истинных хлоритов.

В соответствии с принципами диагностики смеша кос л ой-ных.структур простые,.то есть относительно однородные сме-шанослойиые минералы с участием хлоритовых пакетов, .должны давать при прокаливании самостоятельный дифрак-

1 ционный: максимум в области >10А <14А, что подтверждается дифракционными спектрами хлорит-вермикулитов. Гетеро-. генные смешанослойные? структуры, представленные группой минералов с широко варьирующей нормой переслаивания: пакетов, могут давать на дифракционных спектрах: широкие асимметричные отражения или диффузное рассеяние в соответствующей области спектра (Котельников и др., 197Б; Гра-

Дусов, 1976 п др.). Руководствуясь указанными критериями, можно было бы отнести почвенные хлориты начальной и средней степени хлорнтнзацни к гетерогенным, а высшей степени хлорнтнзацни — к однородным смешанослонным минералам с участием хлоритовых пакетов. Вместе с тем, между изученными минералами и смешанослойными структурами с участием хлоритовых пакетов наблюдается существенное различие в отношении их растворимости ,в ряде вытяжек. Было показано, что фрагменты добавочного октаэдр и ческого слоя в почвенных хлоритах растворяются при воздействии реагентов, содержащих комплексообразующие соединения — цитрат-ионы (Tamura, 1958). фторид-ионы {Rich and Obenshain, 1955). Указанные реагенты оказывают незначительное воздействие на собственно хлоритовые минералы и на смешанослойные минералы с участием совершенных хлоритовых пакетов. Это различие было использовано в диагностических целях в работе Сахарова и Хлыбова (1972). В работе Киттрика (КШпск, (983) подчеркнуто, что* растворимость межпакетного материала в почвенных хлоритах можно использовать как диагностический критерий для отделения их от собственно хлоритов. "

Используя этот критерии для диагностики почвенных хлоритов в исследованных почвах, илистые фракции были подвергнуты воздействую ряда реагентов, содержащих комплексообразующие соединения — по Францмейру (Franzmier, 19в5) и по Тамура (Tamura, 1958). Во многих почвенных образцах даже однократная вытяжка Францмейер'а приводит к полному растворению межпакетного материала, что подтверждается формированием- острого симметричного 10А пика вместо широкого асимметричного ЮЛ максимума или диффузного рассеяния в области 10—14А на . дифрактограммах образцов, прокаленных при 350°С (рис. 2Г, кривая г). В некоторых образцах с более полным заполнением межпакетного материала; фрагментами добавочного октаэдрического слоя для полного растворения межпакетного материала необходима двойная обработка по'Францмейеру или более' сильное* воздействие — кипячение в растворе лимоннокислого натрия по Тамура (рис. 2В, кривая д). При воздействии на собственно хлорит никакого-изменения дифракционной картины, не происходит (рис. 2, Д," Е, кривые г). ■ ' ■

Таким образом, почвенные хлориты можно рассматривать как.самостоятельную группу минералов, отличающуюся от смешанослойных структур с участием хлоритовых пакетов по* вышенной растворимостью добавочного октаэдричсского слоя вследствие его фрагментарного распространения между трехслойными пакетами. К этому следует добавить, что полученные в модельных лабораторных экспериментах хлоритнзнро-ванные смектнты, и особенно —. вермикулиты, с фрагментарным развитием добавочного октаэдрнчсского слоя в межпакетных пространствах давали спектры, аналогичные спектрам почвенных хлоритов (Brydon and Turner, 1972; Sawhney; 1968; Carstca, 1968).

' Глава V. Распределение минералов группы почвенных хлоритов по генетическим горизонтам целинных и пахотных подзолистых и дерново-подзолистых почв. •

Определенное с помощью предлагаемой методики содержание почвенных хлоритов в илистой фракции подзолистых и дерново-подзолистых почв варьировало от 1 до 14% (табл. 1).

Меньшее содержание почвенных хлоритов в составе тонкодисперсных фракций окультуренных почв по сравиенню с целинными можно объяснить растворением межпакетного материала почвенных хлоритов под действием некоторых удобрений и химических мелиорантов, вносимых в окультуренные почвы. Данные модельных опытов ряда авторов показывают, что межпакетный материал растворяется при наличии в растворе сульфат-ноиа за счет реакции образования труднорастворимого соединения базалюминита — АЦОН)ю SO« (Singh and Brydon. I970;SintJh and TfcVAei.-WO), а также вследствие локального подщелачивання почвы при известковании (Jackson. 1968; Niederbudde and Ruchlice. 1981). Вис-следованные пахотные почвы вносились как известь, так и содержащие ¿ульфат-ибны фосфорные удобрения, что и привело.к частичному растворению прослоек гидрокендов А1 и Fe в почвенных хлоритах. Возможно, этому процессу способствует также внесение органических удобрений в виде торфокомпо-стов, которые могут служить дополнительным источником агрессивных органических веществ, растворяющих прослойки.

Наилучшие условия для формирования стабильных прос-. лоек в лабильных силикатах создаются в . горизонтах. AIA2,

А2 и А2В подзолистых н дерново-подзолистых почв, .....

О — •

Содержание основных групп глинистых минералов:

% от суммы (числитель—в составе илистой фракции знаменатель — в почве в целой, Разрез, Глубина, с учетом содержания мла)

горизонт см каолнннг НЛЛНТ лабильные силикаты почвенные хлориты :

1 2 3 4 5 6

дерново-подзолистая; пашня

р.447

. А пах. А2 А2В (В1Й 0—2323—30 33—48 48—71 37/4 45/6 39/8 39/12. 16/2 . 20/3. 17/4 21/6 . 42/5 ' 35/5 ' 44/9 .40/12. 5/0,6 0/0 о/о о/о

рЛ4Ъ

Л пах, А2 Л2ВГ в< 0-20 20—43 43—64 64— 40/4 42/4 30/8 30/8 te/2 22/2 / 25/7 ■ 24/7 42/5 31/3 45/12 46/12 о/о 5/0,4 0/0 0/0 .

р.445 . г. "

Л пах. Л2В. 0—22 22—54 54—72 72—87" 37/3 32/5 33/8 35/8 24/2 25/4 24/Б 25/6 36/3 43/6 43/10 . 40/10 3/0,3 о/о о/о - о/о

лес

p.Slî

AI ' . Л1А2* Л2 пал/ \ Л2В- 0—9 . 9—22. 22—40 40—00 . 47/5 47/3 46/3 37/4 ■- 25/2 24/1 36/2. ■ 39/2 27/3 22/1 М/2 43/4 1/0,1 7/0.4 4/0,3 2/0,2

р.416

АР* Л2 А2В1 ВС 0—11 41—35 ' 35-54 ■ 79— 45/3 . 35/5 33/7 29/9 25/: Г 24/2 ' 25/2 22/7 25/4,37/4 36/7 49/15 . 5/0,3 с 4/0.4 6/1 . О/О

р.484 Al" . AIA2* А2* A2BI ' " 0—13 13—28 28—45 45—56- 45/5 42/4 35/2 40/3 27/3 - 22/2. 17/1 21/1. 19/2 30/3 34/2 36/2 9/1 6/0,5 14/1 3/0.2-

Таблица I.

] 2 ' 3 4 5 6

р.481 • .

AI* 0—15 45/4 20/2 ' 25/2 10/0J6

AIA2' 15—26 ' 39/3 20/1 35/2 6/0,4

Л2пал. . 26—43 34/2 20/1 ■ - 43/3 3/0,2

[А2Щ 43—50 33/5 19/3 45/7 3/0,5 >

56—... ' 32/8 21/5 47/2 .0/0

' собственно-подзолистая почва,-лес

р. 10—70 - «

Л1Л2 D—11 43/7 ■ 24/4 30/5 . 3/0,5

ЛИ' П—20 - 43/3 26/2 не он р. - не опр.

A2j* - 20—30, ''.42/4' ■ ■ ' ■ 25/2 ' 26/2 7/0,6

A2j* ■ 35—39 39/3 27/2 27/2 7/0,6-

ВГ 45—55 33/10 25/8 42/13 0/0

Примечание; содержание почвенных хлоритов рассчитано по прнращс-

timo ЮЛ. пика, после обработки по Фрзшмсберу;* обработка по Франи-мейеру повторилась; "—вместо обработки по Францмсйер! проводилась » обработка по Тамура.

Глава VI." Распределение собственно хлоритов и почвенных хлоритов по фракциям-гранулометрического-состава в> связи с проблемами генезиса этих.минералов.. .

Для изучения геиезнса почвенных хлоритов исследовался минералогический состав тонкопылегватой н среднепылепатой фракцнй.Во всех,трех разрезах (табл. 2) в составе илистой фракции почвообразующей породы собственно хлорит отсутствует. Он появляется в составе ила только в некоторых.верхних горизонтах. Вместе с тем, в составе более крупных фракций хлорит во всех горизонтах-присутствует по всему профилю. На основании интенсивности 14Х отражения на дифракто-граммах прокаленных при 550° С образцов можно заключить, что количество хлорита в составе средне- и. тонкопылеватой фракций мало изменяется по генетическим горизонтам и что во всех исследованных-разрезах собственно Хлориты содержатся примерно в равных количествах.

Почвенные хлориты четко диагностируются во - фракции тонкой пыли и в некотором количестве присутствуют в отдельных.горизонтах в составе среднепылеватой фракции. Ес-■ ли исходить из, гипотезы о том, что почвенные хлориты являются продуктом деградации истинных хлоритов, унаследованных от породы, следует предположить, что в верхних горн-

зонтах почвенного профиля.происходит интенсивное дробление хлоритов, содержащихся во фракциях <0,001 мм до размера илистых частиц н что они испытывают очень существенные нзмеиення кристаллической решетки, которое заключается в частичном растворении добавочного октаэдрического слоя, в результате чего от него остаются только отдельные фрагменты;

Хотя собственно хлориты в составе.крупных фракций^теоретически могут быть «предшественниками» почвенных хлоритов в составе тонкодасперсных частиц, можно привести некоторые соображения,.противоречащие гипотезе о деградаии-онном происхождении почвенных хлоритов. Приведенные в табл. 2 данные свидетельствуют о том, что количеътво почвенных хлоритов во всех фракциях никак не связано с количеством в тонкопылеватой фракции собственно хлорита: при равном, примерно, содержании хлорита в среднепылеватой фракции всех разрезов, количество почвенных хлоритов сильно и вполне закономерно изменяется по разрезам и по генетнче-. ским горизонтам. Существующие литературные данные свидетельствуют о том, что собственно хлориты в кислых почвах умеренного пояса и в условиях модельных опытов при воздействии кислых реагентов или полностью растворяются (Ross, 1969; Bain, 1977) или превращаются в упорядоченный смешанослойный хлорнт-ве'рмикулнт или чистый вермикулит (Ross et al,. 1976; SetiKayi, 1981). Ни в одной из работ не зарегистрировано образования по собственно хлоритам минералов, которые по дифракционным спектрам напоминали бы почвенные хлориты.

В пользу аградационного происхождения почвенных хлоритов свидетельствуют многочисленные литературные данные о том, что эта группа минералов формируется в . почвенных горизонтах с определенными значениями рН в интервале от 4 до 6) (Rich; 1968). при которых в растворе ионные формы Л! н Fe представлены ионами гидроксидов разной основности. Последние в условиях модельных экспериментов легко внедряются в межпакетные промежутки лабильных силикатов, образуя фрагменты добавочного октаэдрического слоя (Brin — dtey and Semples, 1977; Carstea, 1968. 1970).

