Агрофак

ПОМОЩНИК АГРОНОМА

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта
Home Почвоведение Главные почвообразовательные процессы Изучение биохимических процессов

Изучение биохимических процессов

Брюнификация характерна для биологически активных сред с мюллем даже при сравнительно высокой кислотности (кислые бурые почвы с мюллем). Сущность процесса состоит в образовании нерастворимых комплексов, в которых тесно связанные глина и железо (трехвалентное) играют главную роль. В верхних горизонтах относительно слабо полимеризованные гумусовые соединения (преобладают бурые гуминовые кислоты) образуют глинистогумусовый комплекс со сравнительно малоустойчивыми и некомпактными агрегатами, в которых главным связующим катионом является трехвалентное железо. Кальций, входящий в поглощающий комплекс или находящийся в составе почвенных растворов, играет второстепенную роль в образовании нерастворимых комплексов. Если же кальция очень много, он увеличивает устойчивость комплексов своим коагулирующим воздействием.

В целом для бурых почв характерен следующий комплекс: глина — трехвалентное железо — бурые гуминовые кислоты, дающий мелкоореховатую, «построенную» структуру, значительно менее устойчивую, чем структура изогумусовых или кальциевых почв.

Аэрация среды является важным фактором устойчивости независимо от других экологических условий (Muller, 1963). В очень кислой среде аэрация определяет возможность брюнификации, так как устойчивость агрегатов сохраняется лишь в случае, если железо постоянно находится в трехвалентной нерастворимой форме. Практически брюнификация на плотных и кислых кристаллических породах (граниты) возможна при двух условиях: хорошей аэрации и активной биологической деятельности, вызывающих быструю биодеградацию растворимых органических комплексов, образующихся из подстилок; при этом появление и миграция ионов трехвалентного железа невозможны. В результате глинисто-гумусовый комплекс и структура остаются устойчивыми (Duchaufour, Souchier, 1968). Гамма pH, предшествующих брюнификации, очень широка: от 4,5 до 7.

Это не мешает катионным равновесиям, обеспечивающим устойчивость комплекса, варьировать в довольно широких пределах; важную роль начинают играть обменные или растворимые ионы, которые оказывают внешнее (если можно так сказать) по отношению к глинисто-железисто-гумусовому комплексу флокулирующее воздействие. Среди этих ионов в бурых кислых почвах с pH ниже или равным 5 главную роль играет А1+++, а в бурых мезотрофных или эутрофных почвах с pH выше 5 — Са++.

Вынос глины (лессиваж). Процесс изучался неоднократно и обычно в противопоставлении оподзоливанию. Механический вынос глины и железа возможен даже в биологически активной среде.

В чистом виде этот процесс характерен лишь для слабокислой, хорошо аэрируемой и богатой кальцием среды. В более кислой и хуже дренируемой среде появляется иная его форма, принципиально отличающаяся от первой, но не являющаяся еще оподзоливанием. Маниль (Manil, 1962) совершенно справедливо подчеркнул существование этих двух форм, рассмотрением которых мы сейчас и займемся.

Вынос глины в почвах на материнских породах, содержащих кальций. Особенно характерен для бурых лесных почв на рыхлых и мощных осадочных породах, например на лёссах или карбонатных моренах. Многие авторы (Blume et al., 1964; Burnham, 1964; Schwertmann, 1965) убедительно продемонстрировали тот факт, что небольшое количество карбонатов в материнской породе благоприятствует этим процессам, возможным во влажном климате только после полного обескарбоначивания всего профиля. Вынос карбонатов способствует освобождению наиболее тонкодисперсных глин (часто типа монтмориллонита), содержавшихся в известняках, а также приводит к появлению крупных пор и других путей выноса этих тонкодисперсных глин. Наконец, ион кальция, если его еще много в почвенных растворах, не может флокулировать тонкодисперсную глину, подобно иону А1+++, который, однако, не появляется в свободном состоянии, пока pH превышает 5. Таким образом, вынос глины на рассматриваемом этапе пока еще чисто механический.

Аналогичный вопрос возникает и в отношении железа, но на него трудно ответить. Некоторые аналитические и морфологические признаки указывают на миграцию в бурых почвах железа вместе с глиной без разрыва связей между ними (Schlichting et al., 1962; Gebhardt, 1964; Zottl et al., 1967). Во-первых, кривые изменения содержания глины и железа по профилю имеют сходные формы, во-вторых, железо, мигрирующее в профиле и аккумулирующееся в горизонте Bt, не извлекается реактивом Тамма, но переходит в вытяжку Джексона, что подтверждает его тесную связь с кристаллическими глинами. Наконец, микроморфологическое изучение горизонта Bt бурых, лессивированных некислых почв добавило новый аргумент в пользу высказанной гипотезы: мигрирующие глина и железо откладываются по граням структурных отдельностей, образуя блестящие глинистые пленки с ориентированными молекулами и с одновременной аккумуляцией обоих элементов (горизонт аргиллик — по американской классификации).

Брюкер и Жакэн (Bruckert, Jacquin, 1966) изучали возможную роль псевдорастворимых органо-минеральных комплексов в выносе железа в бурых лессивированных почвах. Если она незначительна, следовательно, железо может мигрировать только с глиной. Так, если лесная подстилка на мюллевых почвах особенно богата воднорастворимыми комплексообразователями (в 4—5 раз больше, чем подкисляющая подстилка), то биодеградация последних происходит исключительно быстро: она начинается в самой подстилке и прослеживается в мюллевом горизонте (A1), играющем роль настоящего биологического фильтра для растворимых органических веществ. Если провести расчет годового баланса на единицу площади, то получится, что лессивированный горизонт А2 под активном мюллем получает примерно в 100 раз меньше органических комплексообразователей, чем А2 под кислым модером, то есть роль комплексов в биологически активной почве ничтожна.

Из всего вышеизложенного можно заключить, что в бурых лессивированных почвах, слабокислых и хорошо аэрируемых, идет одновременный механический вынос тонкодисперсной глины и трехвалентного железа, связанного с этой глиной.

Многие авторы пробовали более точно определить ритм выноса глины и установить его баланс. Подобный баланс можно выявить лишь при условии, что материнская порода будет совершенно гомогенна.. Такой случай предоставляют почвы на некоторых лёссах; необходимо, однако, убедиться в однородности соотношения гранулометрических фракций, освобожденных от выветривающихся минералов по всему профилю. Многие определения балансов, особенно графические (Kundler, 1961), страдают неполнотой, так как в них не были учтены такие, например, факторы, как изменения плотности по профилю почвы и неосинтез глин при выветривании.

Наиболее точные данные о балансе глин в лёссовых почвах установили Цёттль и Кусмауль (Zottl, Kussmaul, 1967). Они оперировали с колонками почв, учитывая в расчетах уплотненность с поверхности и неосинтез глин в каждом горизонте; они провели также сравнение выноса глины в почвах под лесом и в освоенных почвах. Неосинтез глин был исчислен в размере 100 кг на 1 кв. м, что строго соответствует уменьшению в содержании тонких суглинков (2—20 мк). Констатируется, что потери из лессивированных горизонтов эквивалентны накоплению в горизонтах Bt. Эти накопления под лесом достигают порядка 75 кг на 1 кв. м и 62 кг на 1 кв. м под пашней. Таким образом, вынос глин под лесом оказался интенсивнее на 13 кг на 1 кв. м. Считалось, что пахотные земли обрабатывались в течение 500 лет. Авторы рассчитали, что в год выносилось 26 г глины на 1 кв. м. В итоге для достижения современного состояния был бы необходим вынос глин в течение 3000 лет, а так как вначале ритм неизбежно был медленнее, возраст этих почв, безусловно, еще более древний; как говорилось, вынос глин является относительно медленным процессом.

