Морфологические особенности почв при переувлажнении и оглеении 32 Моделирование глееобразования в лабораторных условиях

Классификация переувлажненных почв основана на учете ряда морфолого-генетических свойств.

Во-первых, деление почв по степени гидроморфизма с учетом того, что этому показателю свойственна сезонная и годовая динамика.

Уровень грунтовых вод на мочарах изменчив, он зависит от погодных условий, времени года, глубины залегания водоупора, выращиваемых культур. Весной верховодка находится на глубине около 1 м, осенью — до 2 м и более.

Во-вторых, дифференциация по степени оглеености и глубине ее проявления. Это стабильный почвенный показатель, по которому устанавливают степень и длительность переувлажнения.

Третьим, достаточно надежным показателем степени оглеения почв является содержание подвижного железа. В автоморфных почвах оно составляет от 0,1 до 0,25 %; при переувлажнении - от 0,25 до 0,5 % (слабое оглеение); в почвах, подвергающихся значительному переувлажнению, содержание железа достигает 0,5—0,8 % (среднее оглеение). В сильно оглее-ных почвах количество подвижного железа превышает 0,8%.

Таким образом, основными диагностическими признаками гидроморфных почв, удобным для практического определения в условиях хозяйств, являются глубина и степень оглеения. Однако при выявлении моча-ристых почв необходимо учитывать типы водного питания (климатогенный, литогенный) и водного режима (промывной, непромывной, дессук-тивно-выпотной), глубину грунтовых вод, засоленность, солонцеватость, характер водоупора.

Многими авторами отмечается морфологическая близость переувлажненных почв склонов и зональных почв, особенно в черноземной зоне. В их профиле также выделяют три основных горизонта: гумусовый (А), переходный (В), почвообразующую породу (С).

Необходимо еще раз отметить, что мочаристый участок - это комплекс болотных, лугово-болотных и лугово-степных почв различной степени засоления и осолонцевания (Сувак, 1977). В связи с этим предложено выделять периферийную, переходную зоны и гидроцентр (Минкин и др., 1982).

Даже на различных почвообразующих породах формируется практически одинаковый, плотный, четко выраженный морфологически слитой слой. Для этого слоя характерна черная глянцеватая окраска с глыбистой и монолитной структурой. Ему свойственна пластичность во влажном состоянии и твердость в сухом, без пор и трещин на срезе. Большое влияние на возникновение и формирование слитого горизонта в гидроморфных почвах, бесспорно, оказывает применение тяжелой сельскохозяйственной техники. Также следует принимать во внимание длительность переувлажнения и минерализация грунтовых вод (Минкин и др., 1991).

Источником солей в почве являются минерализованные грунтовые воды и засоленные третичные глины. Для почв гидроморфных ландшафтов характерна сложная гидрология, что обуславливает наличие в них нескольких горизонтов залегания карбонатов и гипса. На самом верху обнаруживается горизонт гипса, состоящий из микрокристаллических скоплений, которые свидетельствуют об образовании из капиллярных растворов. Далее идет карбонатный горизонт белоглазки. Ниже него располагается также гипсоносный горизонт, но уже с другой структурой, более окристаллизо-ванный и собранный в шестоватый гипс. Ранее говорилось, что от гранулометрического состава почвы зависит форма карбонатных новообразований. Для почв тяжелого гранулометрического состава характерна достаточно рыхлая белоглазка с диффузными границами, которая говорит о цикличности процессов растворения и осаждения. В легких почвах новообразования карбонатов представлено журавчиками или плотной белоглазкой с практически четкими границами. Следует заметить, что в таких почвах под карбонатным горизонтом гипс не обнаруживается. Более детальные исследования показали, что журавчики представляют собой монолитные кристаллы гипса, покрытые карбонатными пленками, что свидетельствует о сооса-ждении менее растворимого соединения на более растворимом (Феофанова, 1950; Минкин и др., 1991; Назаренко, 1990).

В верхнем слое мочара, около одного метра, влажность обычно выше, чем в зональных черноземах: в лугово-черноземных мочаристых - на 2—3 %, в черноземно-луговых мочаристых - на 3—5 %. Для мочаристых почв характерной диагностической чертой является языковатая нижняя часть. Также обнаруживаются затеки гумуса с интенсивной темно-серой окраской, которые достигают глубины до 2—2,5 м. Чаще всего в верхней части профиля они сложены почвенной массой из других морфонов. Бесспорно, можно считать, что это происходит в результате педотурбации почвенного профиля, так как при высушивании мочаристые почвы дают заметную усадку и образуют широкие (до 5—7 см) и глубокие (до 100 см) трещины (Минкин, Калиниченко, 1983).

Известно, что для профиля мочаристых почв характерны выраженные признаки оглеения. Переувлажнение провоцирует глеевый процесс в первую очередь в слитом горизонте, а если он отсутствует, то оглеение затрагивает верхний гумусовый горизонт, поскольку в нем содержится большое количество органического вещества и существует некоторая отмы-тость от кальциевых солей. При этом в гумусовом горизонте оглеение может маскироваться гумусонакоплением (Вальков, Уманская, 1982). Глеегенные процессы придают профилю мочаристых почв холодный оливковый оттенок и вызывают проявление ржаво-бурых прожилок по всему профилю или его части (в зависимости от степени выраженности процесса) (Драчук,1983).

Накопление органических веществ и недостаток кислорода способствуют развитию восстановительных процессов и образованию глея и глеевых горизонтов, характерных для болот и болотных почв. Происходит восстановление окисных соединений железа в закисные.

При протекании глеегенных процессов образуется гидрозакись железа, которая имеет серо-зеленый цвет и существует только в восстановительных условиях. При контакте с кислородом воздуха быстро окисляется до гидроокиси железа красно-бурого цвета, поэтому при смене окислительно-восстановительных условий появляются характерные железистые ржавые образования.

Если наблюдается пульсация аэробно-анаэробных условий, то может образоваться двууглекислая закись железа Fe(HCO3)2. На кислороде воздуха оно окисляется с образованием гидроокиси железа:

4Ее(НСОз)22+2Н2О=Ее(ОН)з+8СО2.

Образование гидроокиси железа диагностируется появлением ржавых пятен и потеков. В заболачивании в почвах появляются ржавые пятна на границе капиллярной каймы. Закись железа поднимается по восходящим капиллярам к зоне аэрации, где происходит окисление, за счет которого железо переходит в нерастворимый осадок на стыке зоны аэробиоза и зоны восстановительных процессов. Охристые пятна гидроокиси железа возникают и при временном заболачивании. Если же анаэробные условия доминируют, то впоследствии образуются вторичные минералы холодной окраски, которые придают глеевым горизонтам сизоватый оттенок.

Обезжелезнение вызывает появление в почвах холодной окраски, распад микроагрегатов, значительное увеличение содержания свободного ила. Наиболее ярко цветовые признаки выражены в почвах, сформировавшихся на кислых и нейтральных породах.

Моделирование глееобразования в лабораторных условиях

Исследование закономерностей развития процесса глееобразования имеет богатую историю.

Впервые в литературе в работе В.В. Докучаева по почвоведению появился термин “суглей”, для описания почвенных профилей интенсивно переувлажненных болотистых лугов с синеватой окраской.

Впервые в 1905 году в научную терминологию Г.Н. Высоцким были введены в термины «глей» и «глееобразование» для обозначения «более или менее плотной породы серого цвета с зеленоватым оттенком, формирующейся в условиях длительного переувлажнения». Он обратил внимание на то, что процесс глееобразования имеет биохимическую природу и установил роль превращения окиси железа в закисную форму в при резком недостатке кислорода с непосредственным участием анаэробной микрофлоры. В своей статье «Глей», он описал оглеенные минеральные почвы и раскрыл главные закономерности процесса, который приводит к формированию этих почв. Именно с этого момента термин глей и его производные получили широкое распространение во всем мире науки.

При изучении глеевого процесса большая роль отводится модельным исследованиям. Это обусловлено тем, что в природных условиях на формирование почвенного покрова оказывает влияние комплекс факторов и почвообразовательных процессов, что усложняет проведение исследований по изучению влияния глеегенного процесса в естественных экосистемах. Глеевый процесс сравнительно несложно воспроизводится в лабораторном моделировании при условии регуляции и контроля водного режима.

Именно поэтому наиболее целесообразно исследование глееобразования в модельном эксперименте.

Особую важность модельных экспериментов выделял в своих работах А.А. Роде еще в 1971 году. Он отмечал преимущество лабораторных экспериментов над полевыми, так как моделирование позволяет контролировать протекание сложных природных процессов и регулировать внешние параметры эксперимента (температуру, влажность, субстрат и т.д.).

