научная статья по теме РОЛЬ ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ В ФОРМИРОВАНИИ МИГРАЦИОННЫХ МАССОПОТОКОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «РОЛЬ ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ В ФОРМИРОВАНИИ МИГРАЦИОННЫХ МАССОПОТОКОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ»

ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2004, № 1, с. 32-39

ХИМИЯ ПОЧВ

УДК 631.04

РОЛЬ ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ В ФОРМИРОВАНИИ МИГРАЦИОННЫХ МАССОПОТОКОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ*

© 2004 г. В. В. Добровольский

Географический факультет Московского педагогического государственного университета

129278, Москва, ул. Кибальчича, 16 Поступила в редакцию 21.01.2003 г.

Проведено сравнительное изучение микрогранулометрического состава высокодисперсных частиц черноземов и дерновоподзолистой почвы, сформированных на однотипной почвообразующей породе - покровных лёссовидных суглинках. Изучено содержание Бе, Zn и Си в легкомобилизуемых высокодисперсных частицах, образованных до и после разрушения микроагрегатов частиц с полимолекулярными пленками гуминовых кислот. Показано, что тяжелые металлы, содержащиеся в гу-миновых кислотах, фиксированных на высокодисперсных частицах почв, являются особой миграционной формой металлов, играющей важную роль в формировании массопотоков, мигрирующих в составе твердого стока.

Благодаря активному комплексообразованию тяжелых металлов с гумусовыми кислотами последним принадлежит весьма важная роль в формировании и регулировании миграционных потоков металлов. По причине различных свойств двух главных групп гумусовых кислот, гуминовых и фульвовых - их участие в процессе водной миграции металлов существенно отличается. С фульвокислотами металлы образуют хорошо растворимые соединения, с которыми переносится более половины массы металлов, мигрирующих в растворенном состоянии в речном стоке. Входя в состав гуминовых кислот, металлы аккумулируются в твердой фазе почв.

Однако связь с гуминовыми кислотами не означает полного выведения металлов из миграции. Гуминовые кислоты прочно связаны с высокодисперсными минеральными компонентами почвы и, находясь в этой форме, в процессе денудации почвенного покрова мобилизуются и включаются в состав речных взвесей. Согласно имеющимся данным твердый сток речных взвесей всех рек Мира составляет около 20 х 109 т/год [1, 8]. Вынос органического углерода в составе твердого стока оценивается в 0.2 х 109 т/год [4]. По расчетам других авторов суммарный вынос углерода с речным стоком несколько больше, но имеет тот же порядок [6]. Данные о соотношении масс взвешенных и растворимых форм углерода ориентировочны в силу того, что содержание растворимых форм сильно завышено за счет частиц коллоидных размеров, которые при анализах зачастую не отделялись от истинно растворимых форм. Тем не менее указанные значения дают представление о порядках масс органических веществ, ежегодно

* Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект < 02-04-48108).

выносимых из педосферы, в связи с которыми мигрируют тяжелые металлы.

Обобщение имеющихся аналитических данных [1, 7, 10 и др.] позволяет заключить, что со взвесями твердых частиц выносится более 90% всей массы тяжелых металлов, вовлеченных в водную миграцию. По этой причине выяснение структурных соотношений гуминовых кислот с высокодисперсными компонентами почвы, выявление и изучение потенциальных переносчиков главной массы тяжелых металлов в системе водной миграции является важной задачей геохимии почв.

Обратимся к рассмотрению результатов изучения высокодисперсного вещества почв.

Взвеси плоскостного и речного стоков в основном состоят из продуктов смыва почв, покрывающих площади междуречий. С большой вероятностью можно предполагать, что состав дисперсных частиц, захватываемых поверхностным стоком из автоморфных почв разных природных зон, имеет определенные отличительные особенности. Эти особенности должны наиболее отчетливо проявляться в почвах, образованных на однотипной почвообразующей породе, но в контрастно различающихся биоклиматических условиях, например, в почвах ландшафтов с избыточным и дефицитным атмосферным увлажнением, сформированных на рыхлых покровных отложениях суглинистого состава.

Исходя из этого предположения, для сравнительного изучения почвенных частиц, захватываемых плоскостным стоком, были выбраны почвы двух участков, расположенных на водоразделах Средне-Русской возвышенности, образованных на покровных лёссовидных суглинках, но с различными типами водного режима, климата и рас-

Таблица 1. Распределение углерода (Со) по фракциям гуминовых кислот и основным компонентам гумуса почв

Тип почвы, горизонт и глубина отбора образцов, см

Со общ., % от массы почвы

Со, % от общего содержания Со в почве

во фракциях ГК

ГК-1 ГК-2 ГК-3 в сумме фракции ГК

в ФК в сумме ГК + ФК в НО сумма

С гк/С фк

А,105-110

Современный чернозем

А, 0-5 4.10 6.3 2.1 34.4 42.8 4.9 47.7 52.3 100.0 8.7

А, 40-50 3.10 0.6 19.8 51.6 71.5 14.2 85.8 14.2 100.0 5.0

В,70-80 1.10 0.09 11.8 48.2 60.9 19.1 80.0 20.2 100.0 3.1

Позднеголоценовый чернозем (погребенный)

4.20

0.5 9.5 | 42.4 52.4

Дерново-подзолистая почва

4.3

56.7 43.3 100.0

Ай, 0-5 2.40 10.2 2.8 20.5 33.5 28.2 61.7 38.3 100.0 1.2

А1, 5-15 2.30 21.7 3.5 26.1 51.3 41.3 92.6 7.4 100.0 1.2

А2, 16-30 1.80 8.3 2.8 22.2 33.3 44.4 77.7 22.3 100.0 0.8

В, 65-80 0.14 0.0 7.1 21.4 28.5 57.1 85.6 14.4 100.0 0.5

С,130-140 0.16 0.0 18.7 6.3 25.0 68.8 93.7 6.3 100.0 0.4

Примечание: ГК - гуминовые кислоты; ФК - фульвокислоты; НО - нерастворимый остаток (гумин).