Вынос глин в кислой и плохо аэрируемой среде. Речь идет о процессе, еще не являющемся оподзоливанием, но существенно отличающемся от аналогичного процесса в нейтральной и слабокислой среде. Он может протекать на рыхлых, кислых и плохо аэрируемых породах (древних суглинках) или как следующая стадия ранее рассмотренного процесса в условиях продолжающегося нарастания окисления и исчезновения основных ионов, особенно кальция, из поглощающего комплекса. Это окисление почти всегда сопровождается угнетением биологической деятельности и разрушением структуры почвы, то есть уплотнением, что имеет следующие последствия: ухудшение аэрации, могущее привести к временному анаэробиозу, повышение кислотности и более длительное существование растворимых органических соединений из подстилки. Все три следствия действуют в одном направлении: происходит частичное восстановление железа (трехвалентного в двухвалентное) и переход его в раствор. Кауричев с сотрудниками (1967) показали, что даже при rН2 выше 27 в некоторых кислых лессивированных почвах двухвалентное железо может составлять 50% от валового в гумусовых горизонтах. Однако говорить здесь о ярко выраженной гидроморфности еще рано.

В подобной ситуации под влиянием восстановительных условий и временной комплексации органическими веществами кажется неоспоримым, что железо отделяется от глины, и миграция их происходит независимо друг от друга (Gebhardt, 1964; Зонн, 1966). В этом и заключается основное различие между двумя вариантами выноса глин и железа. Железо мигрирует в виде псевдорастворимых органических комплексов, которые, однако, подвергаются быстрой биодеградации при некотором просыхании профиля и его лучшей аэрации; железо вновь становится трехвалентным и выпадает в осадок, фиксируясь на глине. Такое явление названо биологической аккумуляцией железа (Dommergues et al., 1965). Образующийся в результате горизонт В обладает следующими особенностями: выпадение железа в лучше аэрируемых участках дает более или менее четко локализованные пятна или конкреции (мраморизация) в отличие от однородной окраски горизонта Bt при предыдущем типе процесса. Кроме того, кривые распределения глины и железа на глубине не совпадают.

Если с выносом железа дело обстоит довольно ясно, то судьба глин при описываемых явлениях известна плохо. Многие авторы (Ehwald et al., 1964; Schwertmann, 1965) утверждают, что подкисление среды препятствует всякой миграции глины в силу ее флокулирования ионами А1+++, которых действительно становится все больше. Несомненно, что миграция глины замедляется, но вероятно также и то, что в кислой среде происходит диспергирование тонкодисперсных глин растворимыми органическими анионами (Greenland, 1965). С другой стороны, переход железа в подвижное состояние за счет комплексообразования двухвалентных форм приводит к разрушению агрегатов и освобождению некоторого количества глины.

По существу, увеличение индекса выноса глины всегда наблюдалось в кислых лессивированных почвах по сравнению с бурыми лессивированными, слабокислыми почвами на суглинистой породе (Duchaufour et al., 1966).

Поступление глины в горизонт В, и без того плохо аэрируемый, вызывает кольматаж и дальнейшее ухудшение воздухо - и водопроницаемости. Развивается настоящий гидроморфизм, иногда с верховодкой, что в свою очередь ускоряет деградацию почвы (вторичный псевдоглей). В этом горизонте часто отмечают большие количества свободного алюминия, указывающие на начало разрушения глин, то есть слабое оподзоливание; количество свободного алюминия, экстрагированного комбинированным реактивом из кислых лессивированных почв, колеблется от 1 до 2%. Часто обнаруживаются и другие признаки медленной деградации глин, в частности регрессия глинистых пленочек, подвергающихся быстрому выветриванию в микроструктуре горизонта В. Попытки подсчета баланса (Wichtmann, 1965) между выносом глины из А и поступлением ее в В не увенчались успехом, как в слабокислых лессивированных почвах. Если количество глины в верхних горизонтах невелико, то внизу на кривой не всегда наблюдается характерное «брюшко», показывающее распределение глины на глубине. Напрашивается вывод о том, что часть глин постепенно разрушается, а образующиеся при этом продукты выносятся диффузно на большую глубину (Duchaufour et al., 1967).

Следует отметить, что вынос глин и железа на лессовидных суглинках состоит из двух фаз: фазы усиленного сепаратного выноса железа и глины с последующим восстановлением железа и фазы медленной деградации глин — настоящего оподзоливания,— быстро сдерживаемой явлениями аградации, то есть образованием вторичных хлоритов путем вхождения алюминия в пакеты глин в процессе деградации.

 

Кто на сайте

Сейчас 34 гостей онлайн