|
Магнитогорский Государственный технический университет
Объектами исследований служили горная серая лесная супесчаная почва турбазы Урал-Тау, горная каштановая суглинистая почва санатория Якты-Куль.
Разрез 1-98 горной серой лесной почвы был заложен вблизи турбазы Урал-Тау на участке под смешанным лесом с преобладанием сосны и березы в пределах сосновой парцеллы.
Разрезы 2-98 и 3-98 горной каштановой почвы были заложены в нижней части сопочника на территории санатория Якты-Куль в пределах лиственничной и березовой парцелл с надпочвенным разнотравно-ковыльным покровом.
Верхние органогенные горизонты исследуемых почв Южного Урала характеризуются слабокислой реакцией: 5,2-5,9 (для почв Урал-Тау) и 5,8-6,3 (для почв Якты-Куля). Верхние горизонты почв Урал-Тау отличаются от верхних органогенных горизонтов Якты-Куля наибольшими значениями актуальной, обменной и гидролитической форм почвенной кислотности, что предположительно связано с поступлением в профиль почв Урал-Тау наиболее агрессивных карбоновых кислот типа щавелевой в больших количествах и наличием промывного режима, способствующего выносу оснований из верхних горизонтов почвы. Источником агрессивных карбоновых кислот типа щавелевой служат высшие растения, почвенная микрофлора и грибная микробиота.
Вниз по профилю содержание всех форм почвенной кислотности уменьшается как в горной серой лесной почве Урал-Тау, так и в горной каштановой почве Якты-Куля. Аналогичное профильное распределение наблюдается у обменных оснований (кальция и магния). Наибольшее содержание обменных оснований наблюдается в верхнем горизонте Аd.
В целом, горные каштановые почвы характеризуются большим содержанием обменных оснований по сравнению с горными серыми лесными слабооподзоленными, что, очевидно, объясняется особенностями генезиса почв Якты-Куля – отсутствием промывного режима и, предположительно меньшим поступлением в почвенный профиль агрессивных кислот типа щавелевой.
Из таблиц 1 и 2 видно, что в большинстве случаев количество обменного магния преобладает над количеством обменного кальция, что нехарактерно для бело- и палевоподзолистых почв Центрального Лесного Государственного Биосферного заповедника (ЦЛГБЗ) (Соколова Т.А., Дронова Т.Я., Коробова Н.Л., 1992). В целом, исследуемые почвы Южного Урала характеризуются большим содержанием обменных оснований и меньшим содержанием обменной и гидролитической кислотности и обменного алюминия по сравнению с бело – и палевоподзолистой почвами ЦЛГБЗ.
Горизонт А2 горной серой лесной почвы беден органическим веществом, поэтому сорбционные центры в этих горизонтах приурочены прежде всего к внешним и к внутренним поверхностям глинистых минералов, содержание которых в горизонте А2 из-за развития подзолообразовательного процесса, очевидно невелико.
На обеднённость данного горизонта илистой фракцией указывают также низкие значения ЕКО6,5, так как основными носителями обменных позиций в элювиальном горизонте служат слоистые минералы. Связь низкого содержания илистой фракции с развитием подзолообразования объясняется природой этого процесса, которая согласно литературным данным рассматривается как возможная совокупность выноса глинистых минералов нисходящим током почвенного раствора (для данного типа почв характерен промывной тип водного режима) в нижележащие иллювиальные горизонты и процессов кислотного гидролиза минералов под действием органических и угольной кислот (Роде А.А., 1978).
В переходном гумусовом горизонте А1, наряду с обменными позициями на глинах, присутствуют сорбционные центры, представленные функциональными группами специфических органических кислот.
В горизонтах Аd, представляющих собой дернину из густо переплетающихся травянистых корней, в большом количестве содержатся гумифицированные растительные остатки. Очевидно, что в этих горизонтах зависимые от рН позиции на функциональных группах гуминовых и фульвокислот являются преобладающими.
Учитывая обогащенность верхних органогенных горизонтов почв солями органических кислот, следует помнить, сто термины “обменые основания “ и “ЕКО” к ним применимы условно. Так как, очевидно, что легкорастворимые соли будут присутствовать в вытяжках, используемых для определения ЕКО или обменных оснований.
Максимальные значения ЕКО6,5 характерны для горизонтов Аd. Среди них наибольшая емкость наблюдается в этом горизонте горной каштановой почвы Якты-Куля в пределах лиственничной парцеллы, а наименьшая – в горизонте А2 горной серой лесной почвы Урал-Тау, что, очевидно, объясняется разным составом органического вещества этих двух разновидностей почв.
Меньшие величины ЕКО в минеральных горизонтах горной серой лесной почвы по сравнению с величинами ЕКО в минеральных горизонтах горной каштановой почвы, очевидно, связаны с развитием подзолообразовательного процесса в профиле первой разновидности почв, в результате чего горизонт А2 горной серой лесной почвы обедняется содержанием илистой фракции – основных носителей обменных позиций в минеральных горизонтах. Очевидно, что подзолообразовательный процесс в исследуемых почвах ЦЛГБЗ развит в большей степени по сравнению с исследуемой почвой Урал-Тау. Следовательно и элювиальный горизонт исследуемых почв Урал-Тау может оказаться в меньшей степени обедненным илистой фракцией по сравнению с горизонтами исследуемых почв ЦЛГБЗ. Рабочие термины ”белоподзолистая” и “палевоподзолистая ” почвы соответствуют терминам ”сильноподзолистая” и “среднеподзолистая” в ” Классификации и диагностике почв СССР” (1977).
Вниз по профилю значение ЕКО уменьшается, а в подзолистом горизонте А2 горной серой лесной достигает минимальных. Уменьшение значений ЕКО в минеральных горизонтах объясняется меньшими величинами ЕКО глинистых и других минералов по сравнению с ЕКО органического вещества, а в горизонте А2 горной серой лесной почвы Урал-Тау возможным снижением содержания илистой фракции в результате развития процесса подзолообразования. По данным Орлова Д.С. (1992) ЕКО органического вещества почвы превышает ЕКО минералов на порядок. В то же время, для исследуемых разновидностей почв характерна закономерность – горизонт Аd, отличающийся наибольшими значениями ЕКО не содержит наибольшего количества обменных катионов и водорастворимых кальция, магния, калия и аммония.
Наибольшее содержание обменных и водорастворимых катионов наблюдается в горизонте А1, что, очевидно, объясняется наибольшей степенью разложенности органического вещества этого горизонта, и, как следствие этого, присутствием в нем водорастворимых солей кальция, магния, алюминия, калия, и аммония в больших количествах по сравнению с горизонтом Аd из менее разложившихся растительных остатков.
Высокие содержания водорастворимых солей ионов кальция и магния наблюдаются также в горизонте А2 исследуемой почвы Урал-Тау, что, очевидно, связано с активностью процессов кислотного гидролиза минералов в результате их взаимодействия с органическими низкомолекулярными карбоновыми кислотами типа щавелевой и винной. Присутствие ионов аммония в горизонте А2 объясняется привносом этих ионов с почвенным раствором их из выше лежащих горизонтов Аd и А1.
Для оценки способности почв обменивать ионы Н+ на ионы Са2+ и Мg2+ на границе раздела твердой и жидкой почвенных фаз используют величину известкового потенциала (LP). Физический смысл этого параметра показывает какое количество энергии необходимо затратить для обмена ионов водорода на ионы кальция и магния. Чем выше величина известкового потенциала, тем прочнее ион Н+ связан с твердой фазой почвы, тем труднее поступает в почвенный раствор и обменивается на ионы Са2+ и Мg2+.
Рассматривая способность исследуемых почв обменивать ион Н+ на другие катионы можно составить ряд, в котором катионы K+, NH4+ , Ca2+ и Mg2+ располагались бы в порядке уменьшения способности вступать в обменные реакции с ионами Н+ на границе раздела твердых и жидких фаз.
Согласно данным таблицы 2 и значениям, рассчитанным по выше указанным формулам потенциалов, для горизонтов исследуемых южноуральских почв выше названные катионы составляют следующие ряды:
1-98 Аd NH4+ <K+<Ca2+
A1 NH4+<K+<Mg2+<Ca2+
A2 NH4+<K+<Ca2+
2-98 Ad K+<NH4+<Ca2+<Mg2+
3-98 Ad K+<NH4+<Ca2+<Mg2+
A1 K+<NH4+<Ca2+<Mg2+
Из рядов видно, что из четырех выше указанных катионов (Са2+, Мg2+ , К+ и NH4 +) обменными позициями почвенно-поглощающего комплекса (ППК) в наибольшей степени удерживаются катионы Mg2+, то есть обменные позиции ППК являются наиболее селективными по отношению к Mg2+, что хорошо согласуется с данными Орлова Д.С. (1992). Объяснение этому следующее. В целом, двухзарядные ионы удерживаются обменными позициями ионитов лучше по сравнению с однозарядными (Никольский Б.Н., 1987; Орлов, Д.С., 1992), так как их заряд больший. Из катионов с одинаковым модулем заряда те катионы будут лучше удерживаться обменными позициями ионитов, радиус ионов которых меньше, а следовательно плотность заряда выше (Самарина В.С., 1981).
Из выше сказанного следует, что двухзарядные ионы Са2+ и Мg2+ в большей степени удерживаются обменными позициями ППК по сравнению с однозарядными ионами К+ и NH + . Ионы Мg2+ также удерживаются обменными позициями ППК в большей степени по сравнению с ионами Са 2+, так как радиус ионов Мg2+ меньше радиуса ионов Са2+, следовательно плотность заряда выше.
В целом, ряды катионов, наблюдаемые в горизонтах горной серой лесной почвы Урал-Тау совпадают с рядами катионов, расположенных в порядке возрастания степени их поглощения твёрдой фазой подзолистых почв (Ремезов Н.П.,1945; Орлов Д.С.,1992). Ряды катионов, наблюдаемые в горной каштановой почве, совпадают с рядами катионов, расположенными в порядке возрастания степени их поглощения глинистыми минералами (каолинитом и монтмориллонитом) (Орлов Д.С. (1992). Исключение может составлять ион NH4+, не указанный в литературных данных. Очевидно, в почвах Якты-Куля основную роль в создании определенного уровня концентраций ионов К+, Са2+ и Мg2+ играют процессы ионного обмена между катионами обменных позиций твердых фаз почв и катионами почвенного раствора, причем можно предположить, что илистая фракция преимущественно представлена каолинитом и монтмориллонитом.
Выводы:
1) Исследуемые почвы Южного Урала характеризуются слабокислой реакцией рН 6.5 и низким содержанием обменного алюминия 0.15-1.6 мг-экв/100г почвы. Горные каштановые почвы отличаются от горных серых лесных почв Урал-Тау менее кислой реакцией и большими величинами ёмкости катионного обмена и содержания обменных кальция и магния
2) Для исследуемых почв Южного Урала получены ряды катионов, располагающихся в порядке уменьшения способности вступать в обменные реакции с ионами водорода на границе раздела твердой и жидкой фаз. Ряды катионов, составленные для горной каштановой почвы Якты-Куля совпадают с литературными данными, а именно с рядами катионов, расположенных в порядке возрастания степени их поглощения глинистыми минералами. Очевидно, в почвах Якты-Куля основную роль в создании определенного уровня концентраций ионов Са2+ , Мg2+ и К+ играют процессы ионного обмена между катионами обменных позиций твердых фаз почв и катионами почвенного раствора.
3) Из полученным рядам катионов, располагающихся в порядке уменьшения способности вступать в обменные реакции с ионами водорода на границе раздела твердой и жидкой почвенных фаз, обменными позициями почвенно-поглощающего комплекса (ППК) в наибольшей степени удерживается ион магния, характеризующийся большим зарядом по сравнению с однозарядными катионами калия и аммония и меньшим радиусом по сравнению с двухзарядным катионом кальция, то есть с наибольшей плотностью заряда из исследуемых катионов.
4) Выводы 1, 2 и 3 рекомендуется учитывать на стадии проектирования мероприятий водоочистки с помощью почвенных методов и при прогнозировании динамики показателей химических свойств грунтовых вод и вод внутрипочвенного стока при взаимодействии сточных вод с фазами почв.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Классификации и диагностике почв СССР. –М.,1977
2. Орлов Д.С. Химия почв. М.: МГУ, 1992.
3. Самарина В.С. Гидрогеохимия. – М.: Вш.шк., 1987.
4. Соколова Т.А., Дронова Т.Я., Коробова Н.Л. О варьировании некоторых показателей кислотно-основного состояния подзолистых почв в связи с задачами почвенно-химического мониторинга.–В сб.: Проблема экологического мониторинга и моделирования экосистем. – Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат, 1992.
5. Физическая химия /под редакцией Никольского Б.Н., М.: Вш.шк., 1987/
|
