Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

СОСТОЯНИЕ СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА В ПОЧВАХ СТЕПНЫХ ЛАНДШАФТОВ

ВАК РФ 04.00.03, Биогеохимия

Автореферат диссертации по теме "СОСТОЯНИЕ СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА В ПОЧВАХ СТЕПНЫХ ЛАНДШАФТОВ"

,. МОСКОВСКИЙ. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ЛЕНИНАОРДЕНА ТРУДОВОГО - КРАСНОГО ЗНАМЕНИ И ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ УНИВЕРСИТЕТ 'ИМЕНИ Н.В.ЛОМОНОСОВА - ; '

Факультет почвоведения <■ .

_ , на правах, рукописи.

■ АЛЕКСЕЕВ АНДРЕИ ОЛЕГОВИЧ. -„.'.- ■

СОСТОЯНИЕ: СОЕДИНЕНИИ ЖЕЛЕЗА В ПОЧВАХ СТЕПНЫХ ЛАНДШАФТОВ /04.00,03 -Оиогео'зшмия./ ■ ■ ■

. — А в то реферат на соискание ученой степени кандидата ■ - - биологических наук - -

^ , . ' - г, I . -

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

Научные руководители: доктор биологических наук,

профессор Е.М.Самойлова

кандидат биологических наук Б. Г. Моргун •• •

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Л.О.Карпачевский

. доктор биологических наук В.Ф.Бабанин _

Ведущее учреждение: Почвенный институт им. В.В.Докучаева

Защита состоится " &0 " 1992 г. в '- ■ час

на заседании Специализированного совета Д053.05.Б7 в МГУ -им: М.В.Ломоносова в аудитории М-2

С' диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультеті почвоведения МГУ ,

Автореферат разослан " <2-к " сдЛлГг <^уЛ992 года

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении ,г*ссертации ж заседании Специализированного совета Д053.СІ. им. М.В.Ломоносова, а отзывы на автора.' . ' -.■ ^.-.чвЛіляраї просим, направлять по адресу: и 9899.-/- - --'в горы,

МГУ, факультет почвоведения, Ученый сої».-.-

Ученый секретарь специализированного совета

Актуальность раОоты. Способность железа .менять валентность, растворимость в зависимости от физико-химических условий вызывает повышенный интерес к нему как диагностическому элементу многих почвенных проце ссов. накоплен обширный литературный материалтозволя-пций представить основные тенденции в поведении соединений железа в породах, и почвах различных почве шо-климатических вон. Тем не менее, на наш взгляд, не в достаточной мере проанализировано состояние соединений железа в почвах степной зоны, не определена их роль в элементарных почвенных процессах. Ограниченный объем подобной информации может объясняться трудностями диагностики соединений железа из-за относительного малого содержания Ге в почвах степной зоны <з-4%) и еще меньшего содержания его отдельных форм (<1-358). Наибольший объем информации накоплен по результатам действия на соединения Ре различных химических вытяжек, не позволяющих выделить одну форму, не затрагивая другие. В связи с этим возникает необходимость применения комплекса физических и химических методов для получения достаточно полной информации о фазовом качественном и 'количественном составе соединений железа. Чаще всего исследования соединяй железа в природных и модельных условиях рассматривают их формирование и преобразование лишь как результат процессов, проте-кащих в почвенном профиле, что не всегда отражает весь сложный комплекс явлений, имещий место в геохимическом ландшафте.

Цель настоящей работы состояла в определении состояния железа в алюмосиликатах и свойств свободных форм железа в почвах степной -зоны с помощь» комплекса физических (Мессбауэровская спектроскопия, магнитные измерения) и химических методов для получения показателей направленности почвенно-геохимических процессов при действии природных и антропогенных факторов.

Задачи исследования : I) изучить состояние соединений железа в почвах, почвообразувдих породах и некоторых их компонентах (илистая фракция <2мкм , фракция >2мкм, почвенные растворы, новообразования, грунтовые и поверхностные воды, речные взвеси) в различных ландшафтно- биогеохимических условиях степной зоны; выяснить роль геохимического сопряжения в формировании состояния соединений железа почв;2¿изучить воздействие орошения на состояние Ре в степных почвах; 3) выяснить влияние длительности воздействия почвообразования на состояние соединений железа в степных почвах.

Научная новизна. Впервые, на основе комплекса методов с использованием ландшафтно-геохимического подхода показано, что состоя-

ЦЕНТРАЛЬНАЯ НАУЧНАЯ Г1^*ИОТ£КАг Моск.ее/ . ;'ад«*и

К* I

Инв №

ниє соединений желбза сингенетично процессам почвообразования, "и Fe' играет активную роль в почвенно-геохимических процессах степной зоны, что позволяет использовать его состояние в качестве информативного показателя направленности почвенно-rеохимических процессов при действии природных и антропогенных факторов. Показаної что магнитная восприимчивость почв является генетическим показателем, от-ражащим особенности почвообразовательных и ландшафтно- геохимических процессов. Выявлено закономерное изменение величины магнитной восприимчивости почв во времени, выраженное в увеличении средневзвешенного прироста магнитной восприимчивости (Ах) с увеличением возраста почв. , •

