Глееобразование — кислотный гидролиз в анаэробной среде. Его роль в формировании светлых кислых элювиальных горизонтов

Глееобразование — анаэробный биогеохимический почвообразователь­ный процесс, возникающий при переувлажнении, наличии органического вещества, способного к ферментации, в присутствии анаэробной гетеро­трофной микрофлоры на кислых, выщелоченных или нейтральных породах, свободных от сульфатов.

В результате глееобразования в условиях анаэробной ферментации (в отличие от кислотного гидролиза в аэробной среде) органического ве­щества растительного происхождения в почвенном растворе существенно возрастает концентрация не только фульвокислот, низкомолекулярных ор­ганических кислот, фенолов, аминокислот, но концентрируются и неорга­нические восстановители — водород, метан, аммиак и другие соединения. Кислоты, возникающие в результате ферментации органических веществ в анаэробных условиях, оказывают триединое влияние на минеральный суб­страт — как кислоты, как комплексообразователи и как восстановители. Об­щая масса агрессивных органических соединений, возникающих в процессе ферментации в анаэробной среде по данным И.С. Кауричева и Е.М. Нозд- руновой в 1,5—3,0 и более раз, а фульвокислот — на порядок выше, чем в аэробных условиях (1964). В анаэробной среде в раствор переходят не толь­ко восстановленные водорастворимые формы железа и марганца, но и каль­ций, магний, алюминий, фосфор и другие элементы.

Роль кислотного гидролиза в формировании подзолистых горизонтов проявляется, во-первых, в растворении оксидных и гидроокисных железис­тых кутан, покрывающих поверхность элементарных зерен почвенного мел­козема.

Глееобразование по характеру воздействия на минеральный субстрат яв­ляется наиболее агрессивной формой кислотного гидролиза. Его влияние не ограничивается воздействием на несиликатные формы железа, марган­ца и других элементов, но затрагивает и железо в составе алюмосиликатных минералов. Так, нами совместно с ТА. Соколовой и Е.А. Яриловой (1978, 1985) установлено, что под влиянием глееобразования происходят отмыв­ка минеральных зерен мелкозема от гидроокисных пленок железа, восста­новление «октаэдрического» окисного железа до двухвалентного состояния, его выход из октаэдрических позиций и, как следствие, деградация крис­таллических решеток силикатов. Оглеение в кислых условиях приводит к частичной потере разбухающего смешанно-слойного слюда-смектитового образования или к потере некоторого количества смектитовых пакетов это­го образования, вероятно, за счет процесса разрушения. Вместе с тем ранее нами было показано, что действие глееобразования на минеральный состав почв и почвообразующих пород принципиально отличается по своим пос­ледствиям в зависимости от типа водного режима, в котором протекает этот процесс (Зайдельман 1974, 1998, 2007). В естественных условиях и на экс­периментальных моделях установлено, что при оглеении в условиях застой­ного режима имеют место относительно слабый вынос железа и марганца, незначительная потеря щелочно-земельных металлов, не обнаружен вынос алюминия и илистой фракции. При застойном водном режиме в результате отмывки минеральных зерен от железистых гидроксидных оболочек увели­чивается общая масса ила в результате распада агрегатов, а горизонты про­филя приобретают холодную окраску — голубую, синюю, сизо-серую.

Напротив, в условиях застойно-промывного водного режима происхо­дит интенсивный вынос не только железа и марганца, но и кальция, магния, алюминия, накопление кварца и потеря ила. Интенсивное элювиирование металлов в условиях застойно-промывного водного режима вызывает глубо­кие изменения физико-химических свойств почв — резко снижаются значе­ния pH (на 1,5—2,0 единицы), уменьшается в 3—4 раза степень насыщеннос­ти основаниями, на один-два порядка возрастает содержание подвижного алюминия, в 2—3 раза увеличивается гидролитическая кислотность.

Из изложенного следует, что в принятой формуле возникновения свет­лых кислых элювиальных (т. е. подзолистых) горизонтов — кислотный гид­ролиз, лессиваж, глееобразование — первое и третье определения, т. е. кис­лотный гидролиз и глееобразование, синонимы. Поэтому глееобразование есть единственная форма кислотного гидролиза в анаэробной среде на фоне застойно-промывного водного режима, которая способна вызывать образо­вание светлых кислых элювиальных горизонтов. Другие формы кислотного воздействия приводят к образованию почв с недифференцированным про­филем и не образуют такие горизонты.

Вторая составляющая этой формулы — лессиваж — не является почво­образовательным процессом по изложенным выше причинам. Это факуль­тативное явление, признаки которого часто отсутствуют в крупных группах почв со светлыми кислыми элювиальными горизонтами.

Таким образом, следует признать, что из трех рассмотренных форм кислот­ного воздействия на минеральный субстрат только процесс глееобразования в условиях застойно-промывного водного режима на кислых и выщелоченных почвообразующих породах любого гранулометрического состава способен вызывать формирование светлых кислых элювиальных горизонтов, свойства твердой фазы которых тождественны свойствам подзолистых или подзолистых оглеенных горизонтов. Глееобразование в условиях такого гидрологического режима является не только необходимым, но и достаточным условием форми­рования светлых кислых элювиальных горизонтов в профиле почв.

Вместе с тем, если единственной причиной образования подзолистых (т.е. светлых кислых элювиальных) горизонтов является глееобразование в условиях застойно-промывного водного режима на кислых и выщелоченных породах, то эти горизонты в профилях не только гидроморфных (оглеенных), но и автоморфных почв должны обладать признаками, свидетельствующи­ми об участии процесса глееобразования в их формировании.

Наши исследования показывают, что такие признаки-свидетели совре­менного оглеения постоянно или периодически реально присутствуют в их профилях (Зайдельман, 1998). Так, они проявляются, во-первых, в система­тическом падении их окислительно-восстановительного потенциала (до 200 мв и ниже) в период весеннего снеготаяния и после его завершения.

Во-вторых, в элювиальных горизонтах суглинистых и глинистых почв всегда присутствуют марганцево-железистые конкреции (ортштейны), воз­никновение которых, по Р. Брюеру (1964), возможно только в условиях пе­риодического оглеения.

В-третьих, илистая фракция светлых кислых элювиальных горизонтов всегда отличается потерей железа.

В-четвертых, несомненным признаком глееобразования в суглинистых и глинистых почвах является обезжелезнение ила кутан иллювиальных го­ризонтов (по отношению к породе).

Изложенные данные позволяют признать, что из трех почвообразователь­ных процессов, ответственных, по мнению многих исследователей, за возник­новение светлых кислых элювиальных (т.е. подзолистых) горизонтов — кис­лотного гидролиза, лессиважа и глееобразования, только глееобразование на фоне застойно-промывного водного режима и кислых или нейтральных пород является необходимым и достаточным фактором их образования. Только в этих условиях кислотный гидролиз в анаэробной среде проявляется наиболее агрес­сивно, и только в этом случае кислотное воздействие на минеральный субстрат завершается возникновением светлых кислых элювиальных горизонтов.

Таким образом, глееобразование в условиях застойно-промывного водного режима на кислых и нейтральных почвообразующих породах является единс­твенным фактором образования светлых кислых элювиальных горизонтов. Это позволяет утверждать, что светлые кислые элювиальные горизонты моногене- тичны по своему происхождению. Их появление обусловлено действием толь­ко одного фактора — глееобразования (или, что одно и то же, кислотного гид­ролиза в анаэробной среде) на фоне застойно-промывного водного режима.

18.9.