Состав минеральной части в торфяных почвах (часть 1)
13.03.2013

Знание форм аккумуляции минеральных веществ необходимо как для решения вопросов генезиса, так и для разработки теории и практики известкования кислых торфяных почв, применения на освоенных почвах удобрений или использования самого торфа в качестве удобрения.
Свойства торфяных почв и сельскохозяйственная их ценность в значительной мере определяются накоплением и формами аккумуляции таких минеральных веществ, как кремний, железо, алюминий, фосфор, кальций, магний, калий и др.
Кремний. Кремний по распространению в литосфере занимает второе после кислорода место. По данным А. П. Виноградова, среднее содержание его в литосфере 29,5 %. Он входит в состав горных пород, почв и растений, является одним из основных компонентов минеральной части растений-торфообразователей и торфяных почв. Обладая малой растворимостью в условиях кислой реакции этих почв, он накапливается в больших количествах при минерализации растительных остатков. Значительная часть его в торфяных почвах имеет биогенное происхождение, но в почвах, сформированных при участии делювиального наноса, могут преобладать формы первичных минералов (кварц).
Оригинальные исследования по формам аккумуляции кремния в торфяных почвах выполнены И. Ф. Ларгиным с сотрудниками, К. И. Лукашевым с сотрудниками, X. Финнеем и Р. Фарнхемом. И. Ф. Ларгин указывает, что валовое содержание кремния определяется аморфными формами кремнезема, формами, входящими в состав органоминеральных комплексов, коллоидов, фитолитария, а также кварцем биогенного и терригенного происхождения. На долю кремнезема падает до 60 % массы золы растений-торфообразователей, в составе которых обнаружен опал фитолитария. Содержание этих кремниевых образований составляет до 14 % от массы золы растений. Эти образования при отмирании растений в условиях кислой среды торфяных почв превращаются в кварц биогенного происхождения, который является более устойчивой формой кремния в условиях болота. Кварц биогенного и терригенного происхождения является основным минералом торфяных почв верховых и низинных болот. Содержание кварца нарастает во всех типах торфяников от центра к окрайкам.
В валовом содержании кремния в центральной части верховых торфяников преобладают аморфные формы, а на долю кварца приходится 20—25 % кремния. В низинных торфяниках содержание кварца колеблется в очень широких пределах в зависимости от геологического окружения. При песчаном окружении преобладает кварц. Количество его при этом резко возрастает в придонной и окрайковой зонах торфяника. При глинистом окружении доля кварца не превышает 20 % валового содержания кремния, преобладающей формой кремния является не кварц, а органоминеральные коллоидные и прочие формы.
Т. В. Трошичева отмечает, что в процессах превращения кремния в торфяных почвах важное место отводится фитолитарию болотных растений. Однако X. Финней и Р. Фарнхем указывают, что растительный опал в торфах имеет в основном форму клеток трав семейства Gramiea, не произрастающих на болоте, а следовательно, он не является новообразованием болотистых растений и привнесен из почв прерий. Авторы утверждают, что в большинстве современных растений верховых болот опал не образуется, хотя и оставляет эту возможность за растениями семейства Eriophorum, Саrех и Phagmites. Каковы бы ни были источники опала, видно, что он в ходе почвообразования в условиях кислой среды торфов переходит в более устойчивую форму — кварц, который и накапливается в профиле. В низинных торфяных почвах при щелочной реакции грунтовых вод возможно отчуждение кремния из профиля, на что указывает значительное снижение содержания SiO2 с глубиной (см. табл. 14).
Железо. Содержание железа в литосфере составляет 4,65 %. Первоисточником его в почвах являются первичные железосодержащие минералы. При их выветривании железо высвобождается и переходит во вторичные глинистые минералы или находится в аморфной форме. При разрушении вторичных минералов также образуются аморфные формы железа, которые кристаллизуются и образуют минералы группы оксидов и гидрооксидов: гематит, гетит, маггемит и др., в результате чего в почвах происходит накопление железа.
Главными источниками железа для торфяных почв являются почвообразующие породы прилегающих к болоту суходолов и минеральные породы, подстилающие сам торфяник. Железо, высвободившееся из почвообразующих пород при подзолообразовании на суходолах, передвигается с грунтовыми водами к депрессиям местности, где и накапливается. К. И. Лукашев с сотрудниками считает, что роль грунтовых вод в привносе железа с суходолов сильно преувеличена. По их мнению, основными источниками поступления железа в торфяник являются твердая взвесь, попадающая на поверхность торфяника, и подстилающая торфяник минеральная порода, где под воздействием водорастворимых органических кислот происходит восстановление железа. Однако сильное ожелезнение торфяных почв при грунтовом напорном питании болота железистыми водами все же свидетельствует о значительном привносе железа с грунтовыми водами с суходолов. Источниками железа для торфяников служат не только минеральные подстилающие породы и грунтовые воды, но и атмосферная пыль, делювиальные и речные наносы.
Ландшафты таежной зоны характеризуются повышенной миграцией железа, что связано с бедностью почвообразующих пород кальцием и способностью железа к образованию комплексов с водорастворимыми органическими кислотами при кислой реакции среды. Попадая в торфяные почвы, железо претерпевает ряд трансформаций, связанных со спецификой окислительно-восстановительных условий и переменной валентностью.
Содержание железа в торфяных почвах колеблется в очень широких пределах: от сотых долей процента в пересчете на сухой торф в верховых торфяных почвах атмосферного питания до 1—3 % при грунтовом питании низинных торфяных почв. При питании торфяника напорными железистыми водами содержание железа составляет 5—6 %, а в отдельных случаях достигает 28—35 %.
Железу принадлежит большая роль в болотном почвообразовании и питании растений. Оно активно взаимодействует с гумусовыми веществами, образуя железоорганические соединения. Оно сильно поглощает фосфат-ионы, двухвалентные формы образуют вивианит Fе3(РO4)2x8Н20. Отсутствие железа вызывает у растений хлороз, а высокое содержание двухвалентной формы токсично для растений.
Формы аккумуляции железа в торфяных почвах сложны и многообразны. Силикатные формы железа, входящие в состав кристаллических решеток первичных и вторичных (глинистых) минералов, могут реально существовать только в пойменных и делювиально заиленных торфяных почвах. Остальные торфяные почвы практически не содержат первичных и вторичных минералов, и в них преобладает несиликатное, т. е. свободное железо (оксиды и гидрооксиды с различной степенью кристаллизации, аморфные железистые и гумусовожелезистые, обменные и водорастворимые формы).
При изучении форм аккумуляции железа нами определены водорастворимые соединения железа, обменное железо и железо железогумусовых соединений. Железо гидрооксидов и оксидов рассчитывалось по разности между определенными формами. Обменные формы железа определялись в вытяжке 1 н. NН4Сl или 0,5 н. КСl. Железо органоминеральных соединений определялось в пирофосфатных вытяжках по методике Л. Н. Александровой. Непосредственное определение железа проведено по методу Казариной-Окиной. Извлечение железа комплексных металлорганических соединений достигается раствором пирофосфата натрия с нейтральной реакций. Повышение рH пирофосфатного раствора выше 9,6—9,7, по данным М. М. Кононовой, исключает возможность выделения железогумусовых комплексных соединений вследствие их разрушения и образования гидрооксидов Fе и Аl, а раствором пирофосфата натрия с рН 7 невозможно выделить основную часть гумусовых веществ из торфяных почв. Очевидно, компромиссное решение может быть достигнуто при повышении рН пирофосфатного раствора, подкисленного ортофосфорной кислотой до рН 9,0—9,5. Данные по формам аккумуляции железа и алюминия представлены в табл. 46, 47.

Состав минеральной части в торфяных почвах (часть 1)

Состав минеральной части в торфяных почвах (часть 1)

В понятие «водорастворимое железо» включают несколько его форм: ионное, растворимые железоорганические соединения и коллоидные формы. По его содержанию можно судить о размерах миграции железа. Данные табл. 46 показывают, что она связана с типом торфяной почвы. Если в кислых почвах верховых и переходных болот водорастворимое железо составляет 2—3,5 % от валового его содержания в торфе, то в низинных торфах его количество снижается до 0,1—0,2%. Верхние слои профиля верхних и низинных обедненных торфяных почв характеризуются большей миграционной способностью железа по сравнению с нижней частью профиля, и водорастворимого железа в них больше, чем внизу. Это связано с его высвобождением при отмирании растений, а в летний сухой период — и «подтягиванием» из нижних слоев.
Состав минеральной части в торфяных почвах (часть 1)

Органоминеральные формы железа. Возможность образования сложных коллоидно-химических комплексных соединений железа с фульвокислотами показана в работе В. В. Пономаревой.
Л. Н. Александрова считает, что при взаимодействии гуминовых веществ с солями алюминия и железа образуются не простые смеси этих веществ, а железо- и алюмогумусовые соединения, характеризующиеся пониженной емкостью катионного обмена по сравнению с исходными препаратами гуминовых кислот.
Способность образования металлоорганических комплексных соединений при взаимодействии гумусовых кислот с железом и алюминием признается многими исследователями. В. Бремнер полагает, что эти металлы образуют в почве нерастворимые металлоорганические комплексы. Извлечение этих соединений из почв без предварительного разрушения ранее не представлялось возможным, Фракционирование органического вещества, принятое по схеме И. В. Тюрина не дает представления о формах связи гумусовых веществ с минеральной частью почвы. Непосредственная щелочная обработка почв выделяет из них свободные фракции гумусовых веществ. Более прочно связанные фракции извлекаются последующими обработками Н2SO4 и NаОН.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Введите два слова, показанных на изображении: *