тительности. Почвы первого участка представлены черноземами обыкновенными (южная часть Воронежской обл.), почвы второго - дерново-подзолистыми (центральная часть Московской обл.).

Гранулометрический состав почвообразую-щих пород практически идентичен и характеризуется незначительным содержанием или полным отсутствием обломочных частиц крупнее 1 мм, преобладанием частиц размером от 0.01 до 0.1 мм и содержанием илистой фракции около 25%. В то же время различие биоклиматических условий привело к формированию совершенно разных типов почв.

Физико-химические показатели изученных профилей типичны для черноземов и дерново-подзолистых почв. Столь же типичны различия гумуса изученных почв. Как следует из данных, приведенных в табл. 1, в гумусе черноземов гуминовые кислоты ясно преобладают над фульво-кислотами, содержание первых в несколько раз больше, чем вторых и процент углерода гуминовых кислот от общего количества этого элемента в черноземе возрастает по профилю сверху вниз. В дерново-подзолистой почве фульвокислоты преобладают, и процент углерода гуминовых кислот убывает сверху вниз.

Преобладание фульвокислот обуславливает значение рН, равное 4.9-5.3 в дерново-подзолистой почве, в то время как в черноземе значения рН равны 6.6-7.2. В дерново-подзолистой почве

степень насыщенности обменными основаниями в гор. А1 и А2 = 44.9 и 47.4%, причем содержание обменно-поглощенного кальция составляет всего от 35.7 до 27.2% от суммы обменно-поглощенных катионов. В черноземах степень насыщенности основаниями в окрашенной части профиля равна 97.1%, а содержание обменно-поглощенного кальция превышает 80%.

Существенно различен состав гуминовых кислот изученных почв. В дерново-подзолистых почвах фракция слаборастворимых гуминовых кислот с большой молекулярной массой (ГК-3) составляет лишь немногим больше 20%, а фракция низкомолекулярных относительно легкорастворимых кислот ГК-1 - 10-20%. В черноземах большая часть гуминовых кислот представлена фракцией ГК-3, а содержание фракции ГК-1 незначительно.

Изложенные данные хорошо согласуются с результатами микроморфологических исследований. В шлифах, изготовленных из горизонта А1 дерново-подзолистой почвы, видно, что материал горизонта состоит из мелких обломков кварца и слабоагрегированных небольших скоплений дисперсных глинистых частиц, пропитанных очень светло-бурым изотропным органическим веществом. В шлифах из гумусового горизонта чернозема хорошо заметна агрегированность глинистого материала с образованием изометричных агрегатов нескольких структурных уровней, а

изотропное органическое вещество имеет в проходящем свете темно-бурый цвет.

Как было показано нами ранее [3], при диспер-гации кварца (самого устойчивого породообразующего минерала) до размера 1-3 мкм его крис-таллохимическая структура разрушается под воздействием молекулярных сил воды. Разрушение структур других обломочных породообразующих минералов (калиевых полевых шпатов, плагиоклазов, пироксенов и амфиболов) происходит при еще более низком уровне диспергации, при размерах обломков около 6-5 мкм. По этой причине во фракции обломочных минералов 5-10 мкм содержание кварца составляет более 90% от числа зерен фракции, а во фракции <1 мкм он присутствует в виде незначительной примеси, обычно обусловленной загрязнением указанной фракции более крупными частицами при фракционировании.

Результаты многократных микрогранулометрических анализов высокодисперсной части минеральных горизонтов почв путем последовательной фильтрации суспензии высокодисперсных частиц через систему мембранных фильтров Бупрог показали, что высокодисперсная масса почв в основном слагается частицами размером от 0.8 - до (1.5-2.0) мкм и <0.12 мкм. Содержание фракций 0.8-0.3 и 0.3-0.12 мкм не превышает 10% каждой.

Рентгеноструктурные исследования, проведенные в лаборатории почвенного института им. В.В. Докучаева под руководством Н.П. Чижико-вой, позволили установить следующее. В составе высокодисперсной части почвообразующих пород и минеральных горизонтов почв Европейской части России основную роль играют три группы компонентов. Первая группа представлена смешанослойными сложно переслаивающимися гидрослюда-смектитовыми образованиями, которые диагностируются серией рефлексов от плоскости (001) в области 14 А на рентгенограммах ориентированных частиц, находящихся в воздушно-сухом состоянии. При насыщении этилен-гликолем эти образования набухают и рефлекс сдвигается в область 17-19 А, а после нагревания до температуры 550 С° пропадает. Вторую группу образуют дисперсные гидрослюды, диагностирующиеся по рефлексу от плоскости (001) около 10 А в воздушно-сухих препаратах, который сохраняется как после насыщения этилен-гликолем, так и после прокаливания. Третья группа состоит из дисперсных минералов группы каолини-та-галлуазита с примесью гидрохлоритов. Эта группа определ

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