841
.pdfОдним из критериев степени проявления оксидогенеза является отношение дитиониторастворимого железа к валовому содержанию FeДИТ/FeВАЛ. Степень выраженности оксидогенеза в почвах поймы р. Камы и В. Мулянки низкая – 0,21-0,30, что связано с высокой ожелезненностью этих почв и преимущественным нахождением железа в составе силикатов. В почвах поймы р. Обвы выраженность оксидогенеза оценивается как средняя, средневзвешенное отношение FeДИТ/FeВАЛ составляет 0,32-0,37. В связи с более высоким содержанием слабоупорядоченных гидроксидов Fe, критерий гидроксидогенеза в почвах поймы р. Камы высокий, и наибольших значений (0,60-0,94) достигает в погребенных торфяных горизонтах перегнойно-глеевых почв (разр. 32, В. Мулянка; разр. 41, Кама), что свидетельствует о накоплении в них аморфных соединений железа. Доля окристаллизован-
ного железа (FeОКРИСТ) от несиликатного (FeДИТ) в изученных почвах, в основном, очень высокая. Наибольшее содержание
данной формы железа отмечено в почвах пойм рек Обвы
(0,58-0,85) и В. Мулянки (0,64-0,84).
Оксидогенез марганца наиболее сильно выражен в почвах поймы р. Камы и Обвы. Доля свободного марганца (Mnдит) от валового составляет 0,31-0,62 (таблица 11). В отдельных случаях ( гор. AYg, разр. 51; гор. С3, разр. 53; наилок в прирусловой пойме р. Обва) отношение Mnдит/Mnвал достигает 80-94%, следовательно, степень развития оксидогенеза марганца превышает выраженность оксидогенеза железа. Различия в развитии оксидогенеза железа и марганца объясняются тем, что динамика Eh в аллювиальных почвах создает условия для преимущественного восстановления марганца, по сравнению с железом, и, как следствие, для более интенсивного формирования свободных форм Mnдит. Редуктогенез Mn начинается уже при Eh 400 мВ, тогда как для начала восстановления Fe необходимо снижение Eh до 200
мВ [214].
131
Таблица 11 Формы соединений марганца в аллювиальных почвах Среднего Предуралья
№ |
Горизонт, |
MnO2 вал, % |
MnO2 |
дит |
|
|
MnO2 окс |
||||
п/п |
глубина, см |
% |
|
доля от вал. |
|
% |
|
доля от вал. |
|||
|
|
|
|
||||||||
|
|
Аллювиальная перегнойно-глеевая типичная, разр.41, р. Кама |
|
|
|||||||
1 |
Н |
|
0-23 |
0,18 |
0,08 |
|
0,43 |
|
0,03 |
|
0,18 |
2 |
[T] |
|
23-89 |
0,17 |
0,04 |
|
0,26 |
|
0,04 |
|
0,25 |
3 |
G~~ |
|
89-110 |
0,08 |
0,03 |
|
0,33 |
|
0,02 |
|
0,22 |
4 |
C1g~~ |
|
110 и > |
0,09 |
0,03 |
|
0,31 |
|
0,02 |
|
0,23 |
|
|
|
М |
0,14 |
0,04 |
|
0,31 |
|
0,03 |
|
0,23 |
|
|
Аллювиальная серогумусовая глеевая оруденелая, разр. 42, р. Кама |
|
|
|||||||
5 |
AYg |
|
0-25 |
0,58 |
0,47 |
|
0,63 |
|
0,34 |
|
0,59 |
6 |
C1g~~ |
|
25-31 |
1,28 |
0,91 |
|
0,71 |
|
0,87 |
|
0,68 |
7 |
Gfn~~ |
|
31-55 |
0,25 |
0,14 |
|
0,56 |
|
0,14 |
|
0,56 |
8 |
C2g~~ |
|
55 и > |
0,37 |
0,25 |
|
0,67 |
|
0,23 |
|
0,62 |
|
|
|
М |
0,47 |
0,34 |
|
0,62 |
|
0,29 |
|
0,60 |
|
|
|
