3.2.1.1.1.1. МОРФОЛОГИЯ.

Ортштейны — Mn-Fe—конкреционные почвен­ные новообразования округлой или овальной формы с максимальным раз­мером до 20 мм. Ортштейны образуются главным образом в поверхностных элювиальных горизонтах подзолистых, болотно-подзолистых, серых глеевых и реже дерново-глеевых почв.

Ортштейны являются индикатором глееобразования, возникающего в результате переувлажнения почв поверхностными пресными водами в усло­виях застойно-промывного режима. Они присутствуют в основном в гумус- аккумулятивном (А1), элювиальном (А2) и в меньшей мере в элювиально­иллювиальном (А2В) горизонтах. В почвах начальных стадий оглеения, не несущих морфохроматических признаков этого процесса в виде характерных синих, сизых, голубых пятен, ортштейны имеют темно-серый цвет и округ-

Рис. 3.1. а) темно-серые мелкие Mn-Fe ортштейны из дерново- подзолистой тяжелосуглинистой почвы; б) те же ортштейны при бинокулярной съемке (* 8, фото П. Меннинга)

лую дробовидную форму (рис. 3.1). В этом случае они содержат равные или близкие абсолютные массы Fe и Мп. В неоглеенных почвах мелкие темно­серые ортштейны составляют до 50% от всей массы ортштейнов, в которой содержатся и мелкие бурые ортштейны (рис.

Рис. 3.2. Бурые мелкие Mn-Fe ортштейны из дерново-подзоли­стой тяжелосуглинистой почвы

Рис. 3.3. Крупные бурые Mn-Fe ортштейны из дерново-подзолистой глееватой тяжело­суглинистой почвы

Ортштейны известны достаточно давно. В конце XIX в. В.В. Докучаев (1889) полагал, что образование ортштейнов обусловлено обилием влаги и особенностями гидрологии почв лесной зоны России. Однако В.В. Докучае­вым еще не было дано определение самого термина «ортштейн». Н.М. Си­бирцев (1900) связал образование ортштейнов с подзолообразовательным процессом. Ему принадлежит суждение о том, что «в ортштейнах, не считая песка и глины, находятся все те вещества, которые извлекаются из почв при развитии подзолообразовательных процессов» [Сибирцев, 1951, с. 252].

Ортштейны формируются в почвах с элювиально-иллювиальной диф­ференциацией профиля на породах от легкосуглинистого (супесчаного) до глинистого гранулометрического состава.

Уместно подчеркнуть, что на протяжении всего периода развития пред­ставлений о генезисе и условиях формирования этих новообразований в тер­мины «ортштейн», «ортзанд», «конкреция» разными авторами вкладывался разный смысл. В конце XIX — начале XX в. под термином «ортштейн», «орт- штейновый горизонт» понимали железистые цементационные образования песчаных почв. Ф. Зенфт [Senft, 1862], Н. Павлинов (1887) и др. связывали образование ортштейна с вересковой растительностью. Зенфт относил орт­штейны к общей группе железистых руд и называл эти руды по месту их залегания, т.е. болотные, луговые, полевые.

Е. Raman (1886, 1905), В.Н. Сукачев (1901), Г.Ф. Морозов (1901), С.А.

Существует два взгляда на образование ортштейнов. Многие почвоведы связывали формирование ортштейнов с почвенно-геохимическими процес­сами [Глинка, 1931; Robinson, 1929, 1930; Smith, 1936; Македонов, 1966 идр.]. Сторонники этой концепции считают, что образование подвижных соеди­нений железа и марганца в почве происходит чисто химическим или физи­ко-химическим путем.

Предположения о микробиологическом происхождении марганцево-же­лезистых конкреций высказывались давно [Тумин, 1909, Виноградский, 1952; Вернадский, 1934, 1937; Перфильев, 1926; Starkey, Halvorson, 1927, Starkey, 1945; Вильямс, 1946; Омельянский, 1953; идр.]. В частности, А. Гордягин (1900) писал: «Существование особого и своеобразного населения микроор­ганизмов в подзолах доказывается чрезвычайно распространенными в них очень мелкими железистыми конкрециями, относительно которых едва ли можно сомневаться, что они произошли путем деятельности специальных микроорганизмов» (с. 528). Н.М. Сибирцев (1951) считал, «что превращение FeO в Fe₂O₃ совершается при содействии железобактерий».

Современные исследования, выполненные с использованием метода ка­пиллярной микроскопии Перфильева и Габе (1961), подтвердили возмож­ность возникновения почвенных марганцево-железистых конкреций, болотных и озерных руд с участием специфической и неспецифической микрофлоры.

В.О. Калиненко (1952) удалось получить железистые микроконкреции в чи­стых культурах Leptotrix ochracea.

Значительный интерес для оценки механизма образования ортштейнов представляют исследования Т.В. Аристовской (1965; 1975; 1980 идр.). Ей уда­лось показать значение микрофлоры в формировании почвенных новообра­зований.

Известно, однако, что количество ортштейнов в почвах значительно возра­стает с нарастанием степени их заболоченности. Впервые на это обстоятельство обратил внимание Г.М. Тумин (1912). Я.Н. Афанасьев (1930) указал на то, «что конкреции у подзолистых почв или совсем отсутствуют, или их количество выражается ничтожной величиной, тогда как у подзолов мы имеем мощное скопление их. Но так как конкреции в своем развитии резко убывают не только в сторону преобладания аэробных процессов (подзолистых), но еще больше решительно исчезают по направлению господства анаэробных (болотных) почв, то в количественной характеристике конкреций горизонта А можем найти весьма ценный признак для определения одной из фаз подзолисто-болотистых почв — подзолов» (с. 35). Г. Краус, Ф. Хартель и др. [Krauss, Hartel et al., 1939] также указывали на тесную связь ортштейнообразования с почвенным гидромор­физмом, на скопления конкреций в «глеевидных» почвах (gleyartige Boden).

В дальнейшем М. Дроздов и С. Никифоров [Drosdoff, Nikiforoff, 1940] непосредственно связали образование ортштейнов с процессом оглеения: «Образование железо-марганцевых конкреций, по-видимому, является ти­пичной чертой плохо дренированных почв. Фактически все эти почвы ха­рактеризуются сильным развитием глея» (с. 345). Р. Брюер [Brewer, 1964], 3. Рац [Racz, 1964] также указывают на тесную связь этих новообразований с процессом глееобразования. Ф.Р. Зайдельманом (1974), U. Shwertmann, D. Fan­ning (1976) и другими показано, что под влиянием нарастающего гидромор­физма происходит трансформация химического состава ортштейнов.

Непременным условием образования конкреций является чередование окислительных и восстановительных процессов.

Исходя из известных данных можно признать, что для формирования Мп—Fe конкреций необходимо и достаточно наличия в почвах и почвенных растворах подвижных форм железа и марганца, других элементов; чередова­ния окислительных и восстановительных условий, периодов избыточного ув­лажнения и иссушения почвенного профиля; присутствия микроорганизмов, которые осуществляют как мобилизацию Fe и Mg, так и их отложение; на­личия центров конкрециеобразования — минеральных зерен, биолитов и др.

Установлено, что максимум ортштейнообразования приурочен к подзолис­тым горизонтам в почвах с pH 5—6. В ортштейнах происходит накопление Fe и Mg по сравнению с вмещающей породой [Кравков, 1931; Winters, 1938; Польский, 1961; Полтева, Соколова, 1967; Blumel, 1962; Зайдельман идр., 1971, 1974, 1982; Кашанский, Высоцкий, 1977; Никифорова, 1979; Arshad, Amaud, 1980 идр.].

Многие авторы наблюдали неоднородность конкреционного сообщества почв. Было установлено, что в одних и тех же почвах могут существовать разные фракции ортштейнов, причем их химический состав существенно варьирует.

Высказывается предположение о том, что А1 в ортштейнах практически не накапливается. Т.В. Аристовская (1975, 1980) объясняет это тем, что в процессе разложения органоминеральных комплексов гумусовых веществ с полуторными окислами бактериями алюминий накапливается только как не­нужный остаток после минерализации органического вещества; Fe и Мп, являющиеся для микроорганизмов элементами энергетического значения, аккумулируются значительно интенсивнее.

В средах, богатых фосфором, Мп—Fe конкреции аккумулируют фосфа­ты [Taylor, Schwertmann, 1974; Schwertmann, Fanning, 1976; Росликова, 1991; идр.], что в некоторых случаях может оказывать неблагоприятное влияние на сельскохозяйственные культуры [Стрельченко, 1984].

Гумусовые вещества в ортштейнах по сравнению с вмещающим мелко­земом носят фульватный характер. Д.И. Попазов (1958, 1963), изучая гуму­совые вещества марганцево-железистых новообразований дерново-подзоли­стых почв («горошины») и солодей («бобовины»), обнаружил, что они близки по составу; отношение С^/Сфк и в тех, и в других колеблется от 0,87 до 0,94. Т.В. Терешина (1972а) пришла к выводу, что фульватный характер органи­ческого вещества ортштейнов свидетельствует о том, что именно эти под­вижные соединения «играют роль строительного материала новообразова­ний». С нарастанием оглеения в органическом веществе конкреций снижается соотношение С_ге/Сф_к [Зайдельман, Данилова, 1992].

Известно много работ, посвященных микроморфологическому строению ортштейнов [Brewer, 1964, 1973,1970; Матинян, 1967; Терешина, 1972; Phillipe at al., 1972; Gallaher at al., 1973; Русанова, Цыпанова, Бушуева, 1975; Ярило­ва, Рубилина. 1975; Childs, 1975; Добровольский, Тершина, 1976; Шоба, Ба- лабко, 1983; Балабко, Терешина, Ульяночкина, 1989; идр.]. Они в основном подтверждают микробиологическую теорию возникновения Мп—Fe новооб­разований. Рядом авторов установлено, что в хорошо дренированных почвах конкреции обычно более сферичны, имеют четкие внешние границы и диф­ференцированное строение. При нарастании гидроморфизма конкреции приобретают неправильную форму, недифференцированное внутреннее стро­ение, неровные края. Особый интерес для понимания механизма образова­ния конкреционных новообразований имеет суждение Р. Брюера [Brewer, 1964] о том, что конкреционные новообразования являются индикаторами локального или тотального оглеения. Концепция автора в значительной мере тождественна ранее рассмотренным взглядам М. Drosdoff, С. Nikiforoff (1940).

Таким образом, практически на всем протяжении развития почвоведе­ния как в России, так и за рубежом железистые и марганцево-железистые ортштейны — конкреционные новообразования почв — всегда привлекали пристальное внимание исследователей.