ГЕНЕЗИС И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗИСТЫХ И ЖЕЛЕЗИСТО-МАРГАНЦЕВЫХ ПЕДОГЕННЫХ КОНКРЕЦИЙ НА ЮГЕ ТАЕЖНОЙ ЗОНЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
|
Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 4
1. История изучения железистых и железисто-марганцевых конкреционных
новообразований 6
2. Почвенные новообразования 9
3. Особенности формирования железистых и железисто-марганцевых конкреций.... 14
4. Классификация марганцево-железистых и железистых конкреционных
новообразований 17
5. Условия почвообразования исследуемой территории 25
5.1. Климат 25
5.2. Геологическое строение и рельеф 26
5.3. Почвообразующие породы 26
5.4. Растительность 27
5.5. Почвенный микробиом 28
6. Объекты и методы исследования 29
6.1. Краткая характеристика почвенного профиля и условий почвообразования объекта
«Р-580» 30
6.2. Краткая характеристика почвенного профиля и условий почвообразования объекта
«Р-599» 34
6.3. Краткая характеристика почвенного профиля и условий почвообразования объекта
«Р-516» 37
7. Сравнительная характеристика физико-химических свойств почв и педогенных
новообразований исследованных участков 42
7.1. Содержание валовых форм CHNOS термическим методом и содержание валового
фосфора в вытяжке Гинзбург 42
7.2. Актуальная и потенциальная обменная кислотность 51
7.3. Содержание подвижных форм Fe и Mn в вытяжке Тамма 52
7.4. Содержание несиликатного (свободного) Fe методом Мера-Джексона 55
7.5. Фракционный состав Fe в вытяжке Баскомба 56
ВЫВОДЫ 58
Список использованной литературы 60
ПРИЛОЖЕНИЕ А 68
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 68
ПРИЛОЖЕНИЕ В 70
ВВЕДЕНИЕ 4
1. История изучения железистых и железисто-марганцевых конкреционных
новообразований 6
2. Почвенные новообразования 9
3. Особенности формирования железистых и железисто-марганцевых конкреций.... 14
4. Классификация марганцево-железистых и железистых конкреционных
новообразований 17
5. Условия почвообразования исследуемой территории 25
5.1. Климат 25
5.2. Геологическое строение и рельеф 26
5.3. Почвообразующие породы 26
5.4. Растительность 27
5.5. Почвенный микробиом 28
6. Объекты и методы исследования 29
6.1. Краткая характеристика почвенного профиля и условий почвообразования объекта
«Р-580» 30
6.2. Краткая характеристика почвенного профиля и условий почвообразования объекта
«Р-599» 34
6.3. Краткая характеристика почвенного профиля и условий почвообразования объекта
«Р-516» 37
7. Сравнительная характеристика физико-химических свойств почв и педогенных
новообразований исследованных участков 42
7.1. Содержание валовых форм CHNOS термическим методом и содержание валового
фосфора в вытяжке Гинзбург 42
7.2. Актуальная и потенциальная обменная кислотность 51
7.3. Содержание подвижных форм Fe и Mn в вытяжке Тамма 52
7.4. Содержание несиликатного (свободного) Fe методом Мера-Джексона 55
7.5. Фракционный состав Fe в вытяжке Баскомба 56
ВЫВОДЫ 58
Список использованной литературы 60
ПРИЛОЖЕНИЕ А 68
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 68
ПРИЛОЖЕНИЕ В 70
Изучением железисто-марганцевых конкреций, как и почвенных новообразований в целом, занимались такие исследователи, как С.А. Захаров, Р. Брюэр, Македонов, Г.В. Добровольский, Ф.Р. Зайдельман, В.Г. Ковда, Б.Г. Розанов и другие.
Почвенные новообразования представляют собой морфологически выраженные скопления различных веществ в почве, отличающихся от окружающего почвенного материала и образующиеся в результате почвообразовательных процессов. Они могут быть как биологического, так и химического происхождения. Биологические новообразования выделяются в виде червороин, капролитов, кротовин, дендритов и корневин. Химические, в свою очередь, могут принимать форму выцветов и налетов, корочек, примазок и потеков, прожилок и трубочек, прослоек, конкреций и стяжений. В зависимости от состава выделяют скопления легкорастворимых солей, гипса, карбонатов, кремнекислоты, органических веществ и скопления различных соединений железа и марганца.
К наиболее распространенным формам среди новообразований железа и марганца относятся конкреции. Для их формирования необходимо наличие подвижных форм железа, марганца и некоторых других элементов в почвах и почвенных растворах, чередование окислительных и восстановительных реакций, а также периодов избыточного увлажнения почвенного профиля. Присутствие микроорганизмов также играет большую роль, поскольку они обеспечивают мобилизацию и отложение железа и марганца.
Актуальность: На протяжении относительно стабильного гидрологического режима железисто-марганцевые конкреционные новообразования выступают источником “памяти” условий их формирования. Конкреции железа и марганца служат своеобразным историческим архивом, отражая события прошлого и изменения в почвенном профиле. Соотношение различных форм железа и марганца позволяет выявлять, проходила ли исследуемая почва стадию гидроморфизма. Важность изучения конкреционных новообразований заключается в возможности оценивать их состав и свойства в почвенном профиле, а также понимать общие закономерности происхождения, формирования и развития.
Целью работы является выявление особенностей генезиса и изучение основных свойств железистых и железисто-марганцевых новообразований на территории юга таежной зоны Западной Сибири в пределах Томской области.
Задачи исследования:
1. Осветить вопросы истории изучения железистых и железисто-марганцевых конкреционных новообразований и рассмотреть вопросы их классификации;
2. Изучить основные особенности генезиса и условия формирования конкреционных новообразований;
3. Выявить закономерности в распределении отдельных элементов конкреционных новообразований, формирующихся в различных локальных ландшафтах;
4. Провести сравнительный анализ содержания отдельных компонентов в педогенных новообразованиях и во вмещающих горизонтах почв.
Почвенные новообразования представляют собой морфологически выраженные скопления различных веществ в почве, отличающихся от окружающего почвенного материала и образующиеся в результате почвообразовательных процессов. Они могут быть как биологического, так и химического происхождения. Биологические новообразования выделяются в виде червороин, капролитов, кротовин, дендритов и корневин. Химические, в свою очередь, могут принимать форму выцветов и налетов, корочек, примазок и потеков, прожилок и трубочек, прослоек, конкреций и стяжений. В зависимости от состава выделяют скопления легкорастворимых солей, гипса, карбонатов, кремнекислоты, органических веществ и скопления различных соединений железа и марганца.
К наиболее распространенным формам среди новообразований железа и марганца относятся конкреции. Для их формирования необходимо наличие подвижных форм железа, марганца и некоторых других элементов в почвах и почвенных растворах, чередование окислительных и восстановительных реакций, а также периодов избыточного увлажнения почвенного профиля. Присутствие микроорганизмов также играет большую роль, поскольку они обеспечивают мобилизацию и отложение железа и марганца.
Актуальность: На протяжении относительно стабильного гидрологического режима железисто-марганцевые конкреционные новообразования выступают источником “памяти” условий их формирования. Конкреции железа и марганца служат своеобразным историческим архивом, отражая события прошлого и изменения в почвенном профиле. Соотношение различных форм железа и марганца позволяет выявлять, проходила ли исследуемая почва стадию гидроморфизма. Важность изучения конкреционных новообразований заключается в возможности оценивать их состав и свойства в почвенном профиле, а также понимать общие закономерности происхождения, формирования и развития.
Целью работы является выявление особенностей генезиса и изучение основных свойств железистых и железисто-марганцевых новообразований на территории юга таежной зоны Западной Сибири в пределах Томской области.
Задачи исследования:
1. Осветить вопросы истории изучения железистых и железисто-марганцевых конкреционных новообразований и рассмотреть вопросы их классификации;
2. Изучить основные особенности генезиса и условия формирования конкреционных новообразований;
3. Выявить закономерности в распределении отдельных элементов конкреционных новообразований, формирующихся в различных локальных ландшафтах;
4. Провести сравнительный анализ содержания отдельных компонентов в педогенных новообразованиях и во вмещающих горизонтах почв.