Аллювиальная серогумусовая глееватая, разр. 43, р. Кама |
|
|
|
|||||
9 |
AY |
|
0-20 |
0,20 |
0,09 |
|
0,44 |
|
0,04 |
|
0,22 |
10 |
C1[hh] ~~ |
|
20-30 |
0,19 |
0,09 |
|
0,46 |
|
0,06 |
|
0,33 |
11 |
C2[hh] ~~ |
|
30-53 |
0,14 |
0,05 |
|
0,37 |
|
0,05 |
|
0,34 |
12 |
C3~~ |
|
53-75 |
0,16 |
0,07 |
|
0,42 |
|
0,08 |
|
0,47 |
13 |
C4g~~ |
|
75-100 |
0,19 |
0,09 |
|
0,48 |
|
0,07 |
|
0,35 |
14 |
C5g~~ |
|
100-150 |
0,39 |
0,24 |
|
0,61 |
|
0,16 |
|
0,42 |
15 |
C6g~~ |
|
150 и > |
0,09 |
0,03 |
|
0,39 |
|
0,03 |
|
0,31 |
|
|
|
М |
0,23 |
0,12 |
|
0,48 |
|
0,09 |
|
0,36 |
|
|
|
|
|
132 |
|
|
|
|
|
|
Продолжение таблицы 11
№ |
Горизонт, |
MnO2 вал, % |
|
MnO2 дит |
|
|
MnO2 окс |
||||
п/п |
глубина, см |
% |
|
доля от вал. |
|
% |
|
доля от вал. |
|||
|
|
|
|
||||||||
|
|
Аллювиальная серогумусовая глеевая оруденелая, разр. 51, р. Обва |
|
|
|||||||
16 |
AYg |
|
0-22 |
0,20 |
0,17 |
|
0,85 |
|
0,11 |
|
0,55 |
17 |
C1[hh]g~~ |
|
22-37 |
0,14 |
0,09 |
|
0,64 |
|
0,07 |
|
0,50 |
18 |
C2g,fn~~ |
|
37-75 |
0,07 |
0,03 |
|
0,43 |
|
0,02 |
|
0,29 |
19 |
G~~ |
|
75 и > |
0,08 |
0,04 |
|
0,50 |
|
0,02 |
|
0,25 |
|
|
|
М |
0,12 |
0,08 |
|
0,58 |
|
0,05 |
|
0,38 |
|
|
|
Аллювиальная серогумусовая типичная, разр. 52, р. Обва |
|
|
|
|||||
20 |
AY |
|
0-24 |
0,13 |
0,07 |
|
0,57 |
|
0,06 |
|
0,42 |
21 |
C1~~ |
|
24-47 |
0,12 |
0,07 |
|
0,54 |
|
0,05 |
|
0,38 |
22 |
C2~~ |
|
47-70 |
0,11 |
0,07 |
|
0,63 |
|
0,05 |
|
0,44 |
23 |
C3~~ |
|
70-101 |
0,13 |
0,08 |
|
0,65 |
|
0,06 |
|
0,47 |
24 |
C4~~ |
|
101 и > |
0,19 |
0,12 |
|
0,67 |
|
0,10 |
|
0,56 |
|
|
|
М |
0,13 |
0,08 |
|
0,61 |
|
0,06 |
|
0,45 |
|
|
|
Аллювиальная слоистая типичная, разр. 53, р. Обва |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
25 |
Наилок |
0,30 |
0,29 |
|
0,94 |
|
0,17 |
|
0,55 |
||
26 |
W(AY) |
|
0-20 |
0,14 |
0,08 |
|
0,52 |
|
0,06 |
|
0,41 |
27 |
C3~~ |
|
36-52 |
0,13 |
0,12 |
|
0,92 |
|
0,05 |
|
0,38 |
28 |
C4~~ |
|
52-71 |
0,15 |
0,08 |
|
0,53 |
|
0,06 |
|
0,37 |
29 |
C7~~ |
|
90 и > |
0,10 |
0,05 |
|
0,50 |
|
0,04 |
|
0,35 |
|
|
|
М |
0,13 |
0,08 |
|
0,60 |
|
0,05 |
|
0,37 |
|
|
|
|
|
133 |
|
|
|
|
|
|
Продолжение таблицы 11
№ |
Горизонт, |
MnO2 вал, % |
|
MnO2 дит |
|
MnO2 окс |
||||
п/п |
глубина, см |
% |
|
доля от вал. |
% |
|
доля от вал. |
|||
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Аллювиальная иловато-перегнойно-глеевая типичная, разр. 32, р. В. Мулянка |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
Hmr |
|
0-15 |
0,22 |
0,15 |
|
0,68 |
0,12 |
|
0,54 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
31 |
H |
|
15-32 |
0,11 |
0,04 |
|
0,36 |
0,04 |
|
0,36 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
32 |
C1g~~ |
|
32-49 |
0,09 |
0,02 |
|
0,20 |
0,01 |
|
0,10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
33 |
C2g~~ |
|
49-78 |
0,08 |
0,01 |
|
0,13 |
0,00 |
|
0,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
34 |
G~~ |
|
78-92 |
0,07 |
0,01 |
|
0,14 |
0,00 |
|
0,0 |
35 |
[T1] |
|
92-110 |
0,07 |
0,01 |
|
0,14 |
0,00 |
|
0,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
36 |
[T2] |
|
110 и > |
0,04 |
0,01 |
|
0,25 |
0,00 |
|
0,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М |
0,11 |
0,04 |
|
0,28 |
0,03 |
|
0,17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Постагрогумусовая аллювиальная глееватая, разр. 33, р. В. Мулянка |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
37 |
AYpa |
|
0-29 |
0,21 |
0,10 |
|
0,48 |
0,10 |
|
0,48 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
38 |
C1~~ |
|
29-49 |
0,19 |
0,09 |
|
0,47 |
0,08 |
|
0,42 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
39 |
C2~~ |
|
49-75 |
0,21 |
0,10 |
|
0,48 |
0,10 |
|
0,48 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
C3~~ |
|
75-107 |
0,23 |
0,12 |
|
0,52 |
0,06 |
|
0,26 |
41 |
C4g~~ |
|
107-137 |
0,19 |
0,09 |
|
0,47 |
0,10 |
|
0,53 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
42 |
C5g~~ |
|
137 и > |
0,11 |
0,03 |
|
0,27 |
0,02 |
|
0,18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М |
0,19 |
0,09 |
|
0,45 |
0,08 |
|
0,39 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
134 |
|
|
|
|
|
Продолжение таблицы 11
№ |
Горизонт, |
MnO2 вал, % |
|
MnO2 дит |
|
|
MnO2 окс |
|||
п/п |
глубина, см |
% |
|
доля от вал. |
|
% |
|
доля от вал. |
||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Аллювиальная слоистая типичная, разр. 34, р. В. Мулянка |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
43 |
W(AY) |
0-30 |
0,20 |
0,07 |
|
0,37 |
|
0,06 |
|
0,32 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
44 |
C1~~ |
30-41 |
0,16 |
0,05 |
|
0,31 |
|
0,03 |
|
0,19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
45 |
C2~~ |
41-48 |
0,16 |
0,06 |
|
0,38 |
|
0,04 |
|
0,25 |
46 |
C3~~ |
48-76 |
0,16 |
0,05 |
|
0,31 |
|
0,02 |
|
0,13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
47 |
C4~~ |
76-100 |
0,15 |
0,04 |
|
0,27 |
|
0,02 |
|
0,13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
48 |
C5~~ |
100-108 |
0,22 |
0,08 |
|
0,36 |
|
0,02 |
|
0,09 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
49 |
C6~~ |
108-130 |
0,14 |
0,03 |
|
0,21 |
|
0,02 |
|
0,14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50 |
C7~~ |
130 и > |
0,13 |
0,04 |
|
0,31 |
|
0,02 |
|
0,15 |
|
|
М |
0,16 |
0,05 |
|
0,31 |
|
0,03 |
|
0,18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание: М – средневзвешенное по профилю содержание
135
Восстановленные формы Fe и Mn участвуют в образовании их (гидр)оксидов в период снижения влажности, увеличения степени аэрации и развития окислительных процессов. Марганец, в результате частичного изоморфного замещения железа, находится, в основном, в Mn-фероксигите.
Конкреции. Разная степень оксидогенеза железа и марганца наиболее сильно проявляется в новообразованиях почв таежно-лесной зоны различного генезиса. Для характеристики заболоченности почв используют отношение Fe:Mn в составе конкреций [42, 102, 163]. В почвах кларковое отношение Fe:Mn составляет 45 [33]. Отношение Fe:Mn в ортштейнах и роренштейнах изученных почв колеблется в очень широких пределах, что отражает, видимо, как региональные литологические особенности почв, так и отличие механизмов синтеза Fe-Mn-оксидов в ортштейнах и роренштейнах. В ортштейнах постагрогумусовой глееватой почвы (разр. 33, В. Мулянка) низкое отношение Fe:Mn (2,0) характеризует преимущественную аккумуляцию Mn (таблица 12).
Вроренштейнах серогумусовой глеевой почвы (разр. 51, Обва) в большей степени концентрируется железо, отношение Fe:Mn достигает 219. Железистые трубочки формируются в восстановительных условиях вокруг корней, выделяющих в процессе роста органические кислоты (щавелевую кислоту и др.), которые растворяют минералы, содержащие железо и марганец. Продуктом химической реакции являются прочный оксалат Fe(II) и непрочный оксалат Mn(II), что объясняет формирование ожелезненных роренштейнов, практически лишенных марганца [82].
Вконкрециях преобладают окристаллизованные соеди-
нения железа. Критерий гидроксидогенеза (FeОКС/FeДИТ) очень низкий – 0,1-0,3. Отношение FeДИТ к FeВАЛ в конкрециях умеренно низкое (0,21-0,45), а доля MnДИТ в массе MnВАЛ выше (0,21-0,99). Следовательно, в конкрециях, как и в почвах, оксидогенез марганца выражен сильнее.
136
Таблица 12 Формы соединений Fe и Mn в конкрециях аллювиальных почв Среднего Предуралья
№ |
Горизонт, |
|
Сорг, % |
|
Fe2O3, % |
|
FeОКС FeДИТ |
|
MnO2, % |
|
Fe:Mn |
|||||
п/п |
глубина, см |
|
вал |
дит |
|
окс |
вал |
|
|
дит |
|
окс |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Аллювиальная серогумусовая глеевая оруденелая, разр. 42, Кама |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Gfn ~~ |
31-55 |
|
1,02 |
62,9 |
13,1 |
|
1,17 |
0,09 |
1,11 |
|
1,07 |
|
0,55 |
35 |
|
|
|
|
Аллювиальная серогумусовая глееватая, разр. 43, Кама |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
C2[hh] ~~ |
30-53 |
|
0,66 |
20,9 |
8,6 |
|
0,82 |
0,10 |
3,88 |
|
3,18 |
|
0,58 |
30 |
|
3 |
C3 ~~ |
53-75 |
|
0,63 |
17,3 |
7,8 |
|
1,11 |
0,14 |
3,36 |
|
2,36 |
|
0,57 |
3 |
|
|
|
Аллювиальная серогумусовая глеевая оруденелая, разр. 51, Обва |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
C2g,fn~~ |
37-75 |
|
1,40 |
27,6 |
10,3 |
|
1,29 |
0,05 |
0,07 |
|
0,04 |
|
0,02 |
219 |
|
|
|
Постагрогумусовая аллювиальная глееватая, разр. 33, В. Мулянка |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
C2~~ |
49-75 |
|
0,84 |
16,9 |
3,9 |
|
1,19 |
0,30 |
4,69 |
|
1,00 |
|
0,57 |
2 |
|
6 |
C3~~ |
75-107 |
|
0,83 |
18,3 |
7,4 |
|
1,18 |
0,16 |
5,23 |
|
|
3,43 |
|
0,57 |
2 |
7 |
C4g~~ |
107-137 |
|
0,92 |
22,4 |
9,1 |
|
1,23 |
0,13 |
6,56 |
|
|
4,75 |
|
0,59 |
2 |
8 |
C5g~~ |
137 и > |
|
0,66 |
27,9 |
10,5 |
|
1,25 |
0,12 |
0,66 |
|
|
0,65 |
|
0,32 |
23 |
137
По-видимому, в субаквальных условиях, при низком Eh происходит интенсивное образование железистых конкреций (как ортштейнов, так и роренштейнов). При различной степени влажности и преобладании окислительных условий над восстановительными формируются конкреции с высоким содержанием марганца.
Содержание железа и марганца, извлекаемых из конкреций аллювиальных почв вытяжками Мера-Джексона и Тамма, в несколько раз выше, чем во вмещающей почве. Для оценки степени развития оксидогенеза железа и марганца в конкрециях предлагается использовать новый показатель –
интенсивность конкреционного оксидогенеза (I) железа и марганца:
I |
FeКОНКР |
, |
(4) |
Fe |
FeПОЧВ |
|
|
|
|
где FeКОНКР – содержание FeОКС (FeДИТ) в конкрециях, FeПОЧВ
– содержание FeОКС (FeДИТ) во вмещающей почве |
|
||
I |
MnКОНКР |
, |
(5) |
Mn |
MnПОЧВ |
|
|
|
|
||
где MnКОНКР – содержание MnОКС (MnДИТ) в конкрециях, MnПОЧВ – содержание MnОКС (MnДИТ) во вмещающей почве.
Интенсивность конкреционного оксидогенеза проявляется в большей мере для дитиониторастворимых форм железа и марганца и составляет, соответственно, 4,8 (lim = 2-9) и 27,4 (lim = 1-64) (рисунок 20). В конкрециях, формирующихся в оруденелых горизонтах Gfn (разр.42, Кама) и C2g,fn (разр. 51, Обва), концентрируются преимущественно соеди-
нения FeДИТ (IFe → max). В конкрециях гор. C2[hh] (разр. 43, Кама) и гор. C4g (разр. 33, Мулянка) накапливается больше
марганца (MnДИТ). Интенсивность конкреционного оксидогенеза марганца превышает интенсивность конкреционного оксидогенеза железа по содержанию оксалаторастворимых форм в среднем в 4,6 раза, а по дитиониторастворимым формам – в 5,7 раз.
138
IFe |
|
|
IMn |
63,6 |
52,8 |
|
40 |
|
|
40 |
|
||
|
|
|
|
|
||
35 |
|
|
35 |
|
|
|
30 |
|
|
30 |
|
|
|
25 |
|
|
25 |
|
|
|
20 |
|
|
20 |
|
|
|
15 |
|
|
15 |
|
|
|
10 |
|
|
10 |
|
|
|
5 |
|
|
5 |
|
|
|
0 |
|
FeОКС |
0 |
|
|
|
FeВАЛ |
FeДИТ |
MnВАЛ |
MnДИТ |
MnОКС |
||
Рисунок 20. Интенсивность конкреционного оксидогенеза Fe (IFe) и Mn (IMn) в аллювиальных почвах Среднего Предуралья.
1-8 – номера образцов конкреций (по данным таблицы 12)
139
Таким образом, в результате оксидогенеза в конкрециях более интенсивно аккумулируется марганец, чем железо. Конкреции являются локальными центрами оксидогенеза железа и марганца.
3.3. Магнитная восприимчивость почв и конкреций
Магнитная восприимчивость – одна из наиболее просто определяемых физических характеристик почв. Это свойство почвы хорошо характеризует особенности оксидогенеза железа. В настоящее время накоплен достаточно большой материал по использованию этого параметра для оценки плодородия почв и диагностики почвообразовательных процессов [5, 26, 29, 37, 45, 103, 106, 122, 222]. Величина магнитной восприимчивости используется для выявления загрязнения почв ТМ [142, 230, 242]. Исследованиями В.Ф. Бабанина [14], установлено, что магнитная восприимчивость аллювиальных почв поймы р. Оби закономерно уменьшается от прирусловой к притеррасной части поймы, что обусловлено усилением глеевых процессов в этом направлении и, как следствие, снижением содержания фракций магнитных минералов.
По величине магнитной восприимчивости оценивается
интенсивность оксидогенеза магнитных оксидов железа
[152]. Рассмотрим закономерности изменения удельной магнитной восприимчивости (χ) в аллювиальных почвах Среднего Предуралья, определенной на каппа-бридже KLY-2.
В пойме р. Камы магнитная восприимчивость почв изменяется от 0,1 до 34·10-8 м3/кг, при этом наблюдается закономерное снижение данного показателя как в ряду почв при усилении гидроморфизма, так и по профилю от поверхностных горизонтов к глубинным слоям аллювия [48] (рисунок
21).
140