Присутствие почвенных хлоритов в составё не только илистой, но и боле^е крупных фракций (тонкопылеватой и. даже * среднепылеватой) не противоречит аградаиионной гипотезе происхождения этих шшералов. Па данным Карстеа (Carstea,

•• - J2 —

Таблица 2

Распределение почвенных хлоритов и собственно хлоритов по гранулометрическим, фракциям (полуколичественная оценка:+мало;++средне; +++много;—минерал отсутствует,? — присутствие минерала возможно, но однозначно не диагностируется).

Фракции , В м м

0.01 —0.005 0.005—0.001 < 0.001

Глубина, - 4,

14 1* ■■ О.-. . ем . / ' -о. - 2 а' " £ н ■ 5 > ■ я . > м . я * - о. а з -11 ■ н . 5, ■ а - в 2 . = £ О! я ОЭ О.

О. ... ... - ■ .8- ■ ■-«{* £ о ■ о ч

■ к в * « с к

рЛ1А:

А1 0-9 4- + + + 44*4- —' 4-4

Л1А2 9—22 + 44- + . 4-44- 4 4-4-4-

Л2 4 22—40 + +4- 4- 4.4-+ . ,4 4-4-4-

А2В 40—60 4- 4 ,— 4- ?

В1В2 . 60—80 —. ■ 4 ' — —

ВД 80—... — ■ ' — » "— ' — ■ —

р,10~70

Л1А2 . ' 9—И + 4 + 4- 4-4-' 4- —

Л2( П—20 4 44- + 444- 4- . +4-

кг. 20—30 + • + 4-. + . 4-4-4- ' — 4-4

А23 35—39 4- — '4 44 - 4- 4-4-

В1в 45—55 4- —. 4

В1н 55—65 4- — ■ 4 — - — —

р. 445

Л пах. 0-22 4 4-, + 4 4- +

А2В- 22^-54 . 4- 4- . +

54—72 4 — — — _ —

72—87 4 — — — ■

87—... 4 — . — — . — —

1970) в условиях модельных опытов хлоритизацня монтмориллонита шла одинаково активно во фракциях: как <0,2, так и СЬ2—2 мкм, а в хлоритизации вермукулита—во фракциях <0,2; 0,2—2 и 2—50 м км. -

Приведенный фактический материал, хотя и не ДаСг окон-.нательного решения вопроса о происхождении . почвенных хлоритов, но позволяет высказаться в.'пользу аградацдюнной гипотезыо генезисе-этих минералов., 5/:'./, .. .... . : '•' - -*• *- - _ ]3 —.*'

Полученные данные позволяют ставить на обсужлениё вопрос о происхождении собственно хлоритов в составе тонкодисперсных фракции элювиальных горизонтов — являются ли эти минералы результатом физического дробления хлоритов, находящихся в составе более крупных фракций, или же они сформировались аградационпым путем за счет хлоритизацнП лабильных структур.

Глава VII. Влияние минералов группы почвенных'хлоритов на емкость катион но го обмена илистых фракций почв'. Химический состав межпакетного материала.

Мнннмалыше.значения ЕКО илистых фракций, обработанных перекисью водорода, свойственны верхним, горизонтам, обогащенным почвенными хлоритами (табл. 3). В верхних горизонтах пахотных почв в связи с процессами дехлоритиза-цин ЕКО ила выше по сравнению с верхними горизонтами лесных почв.

Однократная обработка образцов по францмейеру вызвала полное или частичное извлечение межпакетного материала, что привело к увеличению ЕКО в горизонтах, обогащенных почвенными хлоритами на 2—15 мг-эквУ100 г ила, т. е. на 4—36 V В горизонтах, содержащих больше 6 % почвенных хлоритов в илистой фракции, для полного извлечения прослоек гидроокисей Al и Fe из межпакетиого,пространства потребовалась повторная обработка по Францмейеру или обработка по Та мура,- В результате ЕКО,возросла дополнительно на 2—29 мг-экв на 100 г ила, 1

Максимальное приращение ЕКО после извлечения межпакетного материала в лесных почвах составило 72%, а в пахотных — 5% от первоначальной величины.

Сопоставление приращения ЕКО илистых фракций после растворения межпакетггого материала в вытяжке Францмейе-ра с количеством AI, прошедшего в эту вытяжку (табл. 3) позволило приближенно рассчитать состав материала прослоек по методу Нагасава (Nagasawa .et al; 1974). Были получены следующие формулы, отражающие состав межпакетных прослоек в почвенных хлоритах, |Als(OH)i«|H-t 1А1(ОН)г]|+, [AI«(ОН) и] +соответствепно для горизонтов А1А2 разре'за 484 it AIA2 и А2 пал. разреза 481. , ■ " '

. Малекулярные отношения SiOfíí)» в вытяжке Францмсйе-ра (табл. 3) не подтвердили гипотез Вада и Какуто (Wada arid Kakuto, 1983) об образовании каолнннтоподобных слоев в межлакетних промежутках почвенных хлоритов.

— 14 —

. Таблица 3;

ЕКО илистых фракций до и после обработки по Дебу и Франц* мсйеру, содержание А1 и молекулярные отношения 5Юг: А1зСЬ в вытяжке Францмейсра.

ЕКО, мг-экв на 100 г ила, после обработок Приращение ЕКО В вытяжке . ФранимсЙера

Разрез, горизонт |Глуби-' на,' см 10% НА. забуф. при рН 5,5 10% НА, забуф, при рН5,5, мг-экв па % от исходной А1, мноль

по Дебу я по Францмейеру 100 г ила . величины . на 100 г ила А1А

р.449 Л пах. ■ Д2 -1 А2В1 Г 0-20 20-43 43-64 ' 64— 54,2 37,2 47,4 53,0 ' 21,9 39.2 52.3 42,5 ' -32,3** ' + 2,0 + 4,9 —15,5 +<5 , 21,0 15,4 14,0 12,8 1,58 -■ 2,53 2,31 2,77 -

1 р.484 1 АI : А1А2 . А2 0—13 .13-28 28-45 41.3 42,5 . 42,2 40,7(66,2)*' ■ 483(54,3) ' 48,2(57,81 — 0,6 (+24,9)* + 6,0(+11,8) . + 5,9(+15,6) (+60) а -+ 14(+37) 15,0 20,0 14,8 0,84 0,69 0,69

р.481 А1 А1А2 0-15 15-26 26—43 ' 43-56' 40.5 43,9 50.6 55,4 ' ■ 23,3(69,7) ' ' ' - 59,6 52,8 41,5 —17,2(29,2) +15,6 + 2,2 —13,9 (+72) ' +36 + 4 ■ " ■ 12,8 15,6 12,8 11,8 0,84 0.76 0,81 2,05

р,10-70 А1А2 '* А2, А2г А2з В1 ; 9-11 11-20 20-30 35-39 ^45—55 42,4 40,9 48,6 . 46,8 ■ 48,3 37.2 47.4(59,0) 1(6,5(56,5) -45,3(49,5) 52.3 — 5.2 ■ ■ +6.5(4-18.1) -2,1 (+ 7,9) —1,5(+ 2,6) +4,0 13,7 (+44) (+16) (+ !" 6) -+ 8 . 12,0 20,4 * 20,2 17,2 16,4 0,92 0,53 0,59 1,35 2,1»

* — В скобках указано приращение ЕКО илистых фракций по4лё двУХ« кратной обработки по Францмейеру или обработки по Тамура.

** — Отрицательные величины приращения ЕКО в некоторыхобразцах. связаны с тем. что предшествующая вытяжке францмейера. обработка образцов по Дебу привела в ряде случаев к резкому снижению ЕКО илистых фракций.