1. Железисто-марганцевые и железистые почвенные конкреционные новообразования формируются в условиях меняющейся окислительно-восстановительной обстановки в условиях постоянного или периодического переувлажнения, при участии микроорганизмов и органического вещества;
2. Педогенные конкреционные новообразования Fe и Mn обладают способностью накапливать в своём составе элементы-биофилы: C, H, N, P и т.д., источником которых является непосредственно органическое вещество;
3. Биофильные элементы, такие как углерод, водород и азот, содержащиеся в почвенном профиле, сосредоточены в верхних органогенных горизонтах, с отмечающейся тенденцией закономерного уменьшения вниз по почвенному профилю, что, вероятно, связано с биоклиматическими условиями, а также типом и характером почвообразования. Непродолжительное лето с высокими температурами и влажностью, зима с сильным промерзанием почвы и медленным оттаиванием обусловливают протекание процесса гумусонакопления с формированием небольшой мощности гумусового горизонта. Таким образом, накопление органического вещества происходит в верхней части профиля, а с глубиной усиливается его степень разложения и уменьшается поступление растительных остатков;
4. Характер почвообразовательного процесса и, главным образом, содержание в материнских породах определяют распределение и запасы соединений валового фосфора в почвенном профиле. Исследования продемонстрировали, что для серых почв характерна аккумуляция общего фосфора в органогенных горизонтах, в то время как дерново-подзолистая глееватая почва отличается меньшим накоплением этого элемента в тех же горизонтах и увеличением к нижней толще;
5. Как показали результаты, по сравнению с горизонтами исследуемых почв, приуроченными к отбору педогенных конкреций Fe и Mn, стоит отметить, что содержание элементов-биофилов отличается более высокими значениями. Это связано с тем, что при цементации соединений железа и марганца в структурные оболочки захватываются органические компоненты и аккумулируются в зонах циклического окидогенеза конкреций за счет процессов аккумуляции почвенного органического вещества, миграции и иллювиирования;
6. В исследуемых почвах, проанализированное соотношение C:N, указало на то, что органическое вещество элювиальной толщи профиля богато азотом и является доступным для почвенной микрофлоры. Миграция азота к нижним частям профиля влияет на снижение этого соотношения, что приводит к большей доступности органического вещества растениям и микроорганизмам. Преобладание к нижним частям почвенного профиля ароматических соединений в составе углеводородных звеньев отражается в соотношении C:H;
7. Исследования показали, что актуальная кислотность исследованных почв варьируется от слабокислой до нейтральной. Увеличение кислотности почвенного раствора приводит к повышению концентрации подвижных форм марганца, необходимого для жизнедеятельности растений, что обусловлено ингибированием поглотительной способности корневой системы растений в кислой среде. Установлено, что с увеличением кислотности снижается содержание углерода и азота в почве. Результаты определения pH солевой вытяжки свидетельствуют о плавном распределении обменной кислотности по исследованным образцам;
8. Содержание Fe и Mn в конкреционных новообразованиях и вмещающих их почвенных горизонтах, зависит от степени гумусированности, таким образом, как продемонстрировали полученные результаты, выше показатели железа и марганца в тех толщах, где, соответственно, больше накопление органического вещества. Стоит отметить, что чем выше содержание подвижных форм Fe, тем ниже содержание подвижных форм Mn и наоборот. Анализ несиликатных форм железа позволяет определить интенсивность процессов выветривания, таким образом, активно протекающие процессы выветривания, наблюдаются в серой глееватой и дерново-подзолистой глееватой почвах, в то время как те же процессы в серой типичной почве выражены слабо. В исследуемой дерново-подзолистой глееватой почве ортштейны отличаются наибольшей доступностью для растений форм Fe (res, ext, sol) в отличие от остальных исследуемых образцов;
9. Педогенные конкреционные новообразования железа и марганца являются источником почвенной памяти и элементом реконструкции среды прошлого. Эти новообразования содержат информацию о процессах формирования и развития, отражая этапы эволюции почв. Информация может сохраняться лишь при стабильных условиях, иначе происходит формирование новых конкреций с измененными свойствами. В некоторых случаях, более поздние поколения могут "капсулировать" предыдущие, формируя полицикличные структуры, сохраняющие этапы предшествующих стадий почвообразования. Это отражается в накопление веществ с более высоким содержанием, чем вмещающая масса, что и демонстрируют результаты исследований.
