855

(−174 мВ в почве поймы р. Ива) до умеренно окислительных условий (532 мВ в почве поймы р. Данилиха). В глеевых горизонтах ОВ-условия изменялись от интенсивно восстановительных (−111 мВ в почве поймы р. Ива) до слабо восстановительных условий (396 мВ в почве поймы р. Егошиха). В целом за периоды наблюдений преобладали восстановительные условия. Выводы о контрастности режима ЕН почв пойм малых рек г. Перми согласуются с результатами исследований И.М. Габбасовой [65], А.И. Паутова [227], А.А. Васильева [30], проведённых ранее в естественных или слаботрансформированных пойменных ландшафтах Предуралья.

Кислотно-щелочные условия, измеренные в полевых условиях, оценивали в соответствии со шкалой, приведённой в полевом определителе почв [242] и учебном пособии В.Ф. Валькова [25]: 1) 4,0-5,0 – резкокислая реакция среды; 2) 5,0-6,0 – сильнокислая реакция среды; 3) 6,0-6,5 – слабокислая реакция среды; 4) 6,5-7,5 – нейтральная реакция среды; 5) 7,5- 8,5 (8,7) – слабощелочные условия; 6) 8,5 (8,7)-10,0 – сильнощелочные условия; 7) 10-12 – резкощелочные условия.

Динамика реакции среды (рН) имеет свою специфику в почвах каждой из изученных пойм (приложение 4, таблицы 1, 2, 3, 4, рисунки 7, 8).

Почва поймы р. Ива в 2006, 2008 и 2014 годах в урбо-

серогумусовом глееватом и в глеевом горизонтах имеет диапазон рН от сильнокислых (5,8) до слабощелочных (7,8) значений. При этом в профиле преобладала нейтральная среда.

Впочве поймы р. Егошиха в 2006, 2008 и 2014 годах в горизонтах АYg,ur,Х и G~~,Х значения рН варьируют от слабокислых (6,1–6,4) до слабощелочных (7,6) с преобладающими нейтральными значениями.

Впочве поймы р. Данилиха в 2006, 2008 и 2014 годах в горизонте АYg,ur,Х реакция среды была нейтральной с еди-

71

ничными слабокислыми (6,0) и слабощелочными (7,7) значениями рН. В глеевом горизонте рН имеет диапазон от нейтральных (6,6) до слабощелочных (8,1) значений.

Впочве поймы р. Верхняя Мулянка в 2007 году во всём профиле преобладала нейтральная реакция среды со значениями рН от 6,7 до 7,3 единиц.

Почва поймы р. Ласьва в 2007 году в горизонте АYg,ur,х

ив слое С1g~~,Х характеризовалась диапазоном рН от единичных слабокислых (6,0) до нейтральных (7,5) значений.

Таким образом, в почвах пойм малых рек реакция почвенных растворов была преимущественно нейтральная. Значения рН варьировали от сильнокислых условий (5,8 единиц в гумусовых и глеевых горизонтах почвы поймы р. Ива) до слабощелочных значений (8,1 единиц в глеевых горизонтах почвы поймы р. Данилиха).

Динамика температуры почв пойм за периоды наблюдений находилась в прямой зависимости от температуры атмосферного воздуха, количества осадков, а также уровня грунтовых вод (приложение 4, таблицы 1, 2, 3, 4, рисунки 9, 10).

Впочве поймы р. Ива в 2006, 2008 и 2014 годах урбо-се-

рогумусовый глееватый горизонт прогревался от 8,5 до

22,6° С, а глеевый – от 7,4 до 17° С.

Впочве поймы р. Егошиха в 2006, 2008 и 2014 годах го-

ризонты АYg,ur,Х и G~~,Х прогревались от 7 до 16–17° С.

Температура почвы в пойме р. Данилиха в 2006, 2008 и 2014 годах в урбо-серогумусовом глееватом горизонте колебалась от 6,4 до 19° С. В глеевом горизонте температура имела диапазон от 7 до 16° С.

Диапазон температуры почвы поймы р. Верхней Мулянки

в 2007 г. в гумусовом и глеевом горизонтах находится в пределах 8–19 и 9–16° С соответственно.

Впочве поймы р. Ласьва в 2007 году урбо-серогумусовый горизонт прогрелся от 11 до 18° С, а ниже лежащий слой аллювия С1g~~,Х – от 10 до 15° С.

72

Таким образом, температура почв пойм за периоды наблюдений варьировала в гумусовых горизонтах от 6 до 23° С соответственно в поймах рек Данилиха и Ива, а в глеевых горизонтах от 7 до 17° С соответственно в поймах рек Егошиха и Ива. Больше прогрелись поверхностные горизонты почв пойм рек Ива и Данилиха. Минимальные значения температуры наблюдались в мае 2006 и 2014 годов, а максимальные – в июне–июле.

Динамика rH. В почвенном растворе зависимость подвижности ТЭ от ЕН среды связана с кислотно-щелочными условиями и температурой. Данная связь позволяет рассчитать показатель парциального давления водорода в почвенном растворе rH [139]. Величина отрицательного логарифма парциального давления водорода в почвенном растворе rH определялась следующим уравнением:

rH = 2 (ре + рН) = 2 (Еh / ס + рН), (1)

где ס = 2,3 RT/F – температурный коэффициент [139]. Средние значения rHср рассчитаны за весь период наблю-

дений и установлены минимальные значения rHmin в каждом горизонте.

Полевые режимные наблюдения за рН, ОВ-потенциалом ЕН и температурой t° C позволили охарактеризовать динамику парциального давления водорода rH, то есть дать интегральную оценку ОВ-состояния почв пойм. При величине rH более 28 единиц преобладают окислительные процессы, при rH = 27 наблюдается переход от окислительных к восстановительным условиям, при rH менее 27 преобладают умеренно восстановительные условия. При интенсивном развитии восстановительных процессов rH меньше 20 [252, 253, 254].

Рассмотрим динамику rH в почвах изученных пойм.

В почве поймы р. Ива в 2006, 2008 и 2014 гг. в поверх-

ностном горизонте величина rH варьирует от 7 до 29 единиц. В глеевом горизонте значения rH интенсивно восстановительные и не превышают 21 единицы (рисунок 5, 6; приложение 4,

таблицы 1, 2, 3, 4).

73

В почве поймы р. Егошиха в 2006, 2008 и 2014 годах в урбо-серогумусовом глееватом горизонте АYg,ur,Х показания rH колеблются от 13 до 31. В глеевом горизонте диапазон значений rH шире: от 9 до 29 единиц.

А

В

С

Рисунок 5. Динамика парциального давления водорода rH в почвах пойм нижних течений малых рек г. Перми, 2006, 2008 гг.: А) река Ива, В) река Егошиха, С) река Данилиха.

74

С

Рисунок 6. Динамика парциального давления водорода rH в почвах пойм нижних течений малых рек г. Перми, 2014, 2007 гг.: А) река Ива, В) река Егошиха, С) река Данилиха, D) река Верхняя Мулянка, E) река Ласьва.

Впочве поймы р. Данилиха в 2006, 2008 и 2014 годах в горизонте АYg,ur,Х диапазон значений rH варьировал от 22 до 33 единиц. В глеевом горизонте все значения rH определяли интенсивно восстановительные (10–21 единиц) условия.

Впочве поймы р. Верхняя Мулянка в 2007 г. в горизонте АYg,ur,Х значения rH колеблются от 23 до 29 единиц. В глеевом горизонте преобладают интенсивно восстановительные

75

условия с показаниями rH от 17 до 20 единиц, при этом значения rH, достигающие 25, были единичными.

В горизонте АYg,ur,х почвы поймы р. Ласьва в 2007 году rH варьирует от 22 до 30 единиц. Ниже, в слое аллювия С1g~~,Х, величины rH имеют диапазон от 18 до 27 единиц.

Таким образом, в почвах пойм формировались преимущественно устойчивые восстановительные условия. Периоды с окислительными процессами, при rH более 28 единиц, были кратковременны. В гумусовых горизонтах величина rH изменялась в интервале от интенсивно-восстановительных условий (7,3 единиц в почве поймы р. Ива) до окислительных (32,8 единиц в почве поймы р. Данилиха). В глеевых горизонтах величина rH соответствовала интенсивно-восстановительным условиям. В подповерхностном глееватом горизонте почвы поймы р. Ласьва преобладали умеренно восстановительные условия.

Относительно стабильное ОВ-состояние в интервале от интенсивно восстановительных до умеренно восстановительных условий и нейтральная реакция среды способствует закреплению в почвах пойм нижних течений рек катионогенных элементов (Pb, Ni, Zn и др.) [2, 66, 185, 350].

76

ГЛАВА 3. МИНЕРАЛЫ ЖЕЛЕЗА В ПОЧВАХ ПОЙМ

3.1Фазовый состав минералов железа

итяжелые металлы

Фазовый состав и количество железосодержащих минералов были исследованы с помощью химического экстрагирования, магнитной восприимчивости, мессбауэровской спектроскопии и электронно-микрозондового анализа.

Использование комплекса традиционных химических и современных инструментальных методов для изучения минералов железа в почвах позволило определить и оценить не только его валовое содержание, содержание и соотношение катионов Fe в разном валентном состоянии, но и установить другие важные геохимические показатели состояния железа в почвах Среднего Предуралья [30].

В почвах с переменными ОВ-условиями минералы железа принимают существенное участие в аккумуляции антропогенных химических элементов [55].

Химическое экстрагирование применяют для изучения содержания несиликатных соединений железа. Слабо- и хорошо окристаллизованные фазы Fe в почвах оценивают по количеству Fe, экстрагируемому вытяжками Тамма (FeО) и Мера-Джексона (FeД) [114, 265, 336, 359]. Содержание потенциально подвижных форм Fe определяли в вытяжках Тамма и Мера-Джексона [114, 265] атомно-абсорбционным методом на спектрофотометре ААS-3 (VEB Carl Zeiss JENA, ГДР). Фракционирование соединений железа выполняли по С.В. Зонну [114, 115]. При этом изучали содержание следующих форм железа: аморфное и слабоокристаллизованное, извлекаемое вытяжкой Тамма (оксалаторастворимое FeО); окристаллизованное (определяли по разности: FeОКРИСТ. = FeД - FeО) и силикатное (установили из разницы: FeСИЛИКАТ. = FeВАЛ – FeД).

77

Степень развития гидроксидогенеза рассчитывали с по-

Оценка содержания в почвах пойм несиликатных форм железа по шкале Ю.Н. Водяницкого [39] показала, что доля дитиониторастворимого железа (FeД) варьирует от высокого уровня – 35 % (от валового Fe) в горизонте AYg,ur,Х почвы поймы р. Егошиха, до очень высокого уровня – 42 % в слое аллювия C2g,h~~,Х почвы поймы р. Ласьва (таблица 5).

Повышенные значения критерия КШ в переувлажнённых почвах согласно С.В. Зонну [115] и Ф.Р. Зайдельману [111] отражают увеличение доли слабоупорядоченных гидроксидов железа. В наилках и поверхностных горизонтах почв преобладают слабоокристаллизованные фазы Fe, средние арифметические значения критерия Швертмана составляют соответственно 0,5 и 0,4 единиц (таблица 5). В глеевых горизонтах значения КШ снижаются до 0,3 единицы, так как в анаэробных условиях сначала восстанавливаются аморфные соединения Fe(III) [381] и доля аморфных гидроксидов железа понижается, а доля окристаллизованных соединений Fe(III) увеличивается. Ранее В.Ф. Бабанин [14], используя метод мессбауэровской спектроскопии, установил, что с ухудшением дренажа почв размеры кристаллов гидроксидов железа и их окристаллизованность в почве увеличиваются.

Доля окристаллизованного железа от валового в гумусовых горизонтах почв пойм рек варьирует от 14 % (р. Верхняя Мулянка) до 32 % (р. Ива) (таблица 5).

Преобладание слабоокристаллизованных минералов железа также наблюдали Š. Dlouhá [336] в почвах поймы реки Литавки (Чехия) и C. Schulz-Zunkel [385] в почвах поймы реки средней Эльбы (Германия).

78

Таблица 5

Содержание железа в вытяжках Тамма и Мера-Джексона и критерий Швертмана в почвах пойм малых рек г. Перми

Разрез 80. Урбо-аллювиальная серогумусовая глеевая химически загрязнённая почва,

пойма р. Ива

Разрез 120. Урбо-аллювиальная серогумусовая глееватая химически загрязнённая почва, пойма р. Ласьва

Примечание: О – аморфное Fe по Тамму; Д – несиликатное Fe по Мера-Джексону; ОКР – окристаллизованное Fe (FeД – FeО); СИЛ – силикатное Fe (FeВАЛ – FeД).

79

В роренштейнах содержание дитиониторастворимого железа (FeД), согласно шкале Ю.Н. Водяницкого [39], высокое (24 % от валового Fe) в почве поймы р. Данилиха и очень высокое (71 %) в почве поймы р. Верхняя Мулянка (таблица 6). Доля аморфных и слабоокристаллизованных соединений Fe в роренштейнах почв пойм высокая, согласно значению КШ ср = 0,7. Содержание окристаллизованного железа значительно ниже и варьирует от 5 % до 24 % от валового Fe.

Таблица 6

Содержание железа в вытяжках Тамма, Мера-Джексона и критерий Швертмана в роренштейнах почв пойм

малых рек г. Перми

Разрез 80. Урбо-аллювиальная серогумусовая глеевая химически загрязнённая почва, пойма р. Ива

Разрез 120. Урбо-аллювиальная серогумусовая глееватая химически загрязнённая почва, пойма р. Ласьва

Примечание: О – аморфное Fe по Тамму; Д – несиликатное Fe по Мера-Джексону; ОКР – окристаллизованное Fe (FeД – FeО); СИЛ – силикатное Fe (FeВАЛ – FeД).

80