ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2007, № 10, с. 1205-1216
ХИМИЯ ПОЧВ
УДК 631.43
СЕЛЕКТИВНОСТЬ РЕАКТИВОВ ПРИ ИЗВЛЕЧЕНИИ ЖЕЛЕЗА
ИЗ ПОЧВ
© 2007 г. Ю. Н. Водяницкий1, А. А. Васильев2, Е. Г. Моргун3, К. А. Румянцева3
1 Почвенный институт им. В В. Докучаева РАСХН, Москва, 109017, Пыжевский пер., 7 2 Пермская сельскохозяйственная академия им. Д.Н. Прянишникова, 614990, Пермь, ул. Коммунистическая, 23 3 Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119992, Москва, Ленинские горы
Поступила в редакцию 03.07.2006 г.
Селективность реактивов Тамма и Мера-Джексона по отношению к (гидр)оксидам железа проверяли химическим путем, сопоставляя эффективность двух методик экстракции железа: параллельную (общепринятую) и последовательную - путем подсчета разницы: ДРе = [Редит - (Реокс(парал) + + Редит(посл))]. Ожидаемое равенство экстрагированного железа (т.е. ДРе ~ 0) наблюдается редко. В лесных почвах Предуралья доминирует положительный баланс, достигающий значений ДРе = = (0.5-0.8)%, вероятно, за счет образования в ходе экстракции прочного Ре(11)-оксалата, который неполностью растворяется ДЦБ. Напротив, в степных почвах Ставрополья доминирует отрицательный баланс, достигающий значений ДРе = -0.4%. Причиной могут быть Ре(11)-минералы (пирит, сидерит), действующие как катализаторы в вытяжке Тамма, но слаборастворимые ДЦБ. Для соблюдения принципа аддитивности обеих вытяжек (Тамма и Мера-Джексона) критерий Швертмана Кш = (Реокс : Редит(парал)), иногда превышающий 1, предложено модифицировать КШ = Реокс : (Реокс + + Редит(посл)) < 1. Значения модифицированного критерия Швертмана лучше, чем исходного, согласуются с цветом лесных почв Предуралья, выраженном в оптической системе СГБ-Ь*а*Ъ*. В степных почвах использование модифицированного критерия позволяет заменить абсурдные значения Кш = 1.11-1.37 как критерия оглеения вполне приемлемыми КШ = 0.68-0.83.
ВВЕДЕНИЕ
Несмотря на длительные исследования почвенного железа [2, 4, 9, 21, 24, 25], многие вопросы остаются неизученными. Это относится к вопросам методического характера, которые имеют приоритетное значение, так как ошибки, существующие в методиках, множатся, когда методики бездумно применяются к анализу различных почв. В настоящей статье уделяется внимание вопросам, связанным с методиками Тамма и Мера-Джексона на примере лесных почв Предуралья и степных почв Ставрополья.
Интерпретация этих двух форм соединений железа, начиная с работ Зонна [9], находится под влиянием парадигмы об аддитивности вытяжек: считается, что более слабый экстрагент - реактив Тамма - растворяет аморфные + слабоокри-сталлизованные соединения, составляющие часть от всех свободных, дитиониторастворимых соединений Редит, т.е. Реокс - это часть Редит. На основе этой парадигмы интерпретируется и критерий гидроморфизма почв Швертмана: Кш = Реокс :
: Редит < 1.
Но имеется масса данных о фактическом нарушении принципа аддитивности вытяжек. С одной стороны, доказано катализирующее действие Ре(11) в составе таких минералов, как сидерит РеС03, на
растворимость Ре(Ш)-(гидр)оксидов [3, 4]; это может привести к такому сильному нарушению аддитивности, что КШ > 1. С другой стороны, возможно проявление артефакта - новообразования в ходе обработки реактивом Тамма труднорастворимого Ре(11)-оксалата (РеС204 • 2Н20), который занизит величину Реокс.
Противоположно действующие эффекты удобно изучать путем сопоставления действия данных реактивов в ходе параллельной (традиционной) и последовательной экстракций. Применение последовательной экстракции важно и потому, что в мировой практике используют именно последовательную схему при анализе форм соединений тяжелых металлов [5]. Поскольку железо относится к группе тяжелых металлов, то для сопоставления результатов целесообразно перейти к последовательной экстракции Ре. Но примеров последовательной экстракции соединений железа из почв в литературе практически нет.
Поэтому мы в своей работе кроме традиционного параллельного определения Реокс и Редит(парал) находили их содержание при последовательной схеме экстракции. В последовательной схеме вначале исследовали содержание оксалатораствори-мого железа Реокс, а затем из остатка почвы экстрагировали Ре дитионит-цитрат-бикарбонатом
(ДЦБ) по Мера-Джексону, обозначим это железо РедИТ(посл). После этого сравнивали эффективность двух схем экстракции путем подсчета разницы: ЛБе = [Редит(парал) - (Реокс + Редит(посл))]. В случае соблюдения аддитивности вытяжек должно сохраняться примерное равенство действия двух схем и ЛБе ~ 0. Примем, что небольшие отклонения от равенства ЛБе = ±0.1%, обусловлены неизбежными ошибками эксперимента, но более значительные отклонения уже вызваны принципиальными причинами. При новообразовании труднорастворимых Бе-оксалатов в ходе обработки реактивом Тамма будет наблюдаться неравенство ЛБе > 0.1%. В случае влияния Ге(11)-минералов или ароматических восстановителей будет наблюдаться другое неравенство ЛБе < -0.1%.
Цель работы состояла в изучении селективности реактивов Мера-Джексона и Тамма по отношению к (гидр)оксидам железа на примере лесных почв Предуралья и степных почв Ставрополья.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
В Пермской обл. изучали 2 катены почв на элювии и делювии верхнепермских отложений. Кате-на Орлы в Ильинском р-не протяженностью ~800 м расположена на склоне юго-восточной экспозиции с уклоном ~5° и представлена 3 разрезами. В верхней части склона образовался агролитозем темногумусовый (разр. 71); в средней части - агро-бурозем (разр. 72) и на подошве склона - темногу-мусово-глеевая почва (разр. 73). Почвообразую-щие породы соответственно: элювий мергеля, элювий и делювий красноцветных пермских глин. По гранулометрическому составу почвы относятся в основном к легкой глине.
Катена Соболи в г. Пермь протяженностью ~2000 м расположена на водораздельном плато и склоне южной экспозиции с уклоном ~5° и представлена 5 разрезами. На плато образовалась агро-дерново-подзолистая почва среднесуглинистого состава (разр. 61), а в микропонижении - агродерново-подзолистая глееватая почва тяжелосуглинистого состава (разр. 62). На верхней части склона образовался агробурозем на легкой глине, подстилаемой супесью (разр. 63); в средней части склона - тем-ногумусово-глеевая на легкой глине (разр. 64) и на подошве склона - перегнойно-гумусово-глее-вая почва на легкой глине (разр. 65). Подробно свойства почв приведены ранее [6].
В Ставропольском крае изучали катену, включающую 3 разреза. Разр. 91-80 вскрыт на микроповышении, где сформирован чернозем слитизи-рованный, разр. 91-81 на микросклоне, представленный темной слитой почвой, и разр. 91-82 в западине - гумусово-гидрометаморфической сли-тизированной почвой. Почвообразующие породы однородны для всех трех разрезов и имеют
глинистый гранулометрический состав: содержание ила в среднем составляет 53-56, пыли - 36-42, песка - 4-8%. Рентген-дифрактометрический фазовый анализ показал преобладание в илистой фракции пород смектитов и иллита. В меньших количествах присутствуют каолинит, хлорит и смешанослойный иллит-смектит [10].
Цвет почв Предуралья определяли на спек-троколориметре "Пульсар" с интегральной сферой. Прибор определяет коэффициенты отражения на 24 фиксированных длинах волн в видимой части спектра 380-720 нм за одну вспышку импульсной лампы. Последующая обработка результатов с помощью компьютера дает характеристику цвета почвы в системе С1Е-Ь*а*Ь* [8], которая в декартовых координатах количественно отражает вклад четырех основных цветов. Ось абсцисс характеризует степень красноты (+а*) и зелености почвы (-а*), а ось ординат - степень желтизны (+Ь*) и синевы (-Ь*). Точка в начале координат характеризует серый цвет. Третья ось, перпендикулярная плоскости а*-Ь*, определяет светлоту почвы Ь* [8, 12].
Для численной оценки цвета мы развили методику Баррона-Торрента [12], основанную на анализе цвета большого набора гематитсодержащих почв. Согласно нашей методике [8], вначале определяется показатель красноцветности почвы Я(аЬ) в координатах а*-Ь*:
Я(аЬ) = а(а2 + Ь2)1/2/7Ь.
Затем по эмпирическому уравнению подсчи-тывается содержание в почве условного красного пигмента Иешусл (в %):
Иешусл = [Я(аЬ) - 0.54] : 1.97.
Химические методы включали определение содержания железа после двукратных обработок кислым оксалатом аммония по Тамму Геокс и ДЦБ по Мера-Джексону Бедит [5, 9]. При параллельной схеме использовались две навески почвы, и Гедит(парал) определяли из отдельной навески. При последовательной схеме использовалась одна навеска, из которой FeдиТ(ПOCЛ) определяли после железа по Тамму Беокс. Определение Беокс и Бедит после каждой из обработок проводили атомно-аб-сорбционным методом на спектрофотометре ЛЛ8-3.
Критерий Швертмана представляет собой отношение оксалаторастворимого железа к дитио-ниторастворимому при параллельной схеме обработки: Кш = Беокс : Бедит(парал) [21]. Его рекомендуют использовать во всем мире как критерий гидроморфизма почв [29]. Но чувствительность критерия к переувлажнению почв объясняют по-разному.
Сам Швертман [21, 24, 25] не рассматривает данное отношение как критерий гидроморфизма, вероятно, потому, что оно отражает степень
оглеения не во всех условиях. Действительно, критерий Швертмана остается низким для глея, если он унаследован или образуется при промывном режиме влажности. Швертман подчеркивает другое свойство своего критерия, а именно - его увеличение при росте содержания органического вещества в почве [21, 24]. Это подтверждено работами других минералогов [13]. Органические молекулы ингибируют кристаллизацию гидрок-сидов железа, что приводит к возрастанию доли такого слабоупорядоченного и быстрорастворимого оксалатом гидроксида как ферригидрит 2Бе203 ■ БеООН ■ 4Н20 и снижению доли более упорядоченного и менее растворимого гетита аБе203. Ингибирующая функция органического вещества влияет на оксидогенез железа в авто-морфных почвах.
Но исследования других авторов показали, что при актуальном оглеении, особенно в застойном режиме влажности, критерий Швертмана возрастает, что позволило его ввести как диагностический показатель для выделения глеесоле
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.