2. Педогенные конкреционные новообразования Fe и Mn обладают способностью накапливать в своём составе элементы-биофилы: C, H, N, P и т.д., источником которых является непосредственно органическое вещество;
3. Биофильные элементы, такие как углерод, водород и азот, содержащиеся в почвенном профиле, сосредоточены в верхних органогенных горизонтах, с отмечающейся тенденцией закономерного уменьшения вниз по почвенному профилю, что, вероятно, связано с биоклиматическими условиями, а также типом и характером почвообразования. Непродолжительное лето с высокими температурами и влажностью, зима с сильным промерзанием почвы и медленным оттаиванием обусловливают протекание процесса гумусонакопления с формированием небольшой мощности гумусового горизонта. Таким образом, накопление органического вещества происходит в верхней части профиля, а с глубиной усиливается его степень разложения и уменьшается поступление растительных остатков;
4. Характер почвообразовательного процесса и, главным образом, содержание в материнских породах определяют распределение и запасы соединений валового фосфора в почвенном профиле. Исследования продемонстрировали, что для серых почв характерна аккумуляция общего фосфора в органогенных горизонтах, в то время как дерново-подзолистая глееватая почва отличается меньшим накоплением этого элемента в тех же горизонтах и увеличением к нижней толще;
5. Как показали результаты, по сравнению с горизонтами исследуемых почв, приуроченными к отбору педогенных конкреций Fe и Mn, стоит отметить, что содержание элементов-биофилов отличается более высокими значениями. Это связано с тем, что при цементации соединений железа и марганца в структурные оболочки захватываются органические компоненты и аккумулируются в зонах циклического окидогенеза конкреций за счет процессов аккумуляции почвенного органического вещества, миграции и иллювиирования;
6. В исследуемых почвах, проанализированное соотношение C:N, указало на то, что органическое вещество элювиальной толщи профиля богато азотом и является доступным для почвенной микрофлоры. Миграция азота к нижним частям профиля влияет на снижение этого соотношения, что приводит к большей доступности органического вещества растениям и микроорганизмам. Преобладание к нижним частям почвенного профиля ароматических соединений в составе углеводородных звеньев отражается в соотношении C:H;
7. Исследования показали, что актуальная кислотность исследованных почв варьируется от слабокислой до нейтральной. Увеличение кислотности почвенного раствора приводит к повышению концентрации подвижных форм марганца, необходимого для жизнедеятельности растений, что обусловлено ингибированием поглотительной способности корневой системы растений в кислой среде. Установлено, что с увеличением кислотности снижается содержание углерода и азота в почве. Результаты определения pH солевой вытяжки свидетельствуют о плавном распределении обменной кислотности по исследованным образцам;
8. Содержание Fe и Mn в конкреционных новообразованиях и вмещающих их почвенных горизонтах, зависит от степени гумусированности, таким образом, как продемонстрировали полученные результаты, выше показатели железа и марганца в тех толщах, где, соответственно, больше накопление органического вещества. Стоит отметить, что чем выше содержание подвижных форм Fe, тем ниже содержание подвижных форм Mn и наоборот. Анализ несиликатных форм железа позволяет определить интенсивность процессов выветривания, таким образом, активно протекающие процессы выветривания, наблюдаются в серой глееватой и дерново-подзолистой глееватой почвах, в то время как те же процессы в серой типичной почве выражены слабо. В исследуемой дерново-подзолистой глееватой почве ортштейны отличаются наибольшей доступностью для растений форм Fe (res, ext, sol) в отличие от остальных исследуемых образцов;
9. Педогенные конкреционные новообразования железа и марганца являются источником почвенной памяти и элементом реконструкции среды прошлого. Эти новообразования содержат информацию о процессах формирования и развития, отражая этапы эволюции почв. Информация может сохраняться лишь при стабильных условиях, иначе происходит формирование новых конкреций с измененными свойствами. В некоторых случаях, более поздние поколения могут "капсулировать" предыдущие, формируя полицикличные структуры, сохраняющие этапы предшествующих стадий почвообразования. Это отражается в накопление веществ с более высоким содержанием, чем вмещающая масса, что и демонстрируют результаты исследований.
