ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2014, № 5, с. 553-562
УДК 631.43
ХИМИЯ ПОЧВ
СОЕДИНЕНИЯ ЖЕЛЕЗА В КАРБОНАТНО-СУЛЬФАТНЫХ ПОЧВАХ НА КРАСНОЦВЕТНЫХ КЕМБРИЙСКИХ ПОРОДАХ В ЮЖНОМ ПРИАНГАРЬЕ
© 2014 г. Ю. Н. Водяницкий1, С. А. Шоба1, О. Г. Лопатовская2
1Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы, 1 2Иркутский государственный университет, Иркутск, 664011, ул. К. Маркса, 1
е-таП: yu.vodyan@mail.ru Поступила в редакцию 06.06.2013 г.
В южном Приангарье в ряде районов Иркутской обл. бурые карбонатно-сульфатные почвы образовались на красноцветных кембрийских породах. В автоморфных почвах сильное влияние на крас-ноцветность оказывает уже небольшое количество гематита, а его дальнейшее увеличение слабо влияет на усиление красного оттенка. Бурый цвет карбонатной почвы обусловлен сохранением части литогенного гематита в верхней части профиля. Обилие гипса "консервирует" литогенный гематит в карбонатно-сульфатной почве; в этой почве затруднен и процесс окисления железа. В увлажненном темном солончаке происходят важные изменения: литогенный гематит растворяется, структура железистого хлорита теряет упорядоченность, в гумусовом горизонте образуется крупный и окристаллизованный магнетит.
Ключевые слова: литогенный гематит, железистый хлорит, магнетит.
БО1: 10.7868/80032180X14050256
ВВЕДЕНИЕ
Формирование почв во многом зависит от литогенного фактора. Наиболее ярко его влияние проявляется в условиях почвообразования на красноцветных отложениях [16, 19, 21]. Изучению почв на красноцветах посвящено много работ. За рубежом изучали главным образом почвы влажных (суб)тропиков [33]; в России — в европейской части [19, 21]. В азиатской части России красноцветные породы также распространены, хотя почвы на них изучены слабо.
В южном Приангарье в Нукутском, Заларин-ском, Балаганском, Осинском р-нах Иркутской обл. многие почвы образовались на красноцветных кембрийских породах [14]. Их особенностью является карбонатно-сульфатный состав. Благодаря обилию гипса, в Нукутском р-не гипс добывают для промышленных целей.
Карбонатные почвы приурочены к вершинам холмов, а на их склонах карбонатность сопровождается сульфатностью. В пойме ситуация усложняется за счет эрозионного смыва материала с вершин, что обеспечивает ярко выраженную дву-членность почвы, во-вторых, значительную роль здесь играет фактор увлажнения. Гематит, образовавшийся в условиях сухого и теплого климата в кембрийский период, попадает в обстановку пе-
реувлажнения в аккумулятивных позициях современного рельефа в условиях промывного режима.
Почвообразование сопровождается превращениями соединений железа, которые идут в двух противоположных направлениях: оксидогенеза железа (термин предложен Глазовской [15]) и растворения литогенных (гидр)оксидов железа. В ав-томорфных почвах доминирует оксидогенез, как один из главных элементарных почвооборазова-тельных процессов. В настоящее время оксидоге-нез рассматривают как природный ландшафтно-геохимический процесс образования и накопления оксидов-гидроксидов железа, а также марганца и других элементов [5]. Морфологически он наиболее ярко проявляется в новообразованиях, но химический и минералогический анализы позволяют выявить и количественно оценить развитие оксидогенеза железа, например, с помощью показателя окисленности железа: Ко = Бе3+ : : (Бе3+ + Бе2+).
В почвах на красноцветных породах, содержащих гематит, фиксируют его полное или частичное растворение. Примером может служить растворение гематита в ходе выветривания красно-цветной породы во влажных (суб)тропиках [33]. В некоторых ферраллитных почвах — оксисолях и текстурно-дифференцированных — гаплудаль-
фах, содержащих как гематит, так и гетит, микробиологическая редукция гематита приводит к пожелтению горизонта за счет остаточно аккумулирующихся частиц алюмогетита [24, 31]. Литогенные (гидр)оксиды железа в (полу)гидро-морфных почвах растворяются за счет энергии органического вещества и при активном участии микроорганизмов-железоредукторов [4, 28, 29]. Судьба соединений железа в (полу)аридных условиях изучена слабо.
Ответим на следующие вопросы: насколько гематит определяет окраску карбонатно-сульфат-ных почв? Ведь бурый цвет может быть обусловлен минералогически разными железо-пигментами: красным гематитом при его низком содержании или желтым гетитом [23]. Как идет растворение гематита в автоморфных и полугид-роморфных условиях? Как распределяются сильномагнитные соединения железа в профиле и каковы ферримагнетики этих почв? Возможны ли и каковы пути трансформации железистых силикатов?
Цель работы: определить состав и пути превращения соединений железа в бурых карбонатно-сульфатных почвах, образовавшихся на красно-цветных кембрийских породах в Приангарье.
ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Изучали три карбонатно-сульфатных почвы, образовавшихся на красноцветных кембрийских породах в лесостепной зоне южного Приангарья. Разрезы заложены на правом берегу р. Залари, левого притока Ангары, в Нукутском р-не Иркутской обл. Территория холмистая, склоны эродированные, широко распространены овраги.
Наименование почв — бурые аридные — дано по классификации 2004 г. [17]. При этом две бурые почвы дополнительно разделены на уровне рода на карбонатную и карбонатно-сульфатную.
Бурая аридная карбонатная почва (разр. 2) вскрыта на вершине склона. Координаты разреза: широта - 53°4Г28.16" C, долгота - 102°44'16.87'' B. Система горизонтов: AJ1-AJ2-BM-BCA-Cca. Почва по всему профилю сухая. Краснота почвы (а*) последовательно возрастает с глубиной от 4.1 до 8.2. По всему профилю вскипает от HCl.
Бурая аридная карбонатно-сульфатная почва (разр. 3) вскрыта на расстоянии 9 м от разр. 2 в средней части склона в седловине. Координаты разр. 3: широта — 53°4Г28.11" C, долгота — 102°44'16.66'' B. Система горизонтов: AJ—AJs— BMs—BCAs—D1ca,s—D2ca,s. Почва по всему профилю сухая. Краснота почвы высокая и практически постоянная по глубине: а* = 7.5—8.5. Весь профиль почвы вскипает от HCl.
Солончак глеевый (разр. 4) вскрыт в пойме р. Залари в 190 м от разр. 3 и в 50 м от русла. Коор-
динаты: широта — 53°41'27.33'' С, долгота — 102°44'14.96'' В. Система горизонтов: Аи^-Сеа^—D1g,ca,s—D2g,ca,s—D3g,ca,s. Весь почвенный профиль влажный. Визуально почва темно-серая, краснота а* < 2.2. В верхней части профиля вскипает от НС1.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Валовое содержание железа определяли рент-генфлуоресцентным методом на приборе Те!а-6111. Содержание свободных соединений железа определяли по Мера-Джексону, с использованием дитионит-цитрат-бикарбоната. С помощью кислого оксалата аммония по Тамму определяли содержание соединений железа, которые рассматриваются как слабоупорядоченные. Такая интерпретация оксалаторастворимых соединений железа пригодна для автоморфных почв. Но в (полу)гидроморфных почвах содержание Бе окс зависит в основном от количества и состава соединений Бе(11) [4, 13]. Этим и объясняется, в частности, парадокс гидроморфных почв с застойным режимом влажности, где иногда критерий Швертмана Кш = Бе окс/Бе дит >1 [4].