Выводы. *

1. Для подготовки илистыхфракций, содержащих почвенные хлориты, к рентгендифрактометрическому анализу, вместо общепринятого метода удаления органического вещества раствором J0% HiOi с последующей обработкой по Мера и Джексону предлагается Использовать забуференный раствор 10% НЮз (рН 5,5) и обработку по Дебу для удаления несплн-катпого железа.

2. Разработана методика количественного определения минералов группы почвенных хлоритов, основанная на оценке •

увеличения интенсивности 1 OA отражения на реитгенднфрак-тограммах прокаленных при ^50" С препаратов после растворения межпакетного материала в вытяжке.Францмейера.

3. Определенное с помощью предложенной методики содержание почвенных хлоритов в илистых фракциях подзолистой и дерново-подзол истых целинных и пахотных почвах составляет от I до 14%. *

4. В целинных подзолистых и дерново-подзолистых почвах ■ максимальное содержание почвенных хлоритов в составе тон-коднсперспых фракций наблюдается в горизонтах AIA2, А2, Л2В, где имеют место оптимальные условия для образования исследуемой группы минералов.

5. Сопоставление минералогического состава илистых фракций ряда разрезов, развитых под лесом и под пашней в одинаковых биоклиматическнх условиях и на одинаковых по» родах показало, что окультуривание приводит к уменьшению содержания почвенных хлоритов в составе тонкоднсперсных фракций. На основании модельных" опытов ряда авторов (Niederbudde and' Ruchlice, 1981; Singh and Brudon, 1970; Singh "andMiles, 1970) предполагается, что процесс дехлоритн-зацпи связан с локальным подщелачиваннем почвенного материала при известковании и с внесением в составе удобрений сульфат-ионов, которые вызывают растворение межпакетного материала.

6. Минералы группы почвенных хлоритов отличаются от смешанослонных структур с участием совершенных хлорнто- . вых пакетов повышенной растворимостью в вытяжках, содержащих комплексообразователи, добавочного октаэдрического

_ 16 —

слоя за счет его фрагментарного распространения в межпа-кстиых пространствах.

7. На основании анализа распределения минералов группы почвенных хлоритов и собственно хлоритов в илистой (<0,001 мм), то л ко п ьг лев а то А (0,001—0,005 мм) иереднепыле-ватой (0,01—0,005 мм) фракциях с учетом модельных опытов ряда авторов высказывается гипотеза об аградационпом происхождении минералов группы почвенных хлоритов.

8. Положительно заряженные прослойки гидроокисей А1 н Ие, блокируя обменные места трехслойных силикатов, снижают ЕКО илистых фракций почв. Максимальное приращеннс ЕКО после извлечения межпакетного материала в илистых фракциях лесных почв, содержащих почвенные хлориты, составило 72%, тогда как в пахотных — 5% от первоначального значения.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Подготовка илистой фракции, содержащей почвенные хлориты, к рентгендпфрактометрнчехжому анализу. — Почвоведение, 1984, № 12, стр. 133—136, (В соавторстве с Соколовой Т. А.).

2. О возможности количественного определения минералов группы почвенных хлоритов в илистых фракциях почв.—Почвоведение, !9&$", № (* (в соавторстве с Соколовой Т. А-),

3. Некоторые аспекты изучения минералов группы почвенных хлоритов. В кн. Тр. 11 конф. молодых ученых (16—»18 апреля, 1984 г.. Пущино), М., 1984. (Рукопись деп. в ВИНИТИ).

4. Минералы группы почвенных хлоритов в подзолистых почвах. — Почвоведение, 198 ■ Дгг , (В соавторстве с Соколовой Т. А. п др.).

Подписано к печати 14.12.84. Бумага 60X84 1/16. Объем 1,25 п. л. Заказ 6292. Тираж 100.

Областная типография управления издательств, полиграфии я книжной торговли Новгородского облисполкома, г. Новгород, пр. К. Маркса, 4.