597

Таблица 2. – Групповой и фракционный состав железа

111

Таблица 3 – Групповой и фракционный состав железа в почвах

Примечания: А-абсолютное содержание; О - относительное содержание от валового.

112

ПРИЛОЖЕНИЕ 8

ДИАГНОСТИКА ПОЧВЫ ПО ГРУППОВОМУ СОСТАВУ СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА

Цель работы. Охарактеризовать почвенно-геохимические процессы по содержанию и соотношениям форм соединений железа в системе почва – горная порода. Познакомиться с методами расчета коэффициентов и индексов на основе группового состава соединений железа.

Выполнение задания

1.Используя представленные задания рассчитать группы, формы соединений, соотношения, коэффициенты, критерии.

2.Дать оценку показателям с учетом изменения их по профилю почвы, определить тип распределения по профилю, уровень содержания.

3.Определить степень выветривания минеральной части почвы по данным группового состава форм соединений железа, и сделать соответствующие выводы.

4.Дать оценку условиям увлажнения, степени проявления оксидогенеза.

5.Показать, какие формы соединений элемента накапливаются, какие выносятся. О наличии, каких процессов это свидетельствует. Для каких групп соединений элемента отмечается контрастное распределение по профилю, для каких – биогеохимическое накопление и т. п.

6.Определить геохимические барьеры в изучаемом профиле почвы.

7.Результаты работы оформляются в виде отчета.

Железо занимает второе место среди металлов и четвертое среди элементов земной коры, Кларк железа=4,65. Это один из самых распространенных элементов в коре выветривания и почвах. Содержание железа в почвах колеблется от 2 до 35 %, а в тропических почвах до 71 %. Для идентификации и оценки почвообразовательных процессов, с использованием принципа генетичности при классификации почв, безусловно, важным является определение группового состава соединений железа. Соединения этого элемента являются наиболее чувствительным индикатором изменения названных условий, отражающим изменения интенсивности процессов выветривания и почвообразования в целом, условий увлажнения и аэрации, обусловливающим формирование облика почвенного профиля. Соотношения форм соединений этого элемента во многом определяют физико-химические свойства почв, их сорбционные свой-

113

ства, влияют на подвижность многих акцепторных элементов. Железо относят к типоморфным химическим элементам в почвах гумидных ландшафтов.

В приложении по краткой сводке методов аналитической характеристики почв в Международной реферативной базе почвенных ресурсов, рекомендованы анализы для определения свободных соединений железа по Мера-Джексону и аморфных соединений в кислой оксалатной вытяжке по Тамму.

Свободное железо – синоним несиликатного, не входит в состав силикатов (первичных и вторичных) и представляет группу соединений, охватывающих в различной степени окристаллизованные и аморфные формы, включая железоорганические (хелатные), водно-растворимые и обменные формы и соединения. Противоположным ему является силикатное железо, входящее в состав первичных и вторичных (глинистых) силикатов.

Подвижное железо – понятие, приложимое к закисным органоминеральным и водно-растворимым соединениям. Все остальные формы железа не обладают способностью передвигаться и не могут относиться к подвижным. Их количества, определяемые с использованием различных растворителей, отражают происшедшее ранее перераспределение железа в закисных, ор- гано-минеральных или водно-растворимых и обменных соединениях. Кроме того, перераспределение железа может быт связано с лессиважем ила, в котором оно содержится в повышенных количествах. Поэтому различия в содержании форм железа по профилю не являются прямым следствием их передвижения, а лишь указывают на то, что перераспределение железа связано в большей мере с процессами, вызывающими его подвижность, со сменой анаэробиозиса аэробиозисом и временным проявлением, обуславливающими образование закисных соединений, неспособных передвигаться и фиксировать перераспределение, обусловленное переходом закисных соединений в окисные.

Несиликатное – свободное железо извлекается из почвы методом МераДжексона. Силикатное железо определяется по разности = валовое железо минус несиликатное железо. Аморфные – неокристаллизованные формы определяются оксалатным методом Тамма и вычитаются из несиликатных форм, определенных по Меру-Джексону. Оставшиеся формы железа подразделяются на сильно-окристаллизованные, слабоили свежеокристаллизованные, орагноминеральные по методу Баскомба (рис. 1). Фракции железа – различные подразделения в пределах одной формы железа. Например, аморфное железо состоит из 2 фракций: не связанной с органическими соединениями и связанное с ними (железоорганическя аморфная фракция).

114

Обменные и водно-растворимые формы составляют ничтожную часть несиликатного и в общее разделение не включаются.

Рис. 1 – Группы и формы, фракции соединений железа в почвах

Методика расчета содержания форм соединений железа

Методы выделения железа проводятся по следующей системе анализов:

-валовое (общее) содержание железа Fet спеканием с щелочами;

-несиликатное Fed по Мера-Джексону;

-железо по Баскомбу – экстрагируемое пирофосфатом К или натрия и дитиони-

том натрия Fe Баск. (ext+res); Feext – железо, экстрагируемое пирофосфатом калия; Feres – остаточное железо, экстрагируемое дитионитом Na;

- свободное и связанное с гумусовыми соединениями Feо (по Тамму).

По данным, полученными этими методами, вычисляют следующие формы железа: силикатные, несиликатные, окристаллизованные (сильно и слабо), аморфные (железоорганические и неорганические).

Пример расчета:

1.Силикатное: Fet – Fed

2.Несиликатное: Fed

3.Окристаллизованное: Fed – Feо : а) сильноокристаллизованное – (Fed – Fe Баск. (ext+res)); б) слабоокристаллизованное – (Fe Баск. (ext+res) – Feо);

4.Аморфное (общее) Feо: а) железоорганическое – FeБаск.ext; б) неорганическое – (Feо – FeБаск.ext).

115

Диагностика почв проводится по следующим показателям:

1. Валовое содержание железа (Fetл) характеризует суммарное количество всех его форм. Группировка почв по валовому содержанию и дитиониторастворимого железа по шкале Ю.Н. Водяницкого (% от массы почвы):

˃ 30 – очень высокая степень ожелезненности; 30-10 – высокая; 10-5 – умеренно высокая; 5-3 – средняя;

3-1 – умеренно низкая;

1-0,5 – низкая; ˂ 0,5 – очень низкая степень ожелезненности.

Определить:

-степень ожелезненности горизонтов профиля по содержанию валового железа по шкале;

-особенности профильного распределения Fet с помощью коэффициента аккумулятивности КА (см. работу 1): 1,00˃КА˃0,66 – сильноаккумулятивный; КА=0,66 – равномерно аккумулятивный; 0,66˃КА˃0,50 – слабоаккумулятивный; КА=0,50 – недифференцированный; 0,50˃КА˃0,33 слабо элювиальный; КА=0,33 – равномерно элювиальный; 0,33˃КА˃0,00 – сильно элювиальный.

Различные типы профильного распределения Fet могут указывать на различное соотношение процессов физического выветривания, физико-химического преобразования материала и переноса вещества в процессе почвообразования. Дать оценку.

2.Кроме Fet, традиционно условно выделяют две группы соединений железа: силикатное (Fet – Fed) и так называемое свободное (несиликатное, Feo).

Оценить содержание силикатного железа, определить процент от валового, и распределение по профилю.

Преобладание (Fet – Fed) над Feo свидетельствует о преобладании физической дезинтеграции и, возможно, минералогической трансформации минеральной части почвы, при которой происходит менее интенсивное высвобождение железа из минералов.

3.Feo – важный диагностический признак по которому судят о типе почвообразования, особенностях внутрипочвенного выветривания, относительном возрасте почв. По содержанию Feo изучаемые почвы оценивают по шкале Ю.Н. Водяницкого (см. п.1).

Определить процент от валового, тип профильного распределения.

116

Накопление несиликатных форм железа в срединной части профиля в сравнении с выше- и нижележащими горизонтами может указывать на полигенетичность почвы, где горизонты накопления являются маркирующими, т.е. некоторой границей, разделяющей верхние современные гумусовые горизонты и нижнюю часть профиля. Гумусово-кислотный гидролиз первичных минералов здесь проявляется слабо и железо, освобождающееся в результате ферсиаллитизации, связывает кислое органическое вещество в устойчивые комплексы.

4. Доля (Fed – Feo) от Fet оценивает степень развития оксидогенеза в почвах, которая проявляется на разных стадиях выветривания и почвообразования неодинаково. Оксидогенез железа является прогрессивным почвенноэкологическим процессом тогда, когда происходит ограниченное накопление дисперсных слабоокристаллизованных минералов железа химически связанных с органическим веществом в поверхностных горизонтах.

Считается, что на начальных стадиях выветривания силикатов железо высвобождается изолированно, а в дальнейшем, оксидогенез идет совместно с гуматогенезом, при котором образуются дисперсные и слабоокристаллизованные формы соединений железа. Величина отношения (Fed – Feo)/Fet ˃ 0,5 характерна для ферраллитного, ферритного, аллитного процессов, а величина ˂ 0,5 – для гумусонакопления, глееобразования, слитообразования.

Группировка почв Ю.Н. Водяницкого по степени оксидогенеза железа по отношению (Fed – Feo)/Fet:

˃ 0,75 – очень высокая;

0,75-0,65 – высокая;

0,65-0,55 – умеренно высокая;

0,55-0,45 – средняя;

0,45-0,35 – умеренно низкая;

0,35-0,25 – низкая; ˂ 0,25 – очень низкая.

Несиликатные соединения железа могут достигать почти таких же значений, что и валовое в сильно выветрелых почвах.

Определить степень проявления оксидогенеза, распределение по профилю почвы и провести диагностику ЭПП и условий почвообразования.

5. Окристаллизованные соединения железа (Fed – Feo) формируются при старении аморфных осадков. Определить тип распределения содержания (Fed – Feo) по профилю почв.

Учеными установлены механизмы образования и накопления оксалаторастворимых оксидов в почвах. Во-первых, это может быть внутрипочвенное

117

оглинение in situ аморфных оксидов в процессе разрушения пород и выносе подвижных элементов (выветривание); во-вторых, поступление элемента из пород в почвенный раствор через механизм биологического круговорота с последующим выпадением аморфных соединений (иллювиальная аккумуляция).

6.Образование «аморфных» (оксолаторастворимых) Feo соединений по Тамму связывают с условиями, в которых может происходить восстановление Fe (III) до Fe (II), его последующее окисление, сопровождающееся образованием Fe(OH)3. Слабая дифференциация профиля по аморфным и окристаллизованным формам железа указывает на проявление лессиважа.

Определить типы распределения по профилю.

Максимальная подвижность Feo отмечается в горизонтах, имеющих временное переувлажнение и, как следствие этого, признаки оглеения. Содержание аморфного железа может служить диагностическим признаком сезонного переувлажнения поверхностными водами. С усилением степени гидроморфизма, наблюдается и увеличение содержания Feo. В кислой среде подвижность элемента значительно усиливается. Органические кислоты интенсивно разрушают минералы и способствуют образованию подвижных комплексных соединений железа. При изменении степени окисления элемента из-за переизбытка влаги и недостаточной аэрации, соединения железа приобретают наибольшую подвижность, что может приводить, при переменном водном режиме (влажность, сухость), к образованию кирас и конкреций, обесцвечиванию почвенной массы, к полному выносу соединений железа вертикальным и боковым стоком. Увеличение содержания Feo в гумусовых горизонтах почв указывает на усиленный биологический круговорот веществ.

7.В качестве самостоятельного показателя степени выветрелости почвенной массы использовали отношение силикатного железа к несиликатному. Чем меньше величины отношения (Fet – Fed)/Fed, тем выше степень выраженности процессов выветривания.

8.Коэффициент Швертманна (отношение Feo/Fed). Анализ критерия Швертманна (КШ), представляющего собой относительную долю содержания Feo от Fed, дает представление о степени старения и кристаллизации свободных оксидов и гидроксидов железа. Коэффициент КШ растет по мере увеличения степени гидроморфизма почв. Чувствительность критерия Швертманна к переувлажнению почв ученые объясняют по-разному. Швертманн не рассматривает данное отношение как критерий гидроморфизма, так как оно отражает степень оглеения не во всех условиях переувлажнения. Критерий Швертманна позволяет диагностировать степень избыточного гидроморфизма только в почвах по-

118

верхностного типа увлажнения. Горные территории отличаются промывным водным режимом. В исследуемых горных почвах заповедника «Басеги» КШ ˂1 (что также может указывать на аддитивность вытяжек). Кроме того, существует мнение, что очень низкие значения КШ (0,00-0,06) характеризуют унаследованный глей. КШ наиболее высокий, что указывает на гидроморфизм.

Описать изменения по профилю.

9.Для диагностики периодического переувлажнения используют критерий Ван Бодегома по уравнению: (Fe(II) биол. = 0,19 Feо – 0,028(Fed – Feо).

По мере уменьшения (Fed – Feо), критерий Ван Бодегома монотонно возрастает, сохраняя свой физический смысл. Высокие значения в верхних горизонтах характеризуют накопление гумуса в условиях временного избыточного увлажнения. Низкие значения критерия четко характеризуют оглеенный горизонт. Величины, стремящиеся к 0,00 маркируют избыточно влажные условия.

10.Железо, связанное с органическим веществом (Feext) определяется методом Баскомба. Эта форма железа помогает определить содержание сильноокристаллизованной, слабоокристаллизованной форм.

11.Отношение Fe2O3:C (в пирофосфатной вытяжке) показывает степень подвижности железо-гумусовых соединений.

12.Профильное распределение отношения содержания несиликатного железа к количеству илистой фракции (Fed/ил) позволяет определить водоупорные горизонты, погребенные горизонты.

13.Определить долю несиликатного железа от валового (Fed/Fet) и аморфного от валового содержания (Feo/Fet). Сравнить и провести оценку содержания и изменения по профилю почвы.

14.Результаты оформить в виде таблицы и сделать выводы.

Таблица – Результаты расчета содержания форм соединений железа

119

ПРИЛОЖЕНИЕ 9

ОЛЕДЕНЕНИЕ ЧЕТВЕРТИЧНОГО ПЕРИОДА

120