Апробация.Материалы и результаты работы доложены на Всесоюзной конференции "История развития почв в голоцене"(Пущино,1984); на Всесоюзных конференциях молода* ученых (Пушино,1985;1988); на Всесоюзной конференции "Применение мэссбаувровскоЯ спектроскопии в материаловедении" (Ижевск,1989); на 9-ом Международном симпозиуме по биогеохимии окружающей среди (iseb ¡Москва,1989); на Всесоюзной конференции "Ре-конкреции в почвах. Состав, генезис, строение" (Тбилиси,1990); на XI Европейском Симпозиуме по изучению жидких включений (ecrofi XI,Италия,1991), на 7 международной конференции по изучению глин (Еигоо1ау*91.Дрезден), на 5 международной конференции по изучению латеритов (Euroiat'91, Берлин); на международном совещании "Методи изучения взаимоотношений почвенная структура -почвенная биота" _(Wageningen, 1991); а также были опубликованы в трудах Совещания по изучению разбухающих почв (Индия, 1983); 9-ой международной конференции по изучению глин (9-th Int. Clay Conference, Франция, 1989); Международной конференции по применению аффекта Мессбауэра (ісаме'зі, Китай, 1991). Публикации.По результатам исследования опубликовано 32 работы. Структура и объем работа. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения» выводов, приложения и списка литературы. Работа изложена на страницах машинописного текста, включает <ЙД таблицу и &Я. рисунка. Список литературы содержит наименований, в том числе Зо на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ I-ГЕОХИМИЯ СОЕДИНЕНИИ ЖЕЛЕЗА В ПОЧВАХ И МЕТОДЫ ИХ ИЗУЧЕНИЯ (обобщение литературных данных). Рассмотрены основные представления о поведении железа в почвах

и корах выветривания. Провален анализ факторов окружащей среды, определяющих скорость и направленность химического шветриваяия: температура, влажность, степень дренированности, особенности исходного субстрата, рН, нг условия, влиянии растительности, почвенных микроорганизмов. '

Во второй части описаны основные диагностические признаки оксидов железа, наиболее-распространенных в почвах, а также возможные пути их превращения в почвенных условиях. Рассмотрены основные методы изучения соединений железа в почвах.

, Многообразие параметров, которые могут быть получены с помощью Мессбауэровской спектроскопии, магнитных измерений в комплексе с химическими методами характеризует состояние железа в почве. Под состоянием железа в твердой фазе почв понимается совокупность физико-химических свойств, позволяющая производить идентификацию и определение содержания железа, находящегося в. почве (Бабанин В.Ф.,1986). Настоящее определение "состояния", включает физические и химические параметры того или иного соединения железа в почвенных компонентах, в то время как для описания состояния Уе в почвах необходимо, по нашему мнению, дополнительно учитывать поведение его в почвенном профиле и геохимическом ландшафте.

Основываясь на опыте работ и изложенных возможностях различных методов для изучения соединений железа в почвах, представлена схема информативности применяемых методов.

ГЛАВА 2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИИ.

' Объектом исследований были почва и порода Ставропольского края и Прикаспийской низменности. Полевые - исследования проводились на юго-восточном и северо-западном склонах Ставропольской возвышенности в период с 1983 по 1991 г.

В качестве ключевого объекта исследований изучали почвы и порода макрокатеш, заложенной на юго-восточном склоне Ставропольской возвышенности от Прикалаусских высот в юго-восточном направлении в соответствии с падением рельефа (табл.I ). Протяженность макрокате-ны около 1Ш км. В районе Прикалаусских высот и на расстоянии 17,-39 и 100 км. от них были выбраны четыре меэокатены, в каждой из которых по геоморфологическим элементам (водораздел - склон - пойма) были заложены разрезы и скважины для изучения почв и почвообра-зуадих пород. ' . •

Таблица I. Характеристика природных условий и почв макрокатен.

Л Название почвы разреза

.3

Коэф- Почвообразу- Шщ- Со- „ Среднее Глу- Уровень

фаци- щая порода ностъ дер- содержание бина грунтовых

Або. ент гуму- ка- по профілю веки- вод,

. Положение увлаж- сового- ние фракций палия . ,

по высота, неввя - гори- орг. мм от (коле-

рельефу „ . зонта,, с в ___неї, бания,м)

М слое <и,ІА)і <и,и1

см 0-25 см, СМ,*

7

8 9

10

II

12

. Юго-восточный склон Ставропольской возвышенности

18 Чернозем типичный

19 Чернозеиио-луговая слитая

20 Аллювиальная

. луговая '

21 Чернозем обыкновенный

ІI Чернозем обыкновенный

Незокзтена I Водораздельная МО поверхность • Склон 480

Пойма

420

Мвзокатена и Водораздельная 440 поверхность - . .

■ Иезокатвна III Водораздельная 320 поверхность :

■ Мвзокатена ІТ

0,9 Элювий глин

0,9 Элювий-делювий глин

0,9

0,8 Элювий-

глин. .

0,5- Лессовидный 0,7 суглинок

но

102 88

3,1 35,4 67,8 .3,6 45,6 65,2

55 60

>10.