Первая попытка моделирования глееобразования была сделана И.И. Витиным (Wityn, 1934), который обнаружил резкое увеличение количества восстановленного железа, кальция и магния в почвенном растворе при продолжительной инкубации в горизонте С подзолистой почвы в присутствии легкодоступного субстрата при анаэробных условиях.

Позднее, в 1947 году, В.Г. Касаткин в своем модельном эксперименте по глееобразованию продемонстрировал существенное накопление в почвенном растворе кальция и железа, а также заметное подкисление среды на фоне анаэробиоза.

Затем С. Блумфилд (Bloomfield, 1950, 1951), максимально приблизил моделирование процесса оглеения к естественному, используя различные формы органического материала. Индикатором оглеения выступила концентрация растворенного железа. Автор не наблюдал признаков глеевого процесса в вариантах опыта без легкоразлагаемого субстрата.

Так же моделирование оглеения в условиях промывного водного режима было проведено Я. Сютой в 1962 году. В ходе исследования химического состава лизиметрических вод Я. Сюта установил резкое увеличение содержания Fe2O3, CaO, MgO в лизиметрических водах и существенное увеличение кислотности в среднем на 2 единицы в вариантах с добавлением органического вещества. Изменения почв в модельном эксперименте с добавлением легкоферментируемого вещества под воздействием восстановительных условий, по мнению автора, аналогичны процессам, протекающим в естественных условиях.

Глеевый процесс в модельном опыте отражен в работе Ф.Р. Зайдель-мана и Р.П. Нароковой в 1978 году. Авторы изучали влияние глееобразова-ния при застойно-промывном и застойном водном режимах на разных почвообразующих породах.

Особенность этой работы заключается в наблюдении развития глеевого процесса в динамике: появлением морфохроматических признаков и изменением окислительно-восстановительного потенциала (Eh, ОВП). Было установлено, что наиболее низкие значения ОВП в периоды обводнения, наблюдались в песке, наиболее высокие - в карбонатной породе. Было обнаружено, что в кислых породах после периодов аэрации Eh существенно не менялся, в то время как в карбонатной породе резко возрастал. Подобные особенности окислительно-восстановительного режима объясняют, по мнению авторов, распространенное в природе явление несоответствия длительности обводнения карбонатных пород и относительно незначительного проявления или отсутствия признаков оглеения в них. Также авторами обнаружена специфика выноса железа, кальция, алюминия и марганца в зависимости от генезиса и свойств почвообразующей породы. Следует подчеркнуть тот факт, что дренажные воды из карбонатной морены содержали незначительное количество FeO, пока в почвообразующей породе сохраня лись значительные резервы карбонатов. По мере декальцинирования породы вынос железа существенно увеличивался.

В ходе эксперимента авторами установлено, что на изменение физико-химических свойств ключевое влияние оказывает тип водного режима, а также насыщенность почвы карбонатами. Физико-химические свойства бескарбонатных пород резко ухудшились под влиянием глееобразования на фоне застойно-промывного водного режима по сравнению с контролем, в то время как в условиях застойного режима наблюдались незначительные изменения. В карбонатной морене изменения физико-химических свойств оказались незначительными, либо отсутствовали.

Впервые эксперимент по моделированию глееобразования в южном черноземе в лабораторных условиях и изменению его минеральной части был выполнен О.Г. Уманской и В.Ф. Вальковым в 1982. Авторы исследовали гумусовый горизонт и материнскую породу при застойном и застойно-промывном водном режиме. В качестве биостимулятора использовали концентрат кормового лизина и сахарозу. В результате длительного эксперимента авторами установлено появление глееобразования в черноземе южном. Все горизонты опытных образцов приобрели сизоватую окраску и бесструктурный слой у поверхности. Следует отметить тот факт, что микробиологическим анализом еще раз было подтверждено участие неспецифической гетеротрофной микрофлоры в глеевом процессе с преобладанием рода Clostridium. Подтверждено, что происходит огромное накопление закисного железа, что служит доказательством протекания процесса оглее-ния. Большое значение авторы придают оглеению как биохимическому процессу.

В 2001 году С.А. Николаева и А. М. Еремина представили результаты лабораторного эксперимента по моделированию кратковременного и длительного затопления черноземных почв с добавлением глюкозы и влиянию его на соединения железа. Авторами было установлено, что режим переувлажнения в сочетании с оттоком почвенных растворов обусловливает элю-виирование из почв железа, кальция, карбонатов, гипса и ила, способствуя неизбежному развитию глееобразования и деградационным изменениям черноземов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >