научная статья по теме СЕЛЕКТИВНОСТЬ РЕАКТИВА МЕРА-ДЖЕКСОНА К FE-СОДЕРЖАЩИМ МИНЕРАЛАМ В ПОЧВАХ ЛЕСНОЙ ЗОНЫ УМЕРЕННОГО ПОЯСА Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «СЕЛЕКТИВНОСТЬ РЕАКТИВА МЕРА-ДЖЕКСОНА К FE-СОДЕРЖАЩИМ МИНЕРАЛАМ В ПОЧВАХ ЛЕСНОЙ ЗОНЫ УМЕРЕННОГО ПОЯСА»

ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2004, № 4, с. 452-466

ХИМИЯ ПОЧВ

УДК 631.43

СЕЛЕКТИВНОСТЬ РЕАКТИВА МЕРА-ДЖЕКСОНА

К Ре-СОДЕРЖАЩИМ МИНЕРАЛАМ В ПОЧВАХ ЛЕСНОЙ ЗОНЫ УМЕРЕННОГО ПОЯСА

© 2004 г. Ю. Н. Водяницкий

Почвенный институт им. ВВ. Докучаева РАСХН, 109017, Москва, Пыжевский пер., д. 7

Поступила в редакцию 06.01.2003 г.

Низкая селективность реактива Мера-Джексона в почвах умеренной зоны может быть обусловлена как растворением Ре(Ш)-силикатов, так и неполным растворением частиц оксидов Бе, второе наблюдается значительно реже. Баланс содержания дитиониторастворимого железа в почвах умеренной зоны очень часто не соблюдается. При этом возможны разные ситуации. Содержание Бе в исходной почве может быть выше, чем его суммарное содержание в гранулометрических фракциях, что характеризуется коэффициентом адекватности 0 < Кп < 1. Обратная ситуация характеризуется коэффициентом адекватности 0 < Кил < 1. Только у ~20% образцов почв Русской равнины коэффициенты адекватности 0.9 < К < 1 и небольшой дисбаланс может быть объяснен ошибкой опыта. Для остальных почв дисбаланс выражен более значительно К < 0.9. У большинства почв (~65%) содержание Ре™т в исходной почве ниже, чем его суммарное содержание в гранулометрических фракциях (0.1 < Кил < 0.9), что, видимо, обусловлено более эффективным действием реактива на частицы илистой фракции после диспергации микроагрегатов в ходе гранулометрического фракционирования.

Соединения железа во многом определяют морфологический профиль почв, особенно в гу-мидных ландшафтах, где Бе является типоморф-ным элементом. Поэтому при решении генетических и классификационных задач почвоведы традиционно определяют количество свободных соединений железа Ресв. В принципе величину Ресв можно определить разными методами, как физическими, так и химическими. Но массовое определение Ресв выполняют только химическим методом с использованием различных обработок на основе дитионита натрия Ка28204.

В России с этой целью используют реактив Мера-Джексона. Обработка реактивом Мера-Джексона - дитионит-цитрат-бикарбонатом (ДЦБ) - дает величину Редит, которая интерпретируется как количество железа в составе всех свободных Ресв или несиликатных соединений [10]. Следовательно принято, что Редит = Ресв. В таком качестве содержание растворимых ДЦБ соединений железа широко используется в классификационных целях [14].

Но в настоящее время скопилось достаточно данных о слабой селективности реактива Мера-Джексона. Неселективность выражается в двух противоположно действующих эффектах. С одной стороны, в почвах с высоким содержанием частиц оксидов железа реактив Мера-Джексона растворяет их неполностью [5, 6]. Снижение эффективности реактива особенно заметно при воздействии на крупные и упорядоченные частицы

оксидов Fe (основном - магнетита Fe3O4 и гематита aFe2O3) [19, 21]. В результате возникает неравенство: Fe№T < FeCB.

С другой стороны, реактив Мера-Джексона оказывает агрессивное действие на некоторые неустойчивые Fe(III)-алюмосиликаты. При слабом воздействии Fe(III) в решетке силикатов восстанавливается, а при более сильном - структура наименее стабильных силикатов разрушается [11, 18, 21, 23]. В результате растворения Fe-содержа-щих алюмосиликатов создается ситуация, при которой Feдит > FeCB.

Вторая проблема состоит в следующем. Почвоведы определяют содержание дитиониторастворимого железа в гранулометрических фракциях, чаще всего в илистой и сравнивают с содержанием Fe^ в исходной почве. При этом упускается из виду важное обстоятельство: реактив Мера-Джексона при обработке гранулометрических фракций воздействует на объекты, существенно отличающиеся от исходной почвы. Покажем это на примере илистой фракции. По содержанию железа обычно илистые фракции гораздо более обогащены валовым железом, а доля Fe(II) от валового в них выше, чем в исходной почве [1, 2]. Кроме того, илистая фракция отличается от исходной почвы отсутствием микроагрегатов, что оказывает, влияние на степень экстрагируемости железа реактивом. Эти обстоятельства приводят к тому, что эффективность реактива оказывается различной при обработке ис-

ходной почвы и ее илистой фракции. Данное предположение подтверждается от обратного. Если бы эффективность воздействия ДЦБ была бы одинаковой, то соблюдался бы баланс между суммарным содержанием Гедит в гранулометрических фракциях и в исходной почве. Как будет показано ниже, этот баланс очень часто нарушается. При этом речь идет не об слабом отклонении в 5-10 относительных %, которое можно объяснить ошибкой опыта, а о серьезном дисбалансе.

Цель работы: 1) оценить селективность дитио-нит-цитрат-бикарбоната на железосодержащие минералы в почвах умеренной зоны, 2) выявить причины дисбаланса Гедит при гранулометрическом фракционировании почв умеренной зоны.

ОБЪЕКТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Названия почв даны по Классификации почв России [14].

Агродерновая почва на морене отобрана в Череповецком р-не Вологодской обл. Изучали образцы из гор. А пах (0-10 см), АВ (20-30 см), В (31-52 см) и Б (66-85 см).

Дерново-подзолистая почва на красноцвет-ных пермских отложениях отобрана в Карагайском р-не Пермской обл. Изучали образцы из гор. А пах (0-10 см), В1 (40-50 см), и ВС (100-120 см).

Бурозем на карбонатной морене отобран в За-расайском р-не Литвы. Изучали образцы из двух разрезов. На возвышенности (разр. 5-К (образец типичного бурозема отобран из гор. А пах. В низине (разр. 7-Т) образцы глееватого бурозема отобраны из гор. А пах, § (0-10 см), Втк (40-50 см) и ВСк (80-100 см).

ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ДРУГИХ АВТОРОВ

Баланс содержания дитиониторастворимого Бе составлялся для некоторых других почв, о которых имеются сведения о его содержании как в исходном образце, так и в гранулометрических фракциях. Среди них: бурая лесная почва Приамурья, описанная Зимовцом [9], дерново-подзолистые почвы на покровных суглинках в Подмосковье, описанные в монографии [15], пойменные почвы Волго-Ахтубинской поймы, описанные в монографии [13].

Гранулометрическое фракционирование почв. Сначала на сите выделяли фракцию среднего + + крупного песка 1-0.25 мм. Затем почву фракционировали путем разминания по Горбунову [8]. Почву в состоянии пасты разминали в течение 15 мин, всего почву разминали 2 раза в течение фракционирования. Отмучивание в воде выполняли в цилиндрах объемом 1 л. Фракционировали

20 г агродерновой почвы и 10 г дерново-подзолистой и бурой лесной почв. Фракционирование заняло от 10 до 80 сут, в зависимости от навески почвы и от содержания в ней илистых частиц. Получали илистую фракцию <0.001 мм и фракцию пыли + мелкого песка 0.001-0.25 мм. Почвенную суспензию высушивали на водяной бане в дневные часы в течение почти всего срока фракционирования.

Содержание дитиониторастворимых соединений железа по Мера-Джексону (Ге203)дит. Его количество определяли после 2-х кратной обработки почвы и ее гранулометрических фракций дитионит-цитрат-бикарбонатом. Массовое отношение дитионит Ка28204/почва равно 1. Один г дитионита растворяли в 100 мл буферного раствора. Обработка велась при 80°С в течение 15 мин. После фильтрации суспензии содержание Бедит в растворе определяли с помощью атомной абсорбции на спектрофотометре ААБ-3.

Содержание оксалаторастворимого железа Геокс. Его количество определяли после 2-х часовой обработки почв реактивом Тамма. Суспензию (твердая фаза : реактив Тамма = 1 : 50) встряхивали на свету дважды по часу. После фильтрации содержание Геокс в растворе определяли с помощью атомной абсорбции на спектрофотометре ААБ-3.

Реактивом Тамма обрабатывали почву в двух вариантах: 1) воздействие на исходную почву с определением Геокс(исХ); 2) воздействие на почву, обработанную ДЦБ, с определением Геокс(дит). Интерпретация величин Геокс(исх) и Бео^ит) будет различной. В первом, традиционном варианте обработки величина Геокс(исХ) характеризует содержание аморфных + слабоокристаллизованных соединений железа [6]. Во втором варианте после удаления всех свободных соединений железа реактив Тамма растворяет уже другое железо. Какое? Обратим внимание на высокую чувствительность реактива Тамма к Ге(П). Реактив очень сильно растворяет такие Ре(П)-минералы как сидерит БеС03 и магнетит Ге304 [4, 19]. Ранее установлена сильная растворимость дитионитом Ге(П)-алюмосиликата - биотита [16]. Как уже отмечалось, после обработки почвы ДЦБ в силикатах резко возрастает доля БеЩ). Возможно, что из дитионитообработанной почвы реактив Тамма извлекает именно БеЩ).

Электронная просвечивающая микроскопия. Фазовый состав минералов железа в почве определялся на просвечивающем электронном микроскопе ШМ-100С. Использовался метод микродифракции электронов в сочетании с качественным определением состава той или иной фазы на микроанализаторе "Кеуех".

Методика исследования состояла в следующем: с одной и той же частицы размером вплоть до долей мкм последовательно фиксировались

Таблица 1. Причины нарушения селективности реактива Мера-Джексона, его проявление в типичных почвах и значения коэффициента адекватности К

Вариант Причина неселективности K Типичные почвы

1 Неполное растворение частиц оксидов железа >1 Тропические

2 Растворение Ре(Ш)-силикатов <1 Умеренной зоны

электронно-микроскопическое изображение на просвет, микродифракционные картины и химический состав в виде энергодисперсионных спектров. Применение электронной просвечивающей микроскопии позволяет надежно выявлять железосодержащие минералы разной крупности: от долей мм до 50-100 нм [7].

Дискретный термомагнитный анализ. Метод состоит в последовательном ступенчатом нагреве почвы в восстановительной среде и измерении прироста ее магнитной восприимчивости % на каппа-бридже KLY-2 [3, 6]. Прогрев начинают с 250° и доводят до 600-650°C с интервалом в 50°. В результате восстановительного нагрева слабомагнитные минералы железа - гетит aFeOOH, гематит aFe2O3, ферригидрит FeOOH ■ 2Fe2O3 ■ 4H2O и фероксигит SFeOOH превращаются в сильномагнитный оксид - магнетит Fe3O4. Масштабы этого превращения оцениваются величиной восстановительной способности минералов железа RC (Reduced Capacity of Fe-oxides), которая представля

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