841

В пойме р. В. Мулянки в 2003 г. реакция среды изменялась от щелочной (pH 8,1) разр. 32 до кислой (5,1) разр. 33, но преимущественно была нейтральной (рисунок 13). Аналогично складывалась динамика рН в 2004 и 2005 гг.

Динамика температуры. Колебания температуры в наблюдаемой толще аллювиальных почв совпадали с изменением температуры воздуха. В пойме р. Камы в наибольшей степени прогревалась серогумусовая глееватая почва, температура ее в среднем на 3-6°С выше перегнойно-глеевой и серогумусовой глеевой почв, tºср – 16-18°С (рисунок 14). В пойме р. В. Мулянки более высокая температура была в постагрогумусовой глееватой почве (разр. 33). В среднем за период наблюдения она составила 15-16°С, при максимуме 19°С и минимуме 12°С (рисунок 15). В притеррасной и прирусловой пойме температура почв была на 1-2°С ниже.

Между температурой и Eh в аллювиальных почвах выявлена обратная и прямая зависимости (приложение 4). В подповерхностном горизонте постагрогумусовой глееватой (разр. 33, В. Мулянка), гор. W(AY) и гор. С1~~ слоистой (разр. 34, В. Мулянка) почв наблюдается снижение Eh с ростом температуры, так как увеличение температуры приводит к активизации биоты, участвующей в редукции (гидр)оксидов. Для гор. AY(W) (разр. 34) уравнение регрессии имеет вид: y = -8,6x + 640,3 (r = -0,60) (приложение 4). Прямая зависимость Eh от температуры установлена в гор. [T] перегнойно-глеевой оруденелой (разр. 41, Кама) и гор. Hmr иловато-перегнойно-глеевой (разр. 32, В. Мулянка) почв. Приращение Еh с ростом tº в гор. Нmr (разр. 32) описывается уравнением: y = 24,505x + 82,854 (r = 0,51) (приложение 4). Возрастание Eh при увеличении температуры происходит за счет снижения содержания продуктов редукции в процессе образования комплексов с органическим веществом [117] и (или) фиксации восстановленного Fe(II) на поверхности Fe(III)-(гидр)оксидов [290].

111

Рисунок 14. Динамика температуры в аллювиальных почвах поймы р. Камы с мая по сентябрь, 2004-2005 гг.

А – поверхностные горизонты, В – подповерхностные горизонты. Почва, горизонт, см:

аллювиальная перегнойно-глеевая типичная

(разр. 41) H, 0-23; [Т], 23-89;

аллювиальная серогумусовая глеевая

(разр. 42) AYg, 0-25; C1g, 25-31;

аллювиальная серогумусовая глееватая

(разр. 43) AY, 0-20; C1[hh], 20-30.

113

Пленки Fe(II) препятствуют переносу электронов к поверхности (гидр)оксидов и замедляют процессы восстановления

Fe(III).

Величина рН, как правило, возрастает при повышении влажности за счет снижения концентрации H+ в почвенном растворе. В профиле аллювиальной серогумусовой глеевой почвы (разр. 42, Кама) в гор. AYg и C1g наблюдается средняя положительная корреляция (r = 0,5 ... 0,4) между рН и полевой влажностью (приложение 5). В условиях кислой реакции среды при повышении влажности происходит возрастание концентрации H+, как результат микробиологических процессов, связанных с оглеением и образованием органических и минеральных кислот, которые переходят в почвенный раствор и снижают рН.

В гор. AYpa и С1~~ постагрогумусовой глееватой (разр. 33, Мулянка) и гор. AY серогумусовой глееватой (разр. 43, Кама) почв выявлена отрицательная зависимость между влажностью и величиной рН (r = -0,4 … -0,45). При повышении температуры влажность почвы снижается. Во всех изученных почвах корреляция между W и tºC отрицательная. Коэффициенты корреляции между влажностью и Eh низкие, так как определяются различными параметрами химического и биохимического характера и устойчивостью почв к изменению уровня увлажнения.

Динамика показателя парциального давления водорода. В

процессе редукции соединений железа создаются предпосылки для оксидогенеза, если восстановительные условия со временем сменяются окислительными. В Международной базе почвенных данных снижение величины показателя парциального давления водорода rH до значения rHкрит = 19 служит критерием оглеения почв [301]. Ниже этого значения происходит актуальная редукция Fe(OH)3 до Fe(II). При rH > 19 в оглеенных горизонтах, при создавшихся окислительных условиях морфологически проявляется остаточный глей. Такой глей очень распространен в почвах таежно-лесной зоны, где отмечается rH > 19 [117]. Для оценки величины rH И.С. Кауричевым [117] использовались два

115

варианта критического уровня показателя: средний (rHср) и минимальный (rHмин). Среднее во времени значение rHср использовано для группировки почв по редокс-потенциалу [97], подразделяя их на почвы с господством окислительных или восстановительных процессов: с rH> 27 и rH<27, соответственно. Минимальные значения rHмин реже используют для диагностики и классификационных целей [56].

В ходе полевых режимных наблюдений были определены величины Eh и рН почвенного раствора, что позволило рассчитать парциальное давление водорода rH в изученных аллювиальных почвах по средним (rHср) и минимальным (rHмин) значениям.

Величина rHмин для характеристики оглеенных и перегнойных горизонтов аллювиальных почв эффективнее, чем rHср. Это связано с тем, что оглеение как периодический процесс в почвах пойм развивается, главным образом, в весенний период при максимальном снижении rH во время паводка или подъема грунтовых вод.

Средняя, за период наблюдения, величина показателя парциального давления водорода rHср в гумусовых горизонтах почв поймы р. Камы в 2004-2005 гг. составила: 26,5±1,3 – в пере- гнойно-глеевой почве, 27,9±1,1 в серогумусовой глеевой оруденелой, 28,4±1,1 – в серогумусовой глееватой (рисунок 16). Величина rHмин была зафиксирована на уровне 19,9, 23,3 и 22,4, соответственно. В подгумусовых горизонтах почв прирусловой и притеррасной пойм эти значения были выше, а в почве центральной пойме – ниже.

Величина показателя парциального давления водорода в поверхностных горизонтах иловато-перегнойно-глеевой почвы поймы р. В. Мулянки в 2003-2005 гг. составила: в илова- то-перегнойно-глеевой – 31,4±0,7, в постагрогумусовой глеева-

той – 31,5±2,0, в слоистой почве – 33,0±0,3. Величина rHмин опускалась до значений 24,0, 28,9, 27,5, соответственно (рису-

нок 17).

116

Рисунок 16. Динамика парциального давления водорода rH в аллювиальных почвах поймы р. Камы с мая по сентябрь,

2004-2005 гг.

А – поверхностные горизонты, В – подповерхностные горизонты.

Почва, горизонт, см:

аллювиальная перегнойно-глеевая типичная

(разр. 41) H, 0-23; [Т], 23-89;

аллювиальная серогумусовая глеевая

(разр. 42) AYg, 0-25; C1g, 25-31;

аллювиальная серогумусовая глееватая

(разр. 43) AY, 0-20; C1[hh], 20-30.

117

В подгумусовых горизонтах почв прирусловой и притеррасной пойм rHмин ниже (19,5 и 26,4), в центральной пойме rHмин выше (29,8), чем в гумусовом горизонте.

Таким образом, в период проведения режимных наблюдений (май-сентябрь 2003-2005 гг.) в аллювиальных почвах пойм рек Камы и В. Мулянки не было зафиксировано снижение rH до значений меньше 19, которые характеризуют глеевые горизонты с интенсивно восстановительными условиями почвообразования [212].

Формирование глеевых горизонтов при rHмин < 19 в аллювиальных почвах, вероятно, происходит в период паводка или сразу после его окончания при активизации микробиологических процессов в почве. Следовательно, для характеристики оглеенных и перегнойных горизонтов аллювиальных почв использовать величину rHмин эффективнее, чем rHср.

Переменные окислительно-восстановительные условия почвообразования в аллювиальных почвах Среднего Предуралья, выявленные по динамике влажности, Еh, t°C, рН и rH, определяют развитие оксидогенеза Fe и Mn, так как в почвах пойм создаются условия для фаз редукции и окисления различной продолжительности: Fe (II) ↔ Fe (III), Mn (II) ↔ Mn (IV).

119

ГЛАВА 3. ФОРМЫ И СТЕПЕНЬ РАЗВИТИЯ ОКСИДОГЕНЕЗА В АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ПОЧВАХ ПОЙМ РЕК КАМЫ, ОБВЫ И ВЕРХНЕЙ МУЛЯНКИ

3.1. Фазовый состав минералов железа и марганца в почвах

Фазовый состав минералов железа и марганца в почвах пойм определяется минералогическим составом аллювия и особенностями оксидогенеза железа и марганца. В красноцветных пермских породах Среднего Предуралья и продуктах их выветривания преобладают гематит и гетит [56, 87, 154, 155].

Фазовый состав минералов определен в лаборатории кристаллохимии ИГЭМ РАН на просвечивающем электронном микроскопе JEM-100C методом микродифракции электронов в сочетании с качественным определением состава фазы на микроанализаторе «Kevex» (аналитик А.В. Сивцов).

Для приготовления препарата водную почвенную суспензию обрабатывали ультразвуком на диспергаторе УЗДН2Т от 30 до 90 с. Затем суспензионный препарат наносили на прозрачную коллодиевую пленку-подложку и высушивали. При этом стремились к тому, чтобы на пленке-подложке при максимальном количестве частиц на единицу площади минеральные индивиды располагались, по возможности, изолированно. Для этого необходимо, чтобы при микродифракционном исследовании конкретной фазы не было наложения посторонних рефлексов. Под электронным микроскопом просматривали весь препарат диаметром 3 мм, а при необходимости – и несколько препаратов, приготовленных при разной концентрации суспензии и при разной продолжительности обработки ультразвуком. С одной и той же частицы размером вплоть до долей микрометра последовательно фиксировали электронно-микроскопическое изображение на просвет, микродифракционные картины и химический состав в виде энергодисперсионных спектров [270].

120