научная статья по теме ДИАГНОСТИКА ОГЛЕЕНИЯ В УСЛОВИЯХ НИЗКОГО СОДЕРЖАНИЯ ОКСИДОВ ЖЕЛЕЗА (НА ПРИМЕРЕ ПОЧВ ТУНДРЫ КОЛЫМСКОЙ НИЗМЕННОСТИ) Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ДИАГНОСТИКА ОГЛЕЕНИЯ В УСЛОВИЯХ НИЗКОГО СОДЕРЖАНИЯ ОКСИДОВ ЖЕЛЕЗА (НА ПРИМЕРЕ ПОЧВ ТУНДРЫ КОЛЫМСКОЙ НИЗМЕННОСТИ)»

ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2008, № 3, с. 261-279

ГЕНЕЗИС ^^^^^^^^^^^^^^

И ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ

УДК 631.43

ДИАГНОСТИКА ОГЛЕЕИИЯ В УСЛОВИЯХ НИЗКОГО СОДЕРЖАНИЯ ОКСИДОВ ЖЕЛЕЗА (НА ПРИМЕРЕ ПОЧВ ТУНДРЫ КОЛЫМСКОЙ

НИЗМЕННОСТИ)

© 2008 г. Ю. Н. Водяницкий1, Н. С. Мергелов2, С. В. Горячкин2

1Почвенный институт им. ВВ. Докучаева РАСХН, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7 2Институт географии РАН, 119017, Москва, Старомонетный пер., 29 Поступила в редакцию 04.10.2006 г.

Оксидно-железистая матрица оказывает решающее воздействие на проявление глеегенеза. При высоком содержании (гидр)оксидов железа их редукция приводит к радикальному изменению цвета горизонта от теплых к холодным тонам, что характерно для почв Русской равнины. При низком содержании (гидр)оксидов железа редукция Fe распространяется на филлосиликаты с минимальным изменением цвета горизонта. Холодный тон криогидроморфных почв Колымской низменности обусловлен цветом литогенной матрицы с малым количеством (гидр)оксидов Fe. В этих условиях цветовые характеристики, выраженные как в системе Манселла, так и в системе CIE-L*a*b*, оказываются малоэффективными. Эффективность колориметрических методов возрастает после обработки пероксидом водорода: глеевые горизонты зеленеют, а непереувлажненные - краснеют. Физические методы (каппаметрия, мессбауэровская спектроскопия) более эффективно характеризуют свойства соединений железа в криогидроморфных почвах, чем методы химической экстракции. Высокую эффективность показала мессбауэровская спектроскопия: в оглеенных горизонтах уменьшается показатель окисленности железа Ко = Fe3+/(Fe2+ + Fe3+). Химические реактивы (Тамма и Мера-Джексона) растворяют Fe-филлосиликаты и не селективны в почвах с низким содержанием (гидр)оксидов железа.

ВВЕДЕНИЕ

На современном этапе развития генетического почвоведения большое внимание уделяется особенностям почвообразующих пород, на которых происходит формирование и развитие почв [10]. В предлагаемой новой классификации почв России [19] ветви петрографо-минералогического потенциала учитывается состав преобладающих и глинистых минералов (карбонатные, гипсоносные, силикатные генерации, в том числе сиаллитные смектитовые, сиаллитные смешанослойные, стекловидные и т.д.). Между тем известно, что качественный состав (гидр)оксидов железа также может оказывать существенное влияние на способность субстрата к трансформации в процессе выветривания и почвообразования, например, наличие гематита иногда приводит к ослаблению элювиальных процессов в лесной зоне Европейской территории России [6, 20]. По-видимому, наиболее сильное влияние "оксидно-железистая матрица" оказывает на почвообразовательные процессы, в которых активное участие принимает железо: рубефикация, брюнификация, альфегуму-совая миграция и, особенно, оглеение.

Изучению процесса оглеения посвящена обширная литература [14, 26 и др.]. В целом оглеение понимается как биохимический процесс ре-

дукции Fe и других элементов под воздействием органического вещества и биоты.

В данной статье используется не процессное, а скорее морфосубстратное понятие "глея" как минеральной массы, имеющей монотонно "холодную" окраску (серую, сизую, зеленую) или представленную чередованием морфонов "теплых" и "холодных" тонов, и приобретшую данные мор-фохроматические признаки в результате многообразных по формам восстановительных и/или окислительно-восстановительных процессов, затрагивающих несиликатные соединения железа. Механизмы, формирующие описанные морфо-хроматические признаки, могут быть весьма разные, в частности:

1. Восстановление железа без удаления или с частичным удалением из профиля, часто с образованием неустойчивых соединений 2-валентного железа ("green rust"), имеющих зеленоватый оттенок. Такие горизонты визуально воспринимаются зеленоватыми, сизыми, голубоватыми, сероватыми.

Данный механизм, описанный, в частности, A.A. Роде и И.П. Герасимовым, не предусматривает обязательного удаления редуцированного железа из горизонта, и в наибольшей степени реализуется при застойном режиме на переувлажненных грунтовыми водами субстратах.

2. Элювиально- и сегрегационно-глеевые процессы. Восстановление железа in situ, увеличение его подвижности, удаление из морфона/горизон-та/профиля. Серая, сизая окраска обусловлена цветом минералов, лишенных Ре-(гидр)оксидных пленок. Этот механизм вписывается в расширенное "элювиальное" понимание термина "глей" Г.Н. Высоцким и Ф.Р. Зайдельманом.

В Международной базе почвенных данных [46] в качестве основного процесса, определяющего сизый тон оглеенного горизонта, рассматривается редукция гидроксидов железа: Ре(ОН)3 —-Ре2+, что определяет значение парциального давления водорода в почвенном растворе гН < 19. Это вписывается в первый механизм и не отменяет второго.

По мнению авторов, в формировании "глея", глеевой окраски почв могут участвовать все перечисленные механизмы. Однако для реализации любого из них необходимо, чтобы в почве присутствовал объект трансформации - (гидр)окси-ды железа. Для почв Европы, при исследовании которых и сформировалось предложенное Высоцким понятие "глей", это условие казалось само собой разумеющимся и до сих пор специально нигде не оговаривается.

Но во многих областях мира "оксидно-железистая матрица" существенно иная, например, в ряде почв и почвообразующих пород северо-Востока Евразии. Здесь содержание оксидов железа в субстрате мало, что влияет на специфику процесса оглеения. Поэтому в местных криогидроморф-ных почвах идентифицировать почвообразовательный процесс оглеения по сизому холодному тону горизонта надо с большой осторожностью. В этих почвах есть высокая вероятность сохранения сизого цвета от материнской породы. В таких условиях возможна также редукция Fe(III) в решетке филлосиликатов при несущественном изменении цвета субстрата. Таким образом, природа конкретного сизого горизонта может быть различной. Горизонты можно определить как: 1) глей (актуальный или унаследованный), образовавшийся в результате редукции (гидр)оксидов железа; 2) глей, где "холодный" тон слабо усилился в результате редукции Fe(III) в решетке филлосиликатов; 3) восстановленная материнская порода, унаследовавшая "холодный" тон.

Анализ накопленных знаний по почвам Колымской низменности и всего северо-востока Евразии в целом [11, 13, 16, 22, 27, 28] показывает, что трудности диагностики процессов оглеения привели к тому, что вопрос о классификационном положении криогидроморфных почв не решен. Ряд исследователей [16] относят почвы этой группы к глеевым (тундровые глеевые, гле-еземы), тогда как в работах Соколова [25] схожие морфологические признаки трактуются как след-

ствие криогидроморфного, но не глеевого почвообразования, что позволяет отнести эти почвы к криоземам. Ведущую роль в диагностике таких почв до сих пор играют морфологические признаки и, прежде всего, цвет почвы, которые малоэффективны при редукции силикатного железа. Недостаточность визуальных качественных и полуколичественных (шкала Манселла) оценок цвета определяет необходимость использования новых оптических, а также химических и минералогических показателей для диагностики процесса оглеения.

Целью настоящей работы является установление особенностей и механизмов процесса оглеения в криогидроморфных почвах Колымской низменности с использованием новых оптических, химических и минералогических показателей.

ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами исследования стали суглинистые криогидроморфные глеевые и неглеевые почвы тундровой зоны Колымской низменности. Среднегодовая температура воздуха на севере Колымской низменности составляет -11...-14°С, среднемесячная температура июля + 6.+12°С. Продолжительность периода положительных среднесуточных температур - 110-120 суток. За год выпадает 150— 300 мм осадков (60—100 мм летом), коэффициент увлажнения 0.6—0.9. Среди почвообразующих пород наибольшее распространение имеют схожие по составу высокольдистые отложения лёссово-ледо-вого комплекса (едома), сформировавшиеся в верхнеплейстоценовое время. Отложения расчленены термокарстовыми формами, образование которых было наиболее активно в период оптимума голоцена.

Следует отметить ряд генетических особенностей почвообразующих пород, которые имеют принципиальное значение для понимания механизмов формирования "холодной" окраски почв Колымской низменности.

1. Отложения лёссово-ледового комплекса представляют собой педолитоседименты, которые, в соответствии с современными представлениями, имеют сложный генезис и были сформированы в результате как озерно-аллювиальных, так и эоловых процессов.

2. Отложения лёссово-ледового комплекса имеют окраску в основном "холодных" тонов — от серо-сизого, оливкового до коричнево- или буро-серого.

3. Минералы, сформировавшие отложения, изначально имеют преимущественно "холодную" окраску. По данным Ю.В. Кузнецова (цит. по [12]), среди глинистых минералов преобладают хлорит и гидромусковит, в составе которых Ре в основном находится в 2-валентной форме.

4. В верхней части отложений присутствует так называемый "покровный" слой [12]. Он был сформирован в период голоценового потепления, имеет мощность 1-2.5 м и характеризуется отсутствием полигональных жил льда. "Покровный" слой едомы являлся деятельным слоем периода максимального потепления, когда глубина прота-ивания в несколько раз превышала современную. В период термического максимума субстрат "покровного" слоя вероятно характеризовался большой влажностью, в том числе и за счет вытаива-ния подземных льдов, составлявших 30-70% объема породы. Это безусловно приводило к развитию восстановительных процессов, что проявилось, например, в образовании осветленных оглеенных прослоев, маркирующих подошву "покровного" слоя [12]. Наличие в субстрате микроаккумуляций сульфидов также указывает на восстановительную обстановку в тот период. По мере похолодания большая часть "покровного" слоя, перейдя в мерзлое состояние, законсервировала перечисленные свойства. В таком субстрате формируется ряд современных почв Колымской низменности.

5. В ходе развития и эволюции ландшафта резко менялась геоморфологическая ситуация, прои

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком