МОДЕЛИРОВАНИЕ СОСТАВА ПОЧВЕННЫХ РАСТВОРОВ ПРИ ГЛЕЕОБРАЗОВАНИИ

В естественных условиях изучение процесса глееобразования обычно осложнено действием других почвообразовательных процессов, неоднород­ностью почвообразующих пород, отсутствием надежной эталонной породы.

Глееобразование является одним из немногих почвообразовательных процессов, который можно сравнительно легко воспроизвести в лаборатор­ных условиях.

Одна из первых работ в этом направлении была предпринята Я. Виты- нем [Wityn, 1934], который обнаружил резкое увеличение кислотