ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2004, № 1, с. 50-59
УДК 631.416.8
ХИМИЯ
почв
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ЗОНАЛЬНЫХ ПОЧВ ЦЕНТРАЛЬНОГО ЧЕРНОЗЕМЬЯ
© 2004 г. Н. А. Протасова, А. П. Щербаков
Воронежский госуниверситет 394693, Воронеж, Университетская пл., 1 Поступила в редакцию 01.07.2002 г.
Изучены особенности формирования микроэлементного состава зональных почв Центрального Черноземья. Формирование микроэлементного состава серых лесных почв протекает по элювиально-иллювиальному типу. Главную роль в формировании микроэлементного состава черноземов играют процессы гумусообразования, гумусонакопления, биогенной аккумуляции, в меньшей степени -выщелачивания, иллювиирования и лессиважа. Микроэлементный состав зональных почв отражает генетические особенности каждого почвенного подтипа.
ВВЕДЕНИЕ
Микроэлементный состав почв оказывает чрезвычайно большое влияние на их плодородие, является важнейшим показателем химического состояния почв, их свойств и генезиса. Формирование микроэлементного состава почв подчиняется определенным закономерностям, обусловленным действием многих факторов, и является результатом весьма сложных и многообразных биогеохимических процессов. Как свидетельствуют работы, проведенные во многих регионах страны, профиль почв различных типов всегда в той или иной степени дифференцирован по микроэлементному составу [4, 7, 12, 14-17, 21, 22].
По мнению В.В. Добровольского, сочетание варьирующих минерало-геохимических особенностей почвообразующих пород с процессами, протекающими в разных типах почв, обусловили сильную пестроту микроэлементного состава почвенного покрова суши. Содержание микроэлементов в почве служит лишь исходным уровнем для дальнейшего биогеохимического перераспределения элементов [10]. Ильиным на примере почв южной части Западной Сибири убедительно показано, что количество Мп, Си, В, Мо тесно связано с гранулометрическим и минералогическим составом почвообразующих пород и почв, обогащенностью почв органическим веществом, направлением и глубиной процесса почвообразования, а также с другими процессами, идущими в зоне гипергенеза, такими, как гидрогенная миграция и аккумуляция солей, эоловый процесс, подпитывание почвенной толщи грунтовыми водами, обогащенными микроэлементами и т.п. [12]. Изучая закономерности распределения Мп, 2п, Си, Со, Мо, В, I в различных типах почв таежно-лесной и лесостепной зон Удмуртии, Кузнецов отмечает, что главную роль в формировании микроэлементного состава почв играют про-
цессы биогенной аккумуляции и выщелачивания [16]. Исходя из концепции о системной организации соединений химических элементов в почвах, Мотузова пришла к выводу, что по мере развития, усложнения и углубления процесса почвообразования структура системы соединений химических элементов усложняется [17]. Из этих работ следует, что формирование химического состава почв происходит в результате множества взаимосвязанных процессов трансформации и перераспределения вещества и энергии, протекающих на вещественно-фазовом уровне.
Несмотря на имеющиеся публикации, раскрывающие некоторые аспекты формирования микроэлементного состава различных типов почв (роль гумусообразования, подстилкообразова-ния, торфообразования, оподзоливания, оглини-вания) во внутрипрофильном и пространственном распределении микроэлементов, полной ясности в этом сложном вопросе нет.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
С целью изучения особенностей формирования микроэлементного состава лесостепных и степных почв Центрального Черноземья были исследованы закономерности пространственного и внутрипрофильного распределения тяжелых металлов (Сг, V, N1, Мп, 2п, Си, Со), металлов-ги-дролизатов (Т1, 2г, ва), щелочноземельных металлов (Ва, Бг) и Ве, В, I, Мо в светло-серых лесных, серых лесных, темно-серых лесных почвах, оподзоленных, выщелоченных, типичных, обыкновенных и южных черноземах. Валовое содержание микроэлементов определяли по методу трех эталонов спектрального эмиссионного атомного анализа, их подвижных форм - методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии [18, 23]. Данные о содержании микроэлементов в ге-
нетических горизонтах изученных почв были обработаны с использованием программы Stadia. Закономерности распределения микроэлементов в зональных почвах региона отражены в наших ранее опубликованных работах [20, 21, 24].
ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ
Детальные исследования серых лесных почв Центрального Черноземья, проведенные Ахтыр-цевым в 1980 г., показали, что их химический состав формируется при участии следующих почвенных процессов: 1) поступление органических остатков в почву, гумусонакопление и связанная с ним биогенная аккумуляция зольных веществ; 2) выщелачивание карбонатов и легкорастворимых солей и миграция гумусовых веществ и продуктов распада минералов в форме металлорга-нических и закисных соединений в глубокие горизонты, а частично и за пределы почвенного профиля; 3) лессиваж; 4) оглинивание иллювиального горизонта за счет новообразования глинистых минералов из продуктов выветривания полевых шпатов. Кроме того, в кислой среде, характерной для серых лесных почв, происходит активное вытеснение сорбированных металлов-микроэлементов ионами водорода [4].
Качественный микроэлементный состав поч-вообразующих пород, на которых формируются серые лесные почвы северо-западной части региона, можно представить в виде следующего ряда:
Ti > Ba > Zr > Mn > Sr > V > Cr > Zn > B > Ni > > Ga > Cu > Co > Mo > I > Be.
В процессе почвообразования уровень содержания большинства микроэлементов в серых лесных почвах почти не изменяется, за исключением Mn и L. Под влиянием гумусообразования и гуму-сонакопления происходит биогенная аккумуляция этих микроэлементов, и микроэлементный состав серых лесных почв приобретает несколько другой вид:
Ti > Mn > Ba > Zr > Sr > V > Cr > Zn > B > > Ni > Ga > Cu > Co > I > Mo > Be.
В условиях усиления биогенной аккумуляции, сопровождаемой накоплением гумуса фульватно-гуматного типа, развития оглинивания в иллювиальном горизонте и ослабления процессов лесси-важа и ограничения миграции металлорганичес-ких соединений формируется микроэлементный профиль темно-серых лесных почв со слабо дифференцированным по генетическим горизонтам микроэлементным составом. Для этих почв характерен не ярко выраженный элювиально-иллювиальный тип распределения B, I, Mo, биогенная аккумуляция в гор. А валовых Mn, V, Zn, Cu, Ti, B, I и подвижных соединений Mn, Co, Cu, Zn, B,
Мо. По данным Адерихина и Копаевой до 48% Си связано с минеральной частью темно-серых лесных почв, 17% - с гуминовыми кислотами и 37% -фульвокислотами [2].
Усиление процессов лессиважа сопровождаются вымыванием высокодисперсных частиц из верхней части профиля и осаждением их в иллювиальном горизонте. В илистой фракции интенсивно концентрируются Си, Zn и в меньшей степени - Мп, Со. С глубиной их относительное накопление в иле возрастает [1]. На фоне возрастания миграции металлорганических соединений и оподзоливания, а также оглинивания и ослабления гумусонакопления, при котором образуется гуматно-фульватный тип гумуса, формируется микроэлементный профиль светло-серых лесных почв с резко дифференцированным микроэлементным составом по генетическим горизонтам. В этих почвах наблюдаются хорошо выраженное распределение Сг, V, N1, Zn, Си, Со, Т1, Ва, В, I, Мо по элювиально-иллювиальному типу, биогенная аккумуляция валовых Мп, Мо, I и подвижных соединений Мп, Си, В, Мо (рисунок, I). По данным Адерихина и Копаевой 53-64% от валового содержания Си и Zn находится в минеральной части этих почв, 8-14% - в гуминовых кислотах и 24-38% - в фульвокислотах [2]. Мп не распределяется по элювиально-иллювиальному типу. По мнению Ильина, этот элемент слабо связан с глинистой фракцией. Кроме того, в оподзо-ленных горизонтах образуются Мп-новообразования, которые компенсируют убыль микроэлемента в результате элювиирования [10].
Интенсивность основных почвенных процессов, определяющих формирование микроэлементного состава серых лесных почв региона, изменяется на подтиповом уровне. В подтипе серых лесных почв оподзоливание выражено слабо, поэтому только Сг, V, Zn, Си, Со, Т1, I, Мо распределяются по элювиально-иллювиальному типу, и в биогенной аккумуляции участвуют валовые Мп, Zn, Си, Ва, В, I, Мо и подвижные соединения Мп, Со, В, Мо.
Наибольшая интенсивность биогенной аккумуляции микроэлементов наблюдается в темно-серых лесных почвах, расположенных под лесом [21]. Это явление объясняется поступлением микроэлементов из лесной подстилки, являющейся концентратором, в частности, тяжелых металлов. Кроме того, биогенное накопление микроэлементов в серых лесных почвах связано и с тем, что почвенные беспозвоночные избирательно концентрируют Мо, Zn, в меньшей степени - Си, Со, N1, Бг [10]. Величины коэффициентов аккумуляции показывают, что только Мп, Мо, I, Т1, Zг накапливаются во всех подтипах серых лесных почв региона (табл. 1), причем биогенная аккумуляция несомненна для элементов-биофилов - Мп,
(Л
to
я
О Л ш о ш
M
и
M
я s
M
Kl о о
Мп
I мг/кг 300 900
СМ
Мп
мг/кг 500 700
Мп11 I Zn
30 100 40 50
Zn11 I Cu 0.05 0.20 14 20
Мп I Мп11
I мг/кг 600 700 10 50
Zn11 I Cu 0.1 0.3 15 20 25
В11 I J I J11 I Mo
1.2 1.8 4 5 60.070.101.5 2.Ü
Mo111 Ti 0.06 0.10 3000
5000
Sr
100 300
Я ч О
H >
о о
и >
в
m ч
и >
О и
я
о л ш о ш м и м
я я
м
о о
Мп
мг/кг 600
Мп11
10 50
Ъъ
5060
/,11" 0.1 0.2
Си" | Со
2 4 11 15
И
3000 5000
1 | Г
2 4 0.05 1.00
Ж
Мо | Мо11
1 2 0.100.15
Бг
100 300
Распределение микроэлементов по профилю почв: I - светло-серой лесной, II - выщелоченного чернозема, III - типичного чернозема, IV - обыкновенного чернозема. В11, Мо11, п1, Мп11, Тпа, Си11, Со11 - подвижные формы микроэлементов.
О о
0
01 и
X Д
О о ч к
о о
ч 2 к
ч О
и
>
X к
к я
ч О и; й т 2 т X Ч X О ч О
о о о
ч >
и
>
(Л
Таблица 1. Коэффициенты аккумуляции микроэлементов в гумусовом горизонте почв Центрального Черноземья
Почва, повторность Сг V N1 Мп 7п Си Со Т1 7г Ва Бг В I Мо
Светло-серая лесная, 10 0.6 0.6 0.9 2.8 0.9 0.9 1 1.1
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.