0,8 і (0.5-1.2) 1,9 31,7 40,7 с ПОВ. 0,6 •

(0.5-1.5)

95 2,8 37,8 49,8 С ПОВ. >10

104 2,0 23,6 38,7 С ПОВ. >10

32 Темно-каштановая 34 Пойменная луговая

Водораздельная 200 0,4- Лессовидный поверхность . 0,5 суглинок Пойма 170 -

44 1,2 24,3 38,1 с пов. >10 ' - 2.2 26.3 41,5 С Пов. 0.5

Кроме рассмотренной выше была взята макрокатена ва северо-западном склоне Ставропольской возвышенности < таОлЛ). Длина макрокатены составляет около 25 км, верхняя ее часть представлена увалом с крутыми склонами, а средняя и нижняя -относительно шполокены. В средней части расположены земли сельскохозяйственного использования, в том числе орошаемые.

Для выяснения влияния длительности почвообразования на состояние .соединений Ре в степных почвах объектом изучения- послужили разновозрастные почвы (каштановые и светло-каштановые), погребенные под курганными насыпями (Эльтонская равнина и вторая надпойменная терраса Волгой Ахтубы, Прикаспийская низменность).

Во второй части главы проанализированы- закономерности изменения рн И Ні почв сопряженных геохимических ландшафтов. В ав-томорфных ~ почвах преобладают окислительные условия (Зь 650450 мВ), нейтральная или щелочная среда (рн 7-9), в пойменных -у Ні снижается до 400 мВ. Результаты наших исследований свидетельствуют, что физико-химические условия в пределах макрока-тен изменяются закономерно и определяются геоморфологическим положением почвы в системе гео-

химически-сопряженных ландшафтов. Почвы элювиального ландшафта характеризуются повышенной степенью окисленности по сравнению с поч-• вами подчиненных ландшафтов даже при более высокой степени увлажнения и биогенности, Положение почв в значительной мере определяет также распределение Еи и рн условия по пробил» каждой из почв.

ГЛАВА 3.ГЕОХИМИЯ СОЕДИНЕНИИ ЖЕЛЕЗА В ПОЧВАХ СТЕПНЫХ ЛАНДШАФТОВ.

Морфологическое изучение • почв - степных ландшафтов, характере-эущихся окислительной обстановкой, нейтральной и/или щелочной реакцией, свидетельствует о наличии и многообразии форм железистых новообразований, приуроченности их к определенным почвенно - геохимическим условиям > что указывает на подвижность соединений Ре в ходе формирования почв в современнных условиях.

Соотношение форм железа в;почвах региона - в целом соответствует данным,приводимым С.В.Зоном (1902) для почв степной зоны (Рис.1 Распределение соединений железа в изученных ландаэфгах обусловлено двумя факторами:¡.унаследованное от материнской породы, связанное с геологическим строением изученного района: 2. определяемое процессами выветривания и' перераспределения вещества в ландшафте с твердим и жидким стоком,'педогенеза . Различия в содержании железа, особенности распределения и соотношения форм его соединений в профиле связаны с геохимическим положением почвы. От автономных к геохимически подчиненным ландшафтам отмечается тенденция обогащения почв железом, при этом уменьшается доля свободных его форм. Макси- : мальное содержание последних как в абсолютном,так и относительном выражении характеризует профиль чернозема типичного,(т.18), сформированного в наиболее выраженных элювиальных условиях; соотношение форм ре здесь соответствует типам почв формирующихся - в Сиоклимати-ческих поясах с более интенсивными процессами выветривания (Зонн; 1982). По мере ослабления элювиальных процессов в геохимически подчиненных ландшафтах доля' силикатного железа увеличивается, достигая максимума в темно - каштановых почвах и принимает относительные значения, характерные для степных почв (рис.П. ) Результаты Мессбау&ровской спектроскопии почв, фракций <2 мкм и >2 мкм в целом подтверждают закономерности, отмеченные вше на основе химических экстракционных методоводнако представляют более детальную информацию о формах и поведении соединений Ре (табл.2).

Отнесение Ре к тому или иному положению в структуре минералов осуществлено по параметрам спектров, полученным в результате мате-

Рис. 1. Формы железа 6 почвах макрокатены (по данным химических рытятк).

ри

м

0 00

1

14 »

■ ы 1

и

«!

1 Ы 6

I ■ ¡ - л■ 1

\шмш

1

о

- Ре

Тон

601 . МЛ 10»

Т«1

Таблица 2. ХАРАКТЕРИСТИКА СОСТОЯНИЯ СОЕДИНЕНИИ ЖЕЛЕЗА

В СТЕПНЫХ ЛАНДШАФТАХ (Центральное Предкавказье) (данные Мессбауэровской спетроскопии и химических анализов)

г* ым / г(и / ■ ■ м» / * ■ гез» / • • ы* / ' * -тпт. 1ш.

оби» < и ш. 1 1 * 13

> ПОЧВ» 1с 1.4; кс 0.1 1с 0.6; кс 0.6;

1г»10Э1 1р 1.1-1.« 1г «.5 |г (.«-0.5 » >.3-0.4

■очва 4.1 / 300 13 / 13

(Р-1 (Ли 3.»/ 19 1/1

♦М )2ш 1.« /5» 19/5

(ОШВЫ) ,

р1СТ60р,1Г/| 0.М/ 3*10 » О» М», I ]

НОВООб"1

Р130МШ /0,25

Гц 4 ИОКЧ* ЮТИ«1И 10/10 40 / 10 .

В / 11.5 450 /М*1»Ш. 10-15

4)3/М*Гг«М,10-15 531/3) Ге203

«очюобр. 11/1» 15/15 поре»

(га <гш (.1/41 ; / 1

«Г-я >1>и 0.1 / « ИМ

11)1061« »1 ,

(4Иво(,1Г/1 1.Ю/4*10 \ «г »и. 11

Ноем«- ,

_ЮЭОВШ) - ' _

45/10 15 /II

1»/4,

«ДО МОИ, 10-1!

Готовив 0.5 / 1!'1»*Ч ПШ.1Ш' И>И .ИГ/1 ...

(мервостш юм ,кг/1 1.5 /1.17 » 4«<ьт[4те <1.17 №МС1

♦р-1 (»и 3.0 11

ДО »

П;»еит ' « > ег мшог» I* в« ♦ран»!

" Гет&имого Гикм "'-1есс(а1эр«вс11в ириетр) рр( I 30 С . н/се* 1С * «этрш сдог (т. вггрмргс, !■ 1Г - ютвмьт рщашан

15

50 (ГеЮЗ тн гроилыля!

11 С С 1

Ьш 5.7/ 100 » / 10 - — — -

tp-« <&и 1.0/ 40 И / 4 К / 10 45 / 1). 11/ 7*

. I / о.е . 455/301 Г(203.19-15

♦р-« )]до 3.«/ (1 36 / И - - -

,, 1очвшд|

1КТМГ.КГ/1 ».( / З'Ю 1 ОТ Ы1 1 II им •

Нсаоаб-

ртшм ( 0.05 ¿Г»00И

вочаообр, 1.9 /100 31/31 _

Ырон »

_ <2кн ?.) / 11 .13/3 14 / 3 М / П ' 14/ Э.»

' )2КМ 34 / 7) 4» /31 - -

1Ш1111 ■

;мт«ог,аг/1 0.14 / КО * 01 Ш. 1 ! |ОЧ»

Вовооб- / 1.01

радооии

Грятовм ,

В»Д1 ,*г/| 0,35/ 5*10 1ПШ.1 »4 : 1м«)1№пм

■ мдв ,лг/1 0.31 /0.3 I Фиьт{т <0.171 (эмм

♦Г» <3яи 1.51 И

10

50 (ГеМЗ (оси 1^оилыи!]

магической обработки на ЭВМ с учетом *данных минералогического состава и результатов обработки спектров с использованием программы, давдей информацию о распределении квадрупольного расщепление (КР).Еолывая часть железа илистых фракции (до 80э6) представлена ?еэ ♦ и Fe2 ♦, занимающим октаэдры в структуре силикатов в транс- и цкс- позициях . Существенная часть Геэ+ в илистой фракции почв содержится в составе высокодасперсных гидроокислов в суперпарамагшт-вом состоянии и в слабоокристаллизоваиныг формах (до 4CW). Съемка некоторых образцов (фракция <2мкм) при температуре 80°К показала наличие секстета линий в спектре, что свидетельствует о том, что часть Рв3+ почв , представлена гетатом с размером частиц 10-15™ (Н>м«450кЭ ¡80°К). В илистой фракции темно-каштановой почвы в спектрах, кроме того заметны следы (до 2 X) гематита (Нгнм»49бкЭ;ЭООТ°К).

Полученные данные показывают, что основная часть свободного ?е в илистой фракции пахотного горизонта чернозема типичного на водоразделе (мвзокатена I.T.18) представлена супердисперсным гетитом и составляет 25X от валового железа. От водораздела к пойме относительное содержание гетита уменьшается и достигает 14-15% в .аллювиально-луговой почве (т.20). Прокаливание образцов до 900°С приводит к появлению в спектрах очень интенсивных секстетов и уме- -ныпения вклада от дублетов трехвалентного железа. При прокаливании все гидроокислы переходят в крупнокристаллический гематит, содержание которого достигает 4СК6 от валового железа. Для меэокатеаы I вклад в спектры от образухщегося гематита увеличивается от водораздела к пойме. Сокращение доли высокодисперсного гетита в сударпара-магнитасм состоянии и достаточно большая доля гематита, образовавшегося - после прокаливания, позволяют предположить, что основная часть несиликатного железа в илистой фракции гумусоаккумулятивных горизонтов почв склона и поймы представлена слабоокристаллизованны-ми гидроокислами, этот факт подтверждается также увеличением аморфного железа, извлекаемого вытяжкой Тамма, в ряду почв от водораздела к пойме (рис.1( табл.1).

Высокодисперсный гетит находясь в почве в основном в рассеянной форме, представляет также основную массу Ре новообразований и стяжений, общий минералогический состав которых . определяется положением почвы в ландшафте. Исследования близких по морфологии конкреционных новообразований в черноземно-луговой слитой (т. 117) и черноземно-луговой почве (т.IIS) (табл.1 ^свидетельствуют о сущест-

венном различии в их составе: кварц, альбит, олигоклаз,' высокодисперсный гетит с размером частиц 15+20 и« (НэфМЭО кЭ;80°к) в слитой почве на склоне и кварц, пшс, кальцит и высокодисперсный гетит - в черноземно-луговой почве в пойме,отличащейся аккумуляцией гипса и карбонатов. Это позволяет предположить современный генезис сегрегированных форм железистых новообразований. Относительное содержание гетита в конкреции из слитой почвы на склоне в два раза выше, чем в конкреции в пойме. По-видимому, процессы сегрегации железа в слитой почве, характеризупцейся более контрвсным водным режимом, выражены сильнее. Накопление Fe в пойме, связанное с аккумуляциями CaS04 И СаСОЭ, обусловлено поступлением Ре с грунтовым и внутрепочвевным стоком и коагуляцией супердисперсных гидроокислов Fe при повышении' концентрации почвенного раствора, игравдей роль геохимического барьера ш отношению к ?е. Миграция Fe в виде свободных суперлислерсных форт подтверждается также, фактом преобладания последних среди соединений железа в илистых фракциях речных взвесей (табл.2).

Наряду с трансформацией форм и изменением содержания свободного железа в почвах данные Мессбаувровской спектроскопии фиксируют закономерное изменение состояния железа в силикатах, в частности соотношение Fea + /Ре3 + и заселенность октаэдрических позиций в зависимости от геохимического положения почв. Соотношение ?еэ+ в различных октаэдрических позициях закономерно изменяется при интенсификации процесса выветривания, что является результатом разрушения -менее устойчивых триоктаэдрических силикатов и относительного накопления диоктаздрических. -

В верхнем горизонте в почве в целом и, в особенности в илистой фракции, в наиболее выраженных элювиальных условиях (т.18) Fe силикатов представлено в основном Fe3♦ (рис.2). Вниз по профилю почвы, а также в почвах в ряду от элювиальных ландшафтов к аккумулятивным X, увеличивается соотношение Fe2 + /Fe^ +. Такал закономерность становится понятной, если рассматривать долю 7ег* в почве в качестве показателя степени преобразования почвенного материала в ходе гиперге- -неза. Увеличение доли Fe2 + в почве указывает на уменьшение степени выветрелоста пород по макрокатене с падением рельефа (рис.2,таб.!V Такой результат определяется генезисом почвообразунщих отложений, степенью естественной их дренированное™ и режимом увлажненности почвенной толщи. Уменьшение соотношения Fe2*соответствует

: і

тенденции увеличения СШ почв ландшафте, а"также влагооОеспеченвос-ти , степени дрешірованности и- биогенностипочв. Наиболее отчетливое различие соотношения Гв2 + уреэ+ характерно и для почвенных профилей мезокатены I (табл.I),.где в илистой фракции почв наблюдается значительное увеличение отаосителького содержания Ге2 + от влювиаль-ной части ландшафте к аккумулятивной (от 2% до 15-20% соответственно). В илистой фракции почвы элювиальной части ландшафта кроме резкого уменьшения Ре2+наблюдается заметное сокращение доли силикатного по сравнению с породой, что также свидетельствует об интенсивном выветривании (рис.2, I) . ч

ИО 6 почВе ' Ив В шистоа фракции

Рма.г. Рлспр^А^л^ннв Рва + о смлккмюі по пробил» почв,

(Ы) - иоаер* почденних .профилей . (Табл. I).

В связи с анализом величины отношения рег + 'Раз* обращает на себя внимание профшь- пойменво-луговой почвы <т.34>. Уменьшение относительного содержания Реа+ при сравнительно низком ОБП объясняется не процессами, происходящими лишь в системе мезокатены, т.е. по отношению к почве, занимапцей элювиальную позицию (т.32), а процессами современной аккумуляции твердого и жидкого стока со всего водосборного бассейна,сложенного Ре-И морскими отложениями в верхней его части (табл.1). По- видимому, отношение Рег + /Ра3+ определяется не только актуальным состоянием среды (ОВП), но и длительностью воздействия всех факторов и процессов выветривания.' '

В то время как приведенные выше показатели состояния Га в твердой фазе отражают длительные процессы формирования почв и ландшафтов, распределение ре в жидкой фазе. ( почвенных растворах, грунтовал и поверхностных водах) есть результат, главным образом, современных процессов и также демонстрирует зависимость от почвенно-геохимических условий. Концентрация Ра в почвенных растворах колеб-

летел от 0.01 до 0.7 ыг/д и имеет тенденцию роста при возрастании их-общей минерализации. Для верхних горизонтов почв элювиальных позиций характерны наименьшие значения приведенного интервала, для подчиненных гидроморфкнх почв - наибольшие. Это свидетельствует' о наличии миграции соединений Ре в степных ландвафтах,что, возможно, отчасти и приводит к отмечаемым вше закономерностям распределения его в твердой фазе почв. -

Таблица 3. Сравнительная характеристика орошаемых и неорошаемых черноземов обыкновенных

рире». mtiit, I ш. С ерг. Crt/CtL CiHl C|m CM, Biittpii Iitpo utm

гормса? ек D JWIM - % t MJOplt. РЙ n«m «tin

D^itlN ■ tolel.J It H /r lit r tmt 1/r itm

71 1Ш t-17 Q.W.7 1.1] 3.1 11.» S.«3 429 7.75 Sl.l ть It

9»1ш 1.» 1.» t.B t.m 465 7.» 41.7 Ш1 t.i

tpcuMta B-JJ 1.31 1,1 1.61 ».013 Mi a.io 8.) 1566 »5

- to ill Itiia i

Pi Ш. ft ClIIUIK*. ft CMtOftlOe

1 1 от Ft Ш. OtplCf.

