855
.pdf(−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.
2006 год |
2008 год |
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
2014 год |
2007 год |
А |
D |
В |
E |
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-
мощью критерия Швертмана [387]: |
|
КШ = FeО / FeД |
(2). |
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
Горизонт, |
FeВАЛ, |
|
Fe мг/кг / % от вал |
|
КШ |
|
глубина, см |
мг/кг |
О |
Д |
ОКР |
СИЛ |
FeО / FeД |
Разрез 80. Урбо-аллювиальная серогумусовая глеевая химически загрязнённая почва,
пойма р. Ива
наилок, |
37068 |
3200 |
|
15400 |
12200 |
21668 |
0,21 |
0-2 |
9 |
|
42 |
33 |
58 |
||
|
|
|
|||||
AYg,ur,х, |
36823 |
3200 |
|
15100 |
11900 |
21723 |
0,21 |
0-15 |
9 |
|
41 |
32 |
59 |
||
|
|
|
|||||
G~~,Х, |
32070 |
2000 |
|
11800 |
9800 |
20270 |
0,17 |
15-30 |
6 |
|
37 |
31 |
63 |
||
|
|
|
|||||
C1g~~,Х |
31581 |
1900 |
|
11000 |
9100 |
20581 |
0,17 |
30-70 |
6 |
|
35 |
29 |
65 |
||
|
|
|
|||||
Разрез 90. Хемозём по урбо-аллювиальной серогумусовой глеевой почве, |
|||||||
|
|
|
|
пойма р. Егошиха |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
наилок, |
37313 |
5500 |
|
12000 |
6500 |
25313 |
0,46 |
0-2 |
15 |
|
32 |
17 |
68 |
||
|
|
|
|||||
AYg,ur,Х |
35495 |
3700 |
|
12600 |
8900 |
22895 |
0,29 |
0-15 |
10 |
|
35 |
25 |
65 |
||
|
|
|
|||||
G~~,Х, |
37376 |
3400 |
|
13400 |
10000 |
23976 |
0,25 |
15-30 |
9 |
|
36 |
27 |
64 |
||
|
|
|
|||||
C1g~~,Х, |
37145 |
4100 |
|
13900 |
9800 |
23245 |
0,29 |
30-50 |
11 |
|
37 |
26 |
63 |
||
|
|
|
|||||
Разрез 100. Хемозём по урбо-аллювиальной серогумусовой глеевой почве, |
|||||||
|
|
|
|
пойма р. Данилиха |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
наилок, |
21851 |
3300 |
|
9700 |
6400 |
12151 |
0,34 |
0-2 |
15 |
|
44 |
29 |
56 |
||
|
|
|
|||||
AYg,ur,Х, |
36027 |
3600 |
|
13900 |
10300 |
22127 |
0,26 |
0-22 |
10 |
|
39 |
29 |
61 |
||
|
|
|
|||||
G~~,Х, |
33769 |
5400 |
|
12700 |
7300 |
21069 |
0,43 |
22-70 |
16 |
|
38 |
22 |
62 |
||
|
|
|
|||||
Разрез 110. Хемозём по урбо-аллювиальной серогумусовой глеевой почве, |
|||||||
|
|
|
пойма р. Верхняя Мулянка |
|
|
||
AYg,ur,Х, |
39494 |
8700 |
|
14200 |
5500 |
25294 |
0,61 |
0-20 |
22 |
|
36 |
14 |
64 |
||
|
|
|
|||||
C1g~~,Х, |
39885 |
9200 |
|
16400 |
7200 |
23485 |
0,56 |
20-40 |
23 |
|
41 |
18 |
59 |
||
|
|
|
Разрез 120. Урбо-аллювиальная серогумусовая глееватая химически загрязнённая почва, пойма р. Ласьва
наилок, |
41374 |
11300 |
14400 |
3100 |
26974 |
0,78 |
|
0-2 |
27 |
35 |
8 |
65 |
|||
|
|
||||||
AYg,ur,х, |
39298 |
7300 |
14700 |
7400 |
24598 |
0,50 |
|
0-10 |
19 |
38 |
19 |
63 |
|||
|
|
||||||
С1g~~,Х, |
41080 |
9300 |
15600 |
6300 |
25480 |
0,60 |
|
10-30 |
23 |
38 |
15 |
62 |
|||
|
|
||||||
C2g,h~~,Х, |
38885 |
8800 |
16200 |
7400 |
22685 |
0,54 |
|
30-50 |
23 |
42 |
19 |
58 |
|||
|
|
||||||
C3g~~,х, |
37935 |
8400 |
15700 |
7300 |
22235 |
0,54 |
|
50-80 |
22 |
41 |
19 |
59 |
|||
|
|
||||||
C4g~~,х, |
36152 |
6400 |
14400 |
8000 |
21752 |
0,44 |
|
80-100 |
18 |
40 |
22 |
60 |
|||
|
|
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
Горизонт, |
FeВАЛ, |
|
Fe мг/кг / % от вал |
|
КШ |
|
глубина, см |
мг/кг |
О |
Д |
ОКР |
СИЛ |
FeО / FeД |
Разрез 80. Урбо-аллювиальная серогумусовая глеевая химически загрязнённая почва, пойма р. Ива
AYg,ur,х, |
50545 |
27700 |
|
31900 |
4200 |
18645 |
0,87 |
0-15 |
55 |
|
63 |
8 |
37 |
||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Разрез 90. Хемозём по урбо-аллювиальной серогумусовой глеевой почве, |
|||||||
|
|
|
|
пойма р. Егошиха |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G~~,Х, |
316018 |
45700 |
|
111100 |
65400 |
204918 |
0,41 |
15-30 |
14 |
|
35 |
21 |
65 |
||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Разрез 100. Хемозём по урбо-аллювиальной серогумусовой глеевой почве, |
|||||||
|
|
|
|
пойма р. Данилиха |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
AYg,ur,Х, |
142128 |
26300 |
|
34000 |
7700 |
108128 |
0,77 |
0-22 |
19 |
|
24 |
5 |
76 |
||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Разрез 110. Хемозём по урбо-аллювиальной серогумусовой глеевой почве, |
|||||||
|
|
|
пойма р. Верхняя Мулянка |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
AYg,ur,Х |
271149 |
78100 |
|
118400 |
40300 |
152749 |
0,66 |
0-20 |
29 |
|
44 |
15 |
56 |
||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
C1g~~,Х, |
160826 |
76800 |
|
114600 |
37800 |
46226 |
0,67 |
20-40 |
48 |
|
71 |
24 |
29 |
||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
G~~,Х, |
402037 |
81000 |
|
107000 |
26000 |
295037 |
0,76 |
40-80 |
20 |
|
27 |
7 |
73 |
||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Разрез 120. Урбо-аллювиальная серогумусовая глееватая химически загрязнённая почва, пойма р. Ласьва
C4g~~,х, |
66042 |
26300 |
29300 |
3000 |
36742 |
0,90 |
|
80-100 |
40 |
44 |
5 |
56 |
|||
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
Примечание: О – аморфное Fe по Тамму; Д – несиликатное Fe по Мера-Джексону; ОКР – окристаллизованное Fe (FeД – FeО); СИЛ – силикатное Fe (FeВАЛ – FeД).
80