ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2004, № 6, с. 676-684
УДК 631.415
ХИМИЯ
почв
СОЕДИНЕНИЯ АЛЮМИНИЯ В ЭЛЮВАЛЬНОМ ГОРИЗОНТЕ ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ И ДИНАМИКА ИХ РАСТВОРЕНИЯ
В КИСЛОТЕ*
© 2004 г. И. И. Толпешта, Т. А. Соколова
Факультет Почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы
Поступила в редакцию 19.05.2003 г.
Показано, что вытяжки оксалатом аммония и пирофосфатом калия извлекают из гор. Е одни и те же соединения Al. На основании результатов рентген-дифрактометрического анализа экспериментально показано, что одним из источников Al в вытяжках оксалатом аммония и пирофосфатом калия являются межпакетные прослойки гидроксида Al в минералах группы почвенных хлоритов; вторым источником могут быть обменные соединения Al. При промывке почвы 0.001М раствором HCl содержание соединений Al, извлекаемых оксалатом аммония, пирофосфатом калия и хлоридом меди снижается, а обменного Al (в 1 М KCl-вытяжке) и легкообменного Al (в 0.1 М ВаС^-вытяжке) постепенно возрастает, предположительно за счет перехода в обменную форму Al, находящегося в дефектных тетраэдрах и, возможно, в октаэдрических позициях глинистых минералов.
В последние десятилетия соединения алюминия и его поведение в системе "твердая фаза поч-вы-почвенный раствор" широко изучаются в связи с вопросами генезиса, классификации и эволюции почв [6, 21, 25], и токсичностью многих соединений алюминия для наземной и аквабиоты [23, 33 и др.].
Работами Ульриха [34-36] показано, что при значениях рН < 4.2 соединения А1 играют ведущую роль в формировании буферности почв по отношению к кислотному воздействию, что дало основание автору концепции буферных зон выделить самостоятельную алюминиевую буферную зону, соответствующую интервалу рН от 4.2 до 3.2. Осознание буферной роли соединений А1 в создании буферности кислых почв к кислым осадкам вызвало бурное развитие исследований по этой проблеме [9, 17, 19, 20, 22, 24, 30, 32, 33, 38-40 и др.].
К настоящему времени разработана система методов определения различных соединений А1 в почвах, обобщенная в монографии Зонна и Трав-леева [6] и основанная на применении различных вытяжек, которым приписывается селективность к тем или иным соединениям А1. Наиболее широкое распространение получили вытяжка Тамма для извлечения А1 аморфных соединений, вытяжка пирофосфатом К (или Ка) для извлечения А1 из алюмоорганических соединений и КС1-вытяж-ка для экстракции обменного А1. Используются
также СиС12-вытяжка для определения А1, не-
*
Работа выполнена при финансовой поддержке ШТА8,
проект < 01-0512 и Миннауки, проект < НШ-1863. 2003.4.
прочно связанного с органическим веществом и экстракция 0.125 М раствором ВаС12 для извлечения легкообменного А1 [5, 26, 39].
Основная часть цитированных выше исследований выполнена на образцах из различных горизонтов почв, объединенных в американской системе в порядок сподосолов, и включающих подтип иллювиально-железистых подзолов и тип подбуров в отечественной классификации [10]. Разработанная система методов исследования соединений почвенного А1 также опробована преимущественно на подзолах, подбурах, а также на почвах тропических регионов.
Значительно меньше известно о природе соединений А1 и их буферной роли в подзолистых почвах суглинистого гранулометрического состава. В выполненном недавно исследовании Амельян-чик и Воробьевой [2] в водных и солевых вытяжках из разных горизонтов суглинистых подзолистых почв соединения А1 проявляют слабокислотные свойства. В модельных экспериментах Ивановой и Шамриковой [8, 16] показано, что при титровании кислотой образцов из гор. А2 суглинистых подзолистых почв переход А1 в раствор является одной из ведущих буферных реакций и высказано предположение, что перешедший в раствор А1 частично был вытеснен протоном из ППК, а частично является продуктом растворения прослоек гидроксида А1 в почвенных хлоритах.
Основной целью данной работы было изучение природы соединений А1, переходящих в различные вытяжки в гор. Е подзолистой почвы, и динамики их растворения в кислоте в условиях модельного эксперимента.
Известно, что запас буферных к кислоте компонентов в гор. Е исследованных суглинистых подзолистых почв значительно больше, чем в органогенных горизонтах, несмотря на более высокую буферность последних в пересчете на единицу массы. Это объясняется многократным превышением массы подзолистого горизонта над массой органогенных горизонтов за счет большей плотности и мощности гор. Е по сравнению с органогенными горизонтами [7, 14].
Поэтому изучение соединений Al как компонента, который участвует в формировании бу-ферности к кислоте подзолистых горизонтов, имеет большое теоретическое и практическое значение.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования был образец из палевого гор. Е подзолистой почвы. Разрез заложен на территории Центрального лесного государственного биосферного заповедника (ЦЛГБЗ) под ельником-кисличником на слабо наклонной водораздельной поверхности и развит на двучленных отложениях - легком опесчаненом покровном суглинке, подстилаемым тяжелосуглинистой плохо сортированной мореной на глубине около 40 см. Гор. Е формируется в пределах легкого опесчаненого покровного суглинка. Исходное значение рН образца 4.99, содержание в нем С орг = 0.7 ± 0.3% (n = 3, Р 0.95).
В высушенном и просеянном через сито с диаметром отверстий 1 мм образце определяли: рН водный, содержание алюминия, переходящего в 1М KCl-вытяжку (AlKCl), в 0.1 М К4Р207-вытяж-ку (Alp), в вытяжку Тамма (Alo), в 0.5 М СиС12-вы-тяжку (Alc) и в 0.125 М ВаС12-вытяжку (AlBa) методом AAS; содержание углерода (С орг) методом Тюрина с фотометрическим окончанием [5, 6, 26]. Определяли также содержание кремния, переходящего в вытяжку Тамма (Sio) колориметрическим методом с применением молибденовокис-лого аммония [13].
Для изучения динамики перехода соединений Al в раствор кислоты был поставлен эксперимент в колонках. На плотный фильтр в воронку Бюх-нера (d = 4.5 см) тонким слоем помещали 10 г сухой почвы. Сверху почву покрывали плотным фильтром и увлажняли 0.001 М раствором HCl. Толщина слоя увлажненной почвы составила около 2 мм. Сразу же после увлажнения через колонку пропускали раствор HCl с рН 3.0 ± 0.05. Раствор подавали в колонку и откачивали из нее перистальтическим насосом с постоянной скоростью 285 ± 37 мл в сутки (P = 0.95) при t 21.3 ± ± 0.3°С (P = 0.95). Показания температуры считывали каждые три часа. Было заложено 5 колонок на разные сроки: 6 часов, 1, 5, 9 и 14 суток.
После окончания эксперимента почву из колонок высушивали в холодильнике при 7°С и определяли в ней: Alo, Sio, Alp, Alc, AlBa, AlKa; содержание С общ (после отмывки от СГ) теми же методами, что и в исходной почве.
Для контроля количества Al, перешедшего в раствор Hd, из емкостей-сборников отбирали по 50 мл элюата после 6, 24, 48, 120, 168, 216, 288 и 366 часов промывки. В них определяли концентрацию Al методом AAS и Si фотометрическим методом с использованием молибденовокислого аммония.
Определяли содержание и состав илистой и тонкопылеватой фракций, выделенных методом отмучивания по Айдиняну [1]. До и после обработки растворами 0.1 М пирофосфата калия и реактивом Тамма проводили рентген-дифрактоме-трическиий анализ тонких фракций на приборе ДРОН-3. Содержание каолинита, иллита и лабильных минералов в % от их суммы определяли по модифицированной методике Корнблюма [11].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Метрология определения Al в растворе HCl, в составе соединений твердой фазы и проверка однородности исследуемого образца
Определение Al в элюатах HQ и в различных вытяжках проводили в трехкратной или пятикратной повторности (табл. 1).
Из табл. 1 видно, что с самой низкой воспроизводимостью Al определяется в СиС^-вытяжке. В остальных вытяжках метрологические характеристики определения Al можно считать удовлетворительными, так как коэффициенты вариации аналитических повторностей в основном не превышают 10%. Для проверки однородности подготовленного для проведения экспериментов образца в трехкратной повторности определяли в нем содержание Al в составе различных соединений (табл. 2).
Коэффициенты вариации для Alc и AlBa оказались высокими (15 и 13% соответственно). Вероятно, это связано с большим вкладом аналитической ошибки в общую дисперсию. Варьирование остальных показателей в объеме отобранного образца не превышает 2%. Поэтому, образец можно считать хорошо усредненным, а проведение экспериментов в статических и в динамических условиях с использованием серии навесок из него возможным.
Содержание соединений алюминия, С общ и 810 в исходной почве
В исследованном образце гор. Е преобладают соединения алюминия, переходящие в вытяжки оксалата аммония и пирофосфата калия, содер-
Таблица 1. Абсолютная встречаемость коэффициентов вариации при определении алюминия в различных вытяжках
Вытяжка Объем выборки Число аналитических по-вторностеи Ряд распределения коэффициента вариации (%) определения Al в мг/л (середина класса)
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 20 21
CuCl2 8 3 1 2 1 1 1 0 2
Тамма 8 5 2 3 2 1
K4P2O7 8 5 1 5 2
BaCl2 8 5 1 2 1 2 2
HCl 22 5 7 8 3 1 1 2
KCl 8 3 8
Таблица 2. Варьирование содержания алюминия в различных вытяжках в исходной почве в объеме отобранного образца
Вытяжка Содержание Al, моль/кг Среднее ± доверительный интервал (Р = 0.95) Стандартное отклонение V, %
1 2 3
AIkci 3.10 3.03 3.02 3.05 ± 0.11 0.044 1
Alo 91.41 88.74 89.33 89.83 ± 3.48 1.400 2
Alp 94.52 93.48 92.59 93.53 ± 2.40 0.964 1
Alc 17.33 17.04 13.04 15.80 ± 5.96 2.399 15
AlBa 2.50 1.97 2.10 2.19 ± 0.69 0.278 13
Примечание: 1, 2, 3 - повторности.
жание Al в которых составляет 89.83 и 93.53 ммоль/кг Alo и Alp соответственно (табл. 2), что согласуется с литературными данными по содержанию оксалатнорастворимого Al для гор. Е подзолистых почв ЦЛГБЗ [3]. Значительно меньше в нем соединений, переходящих CuCl2, KCl и BaCl2 вытяжки (15.80; 3.05 и 2.19 ммоль/кг соответственно). Содержание Sio составляет 3.23 ± ± 3.29 ммоль/кг. Широкое мольное отношение Alo/Sio, равное 28
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.