(FtKO) (or ft Ш,

J. В 71.7 11.3

(1.1 13.1

l.M 77.3 17,3

FeOOl ЯзМ-1(5 13.» I t or U Ml M tpuul <ЙИ

ft wort., t IT It Ш. ft IDJIBMt. Ft МД0р1С». i tt 1 10«. HtTBOpe, «г/«

вмрг. РР» n>

i* 1.1 19.1 J.1 1.37 _

и 1.5 1.9 1.2 it.» 50.1 »,61 1.19 I.St t.W

11

I (fl»135 »] 11

Дополнительные возможности для изучения поведения Fe в современных условиях в степных почвах, а также для сопоставления природного и антропогенного процессов трансформации его соединений представляет исследование орошаемых почв. Анализировался результат 30 -летнего орошения черноземов обыкновенных* в сравнительно благоприятных условиях (т.90;71, табл.1). Изменение водного режима при оро-, тении, которое в данном случае приводит к увеличению влажности поч- ^ вы и усилению элювиальных процессов, выражается в заметном изменении биогеохимических условий трансформации железа ( табл.3).

В результате, за сравнительно короткий период в верхних горн-зонтах орошаемых почв, остающихся в рамках условий и показателей,

* Работ* вшолнамсь в рмисьх сотрудничаем между ИГМС РАН к Руиииекого ИМ агрохмжми и поч»ов«д«нм» с уэдтк«м автор«, А. Вас у ш И.сотмиу. Прикппш« иоробИМОТОТЮПП Н некоторые ПШПИП9 дмпш* (по в*?однк* Vaeu.1934) получ*кы румынскими к«м«гш •

характерных,для черноземов, отмечается отчетливая 'перестройка комплекса железистых соединений .свидетельствующая о наличии современных процессов трансформации и миграции Ре в условиях степной зоны. Однако направленность этих преобразований, на наш взгляд, несколько иная, чем в природных элювиальных условиях, что объясняется, очевидно, спецификой водного режима.■В денном случае, по- видимому , преобладает процесс выноса соединений железа при увеличении его подвижности в результате трансформационных преобразований при изменившихся условиях среды, включая и микробиологическую активность.

На основании полученных данных (табл.2; рис.1,2) поведение Ре в степных почвах можно представить следующим образом.' Железо высвобождается из кристаллической решетки слоистых силикатов в процессе выветривания .частично образуя высокодислерсные гидрооксида ; миг-рирация происходит в форме высокодисперсных гидроокислов (в коллоидной мути) ¿»5-25 н* и (или) Ре- органических комплексов. Коагуляция и осаждение соединений железа происходит на геохимическом барьере, связанном,о изменением ионной силы почвенных растворов.

ГЛАВА 4 .' МАГНИТНАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ ИЗУЧЕННЫХ ПОЧВ.

Изучение магнитной восприимчивости (X) выполнено с цельп выявления закономерностей изменения этого параметра в почвах геохимически сопряженных ландшафтов и получения информации ох» как интег-ративной, экспрессво получаемой характеристики распределения соединений железа в почвах. При этом представлялось важным определить •¡очку зрения на факторы,обуславливащие колеОаний % в почвах» являются ли они результатом биогеохимических процессов почвообразования, т.е. генезиса почв , либо определяются другими факторами, не связанными с почвообразованием.Удельную магнитную восприимчивость измеряли на приборе ИМВ-2 и КТ-5 (ЧОФР).

Для определения пространственной вариабельности Х> а также для оценки ее связи с прсфшышм строением почвы проводились морфологические описания и статистическая обработка данных, полученных по 19 скважинам и 1.реперному разрезу. Результаты свидетельствуют о невысокой пространственной вариабельности сравнение статистических характеристик % Для границы и середины генетических горизонтов указывает на связь статистических параметров со строением почвы, следовательно, величина % обусловлена генетически (табл. 4).По величинам % выделяются шесть групп объектов (табл.6).Сравнение средних

Таблица 4.Статистические характеристики удельной магнитной восприимчивости чернозема т.18 :( )|<№6 ссеи).

Горизонт, его мощность, см глуоина отбора образца, см П М о2 А. 1 П

Ап»х 0-20 0-10 19 46 9.8 4

10-20 19 41 13.7 6

А1 20-73 40-60 19 39 2.5 3

70-80 19 36 12.9 5

АВ 73-110 80-90 19 36 3-8 - 3

100-120 1? зо го.о 9

Еримечанив: п -численность выборки, -среднее арифметическое ,о2 -дисперсия, П -численность выборки при ГС>,90*10$

Таблица 5.Удельная магнитная восприимчивость почв и пород.