Мессбауэровскую спектроскопию проводили на спектрометре ^-1104Еш в режиме постоянных ускорений с источником 57Со в матрице хрома при комнатной температуре. Мессбауэровские спектры регистрировались в 256 каналах компьютера и обрабатывались по программе "ишуеш MS". Это позволило оценить содержание гематита и магнетита и их характеристики. Определено содержание железа в Бе2+-подрешетках железистого хлорита. Полученные данные позволяют определить количество Бе2+ и Бе3+ и тем самым — подсчитать показатель окисленности железа Ко, как долю Бе3+ от валового содержания. Что касается гетитов, то для их полной идентификации требуется охлаждение образца до 77 К, а при комнатной температуре диагностируются только наиболее крупные и окристаллизованные их частицы.
Удельную магнитную восприимчивость х измеряли на каппа-бридже KLY-2. В гумусовых горизонтах автоморфных почв магнитная восприимчивость возрастает за счет синтеза дисперсного сильномагнитного магнетита [1]. В гидроморф-ных почвах обычно магнитная восприимчивость меньше, чем в автоморфных из-за невозможности синтеза магнетита, особенно в кислой обстановке [1, 25, 26, 40].
Цвет почв определяли на спектроколориметре "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. Отражательная способность и цветовой тон почв
Таблица 1. Формы соединений железа, оптические свойства (в системе СГЕ—Ц*а*Ь*) и магнитная восприимчивость (х) почв
Горизонт Глубина, см Fe окс Fe дит Fe окс/ Fe дит Fe вал, % Fe дит/ Fe вал L* a* b* Red X *10-8, м3/кг
%
Бурая аридная карбонатная почва, разр. 2
AJ1 0-11 0.06 0.85 0.07 3.08 0.28 48.9 4.1 7.8 0.66 41
А12 11-22 0.04 0.84 0.05 3.16 0.26 52.1 5.8 10.6 0.94 20
BM 22-30 0.04 0.84 0.06 3.02 0.28 54.5 6.8 12.2 1.11 14
BCA 30-49 0.04 0.91 0.05 2.51 0.36 55.8 7.3 12.3 1.21 6
Cca 49-60 0.03 0.99 0.03 2.88 0.34 57.9 8.2 12.6 1.40 7
Бурая аридная карбонатно-сульфатная почва, разр. 3
AJ 0-6 0.03 1.55 0.02 4.72 0.33 51.2 7.5 9.9 1.34 17
AJs 6-27 0.01 1.18 0.01 4.05 0.29 54.2 8.1 11.3 1.42 8
BMs 27-40 0.01 1.07 0.01 3.56 0.30 55.5 8.1 12.2 1.39 8
BCAs 40-53 0.01 1.16 0.01 4.33 0.27 51.9 7.5 10.7 1.31 8
D1ca,s 53-70 0.01 1.26 0.01 4.48 0.28 51.9 8.5 10.8 1.54 9
D2ca,s 70-80 0.01 1.02 0.01 4.07 0.25 53.0 8.2 10.2 1.50 8
Солончак глеевый, разр. 4
AU 0-12 0.57 0.91 0.63 3.49 0.26 51.6 1.7 7.0 0.25 56
S 12-32 0.80 1.07 0.75 3.27 0.33 51.4 1.8 6.5 0.27 31
Cca,s 32-61 0.88 1.27 0.69 4.28 0.30 51.4 2.1 6.9 0.31 32
D1g,ca,s 61-83 0.83 1.04 0.80 2.05 0.51 54.8 1.5 6.2 0.22 9
D2g,ca,s 83-108 0.87 1.01 0.87 2.48 0.41 - - - - 5
D3g,ca,s 108-130 0.66 1.35 0.49 3.84 0.35 - - - - 14
оценивались в координатах CIE—L*a*b*. Оптическая система CIE—L*a*b* в декартовых координатах количественно отражает вклад четырех основных цветов. Ось абсцисс характеризует степень красноты (+а*) и зелености почвы (—а*), а ось ординат — степень желтизны (+b*) и синевы (—b*). Точка в нач
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.