Объект

Элювий морских 'Рв-Н отложений (водоразделы),

Делювий морски: Р&-Н отложений (склоны) Лессовые отложения

Пойменные отложения

Почвы (гор.А и АВ) Погребенные гумусовые гор.

Интервалы глубин отбора,м

2-5

1.7-4 2-8 1.5-6 0-6.8

3-7

5.9

9.0 17.4 19.0 42.0

45-4

величин % перечисленных объектов показало отсутствие на уровне значимости 5% достоверных ' различий между X пойменных'« лессовых отложений, а также между гумусовыми горизонтами современных и погребенных почв. Другие объекты значимо различаются

по х-

Магнитная восприимчивость почв в пределах исследованной террмто-

_рш выше х материнских

пород. Известно, что

Пределы

ЙЙЙ, степень этого превнше-

—--— ния зависит от ряда

факторов, в том числе содержания органического вещества, окислительно-восстановительных условий. Однако выявление связи между X почв и положением их в макро-катене. затруднено в связи со сменой почво-образугаих пород. Для сравнительного анализа близких по генезису и значениям % почв,рассматриваемых в данном случае, использовался показатель л%, определящий средний прирост % в почве по сравнению с материнской породой и позволяющий более полно отразить особенности % почвенного профиля. Величина Ах определялась как средневзвешенная для почвенного профиля разность между % в генетических горизонтах или слоях почвы и х породы.Величина Ах изученных почв положительна и связана с положением почвы в ландшафте (рис.За). Прирост х в почвенном профите по сравнению с материнской

1.5-Ю.5

7.6-11-э 12.0-25.0 ю.о-32.4 21.8-56.5

21.3-82.3

породой уменьшается от елпеиаяьнцх к почвам аккумулятивных ландшафтов, что соответствует панижени» ОВП и содержания органического вещества (табл.1). В направлении от элшнальной к аккумулятивной части мезокэтен прослеживается также тенденция уменьшения с Увеличением отнесением Те«/?«.* (о-оксалатная вытяхха;<1- цитрат- дитио-нитовая виттака) (рис.Зб), которое может Сыть интерпретировано как ослабление процессов кристаллизации свободна форт соединений у«.

1-4 копр« н*

0.2

. а О

Рис.3, а- Зависимость от положения почвы в лавдиафте; б- Связь Ду с соотношением аморфшх н несиликатных фош

железа

Рис,4.Изменение магнитной восприимчивости ¿V почв во времени ( (сухостепная зона Северного Прикаспия).

1- кмггмег»м «И«». с»мр«м ист» Эль тоне КОЙ равнины; 2- емтло-

мштиовы почм, »тори» ,тдвййа«нмя г*рр*сс* Вояг»-Ахтубы1

Э- яамьновм почв»,с*»*р»-аосточмя охршн* Зли-онсксЛ ринюш. '

Существенную роль В формировании состояния Ре играют биоклиматаческве факторы. Изучение почв, погребенных под курганами 'различного возраста, показало, что прямо связано с длительностью автоморф-

того почвообразования и ;особенностями педогенеза, ¡обусловленными, главам образом, биологическим Фактором (рте.4).проведение этих наблюдений позволяет оценить в такой сложной, многофшпогяой системе, как почва, влияние биологического

5 4 3 г 1. о ■ ВРЕМЯ, тис .лет назад

фактора, выраженного длительностью процесса почвообразования, иа изменение магнитной восприимчивости почв, а, следовательно, и состояние соединений железа в почвах.

Факт увеличения доли окисленных форм соединений железа с возрастом территории отмечался в ряде работ М1ехапйег, 1974; АгсШ1по а1.,1904), где показана взаимосвязь возраста почв с соотношением аморфного (Ре«> и несиликатного (Ре«*) железа, получаемых оксалатной и цитрат-дитионитовой вытяжками. В изученных нами педохронорядах закономерного изменения соотношения "химических" форм железа не выявлено. По-видимому, длительность временного интервала (около б тыс.лет ) оказалось недостаточной для заметного изменения Ре^/Ре^. Этот факт свидетельствует о том, что ¿х является более чувствительным показателем по сравнению с результатами, получаемыми с помощью химических вытяжек .

ВЫВОДУ. ' - -

Состояние соединений железа сингенетично процессам почвообразования, Ре играет активную роль в почвеино-геохимических процессах степной зоны, что позволяет использовать его состояние в качестве информативного показателя направленности почвенно-геохинических процессов при действии природных и антропогенных факторов.

1 .Соотношение у«2*/те3* в почвах отражает интенсивность процессов выветривания в почвах в зависимости от положения в ландшафте и определяется не только актуальным состоянием среды <0Ш), но прежде всего длительность» воздействия всех факторов и процессов выветривания. V

2.Соотношение Ре3-*- в октаэдрических позициях закономерно изменяется .свидетельствуя о тенденции диоктаэдризации илистого материала при интенсификации процесса выветривания, что является результатом разрушения менее устойчивых триоктаэдрических силикатов и относительного накопления диоктаедрических, а также несиликатных форм железа, представленных в основном высокодисперсшм гетитом с ^ размером кристаллитов 10-25 гш>.

3. В отличии от природного элювиального процесса, (три орошении направленность преобразования соединений Ре несколько иная и определяется тенденцией преобладания их выноса на фоне увеличения подвижности в результате трансформационных преобразований при изменившихся условиях среда, в том числе микробиологаческой активности.

4.Магнитная восприимчивость почв <х)~ генетическая характерно-

тика почвообразовательного процесса, отражающая распределение и состояние соединений железа в почвах и ландшафтах,'Почвы водоразделов имеют наибольшую величину средневзвешенного прироста %в почвенном прсфие по сравнению с материнской породой (Ах), почвы пойм наименьшую.

5.Величина магнитной восприимчивости почв закономерно изменяется во времени, что выражается в увеличении средневзвешенного прироста Ь% с увеличением возраста почв. Это позволяет предложить новый метод датирования палеопочв, нарушенных археологических памятников, а также голоценових почв, погребенных под естественными наносами. .

6.Геохимическое -поведение железа в степных ландшафтах (щелочная, окислительная среда) представляется, вероятно, следующий обра-' зом. Железо высвобождается^э кристаллической решетки слоистых силикатов в процессе выветривалия .частично образуя высоко дисперсные гидрооксиды, миграция происходит в форме высокодисперсных гидрооксидов * (в коллоидной мути) <1=5-25 на и (или) Ре-органических комплексов. Коагуляция и осаждение соединений железа происходит на геохимическом барьере, связанном с изменением'ионной силы почвенных растворов. '

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ^

1.0 возможности использования магнитной восприимчивости для изучения эволщии .почв. .Сб. Эволюция и возраст ' почв СССР, Пущино,1986,с.101-109 ( в соавт),

3 '. Магнитная восприимчивость почв сопряженных ландшафтов..Почвоведение Л 8, 1983, С 27-35, ( В соавтУ."

4 .Минералогический состав илистой фракции "почв сопряженных ландшафтов ■ центра Ставропольской возвышенности.Почвоведение- * 9,1988, с.113-124 ( в соавт)."

5. Магнитная восприимчивость как показатель направленности и скорости развития- степных ландшафтов в голоцене. Сб.Естественная и антропогенная эволюция почв, Пущино 1988, с.16-20 ( в соавт).

6.Палеопедологическое изучение археологических памятников степной ЗОНЫ. Изв.АН СССР сер.геогра$ическая, 1989, с.40-51, ( в соавт).

7.Состав почвенных растворов агроценозов Предкавказья и его изменение при орошении.СО.Почвенно-биогеоценологические исследования', на северо-западном Кавказе, Пущино, 1990, с.115-121 ( в соавт).

з.Распределение форм соединений железа1 и особенности железистых.

новообразований- в почвах степных ландшафтов Северного Кавказа. Тез;конф. ре- конкреции в почвах» Состав, генезис, строение." Тбилиси, 1990^ с.28 ( в соавт). . . ,"'■'>** 9-Новый метод подготовки высокодисперсных: фракций почв для рент-гевофазового анализа. Почвоведение, N4, 1991, с.179-183.(в соавт) 10. Hineralogioal composition оГ soil geoohemioal topoaequenoe inoluding swel-ehrinK soil. Abe.Classif. .management and use potential of "swell-shrink Boils,p.52-53,Nagpur,India, 1908 tВ соавт). " tT^Magnetio susceptibility; of soils in.a catena .Soviet Soil. Sai.vol/issue. 21/4 page 78-8б„.1989 (в соавт). . .12.Mineralogioal composition of- clay fraotion from soils on linked Bites in the Central Stavropol upland.Soviet .Soil Soi.yol/is-sue 21/5 page 57-69, 1989 ;(в соавт). *

Influence of biogeoohemioal 'faotors on mineralogioal composition in .connected landsoapes.Abst.9th Int.Sym.on environmental biogeochemistry, Hoeoow, 1909 ( в соавт)., . ,

14.Contributions to knowing the modifications of the Uaroulesti verroio ohemoaem.ln."Contributia statlunii de oeroetari pentru oulturi/irigate Kaoulates la devoltarea agrioulturii Etaraganului 1929-1989■'(Redaot ia de ' propaganda tebnioa agricola.Buoharest, 1989, p.339-363.(в соавт). \ . *

15.Fluids in soils and. sediments of steppe zone .Plinius,n.5. 1991.PP-262-263 (в соавт). -' l - ^

16.Geoohemioal regularities of clay-Biz extract ion,organisation in soils of .ateppe landscapes.Proo.7 th - Euroclayt.Conf.,Dresden, 1991, pp.25-30 ( в соавт). ' " - :IV " •

17- Clay fraotion state in red-soils- (subtropios. of Georgia).Proo 5th International meeting Eurolat'91,Berlin,pp.9-14 ( в соавт). -18.Iron compounds in soils.of steppe landscapes. Proo.7 th Euro-olay ConX., Dresden,. 1991pp. 18-25 (. в соавт).

31.08.92 г. Зак. 5Q74P Тир.125 эхз. Уч.-изд.л. 1.0 Отпечатано на ротапринте в ОНХИ ПНЦ РАН .„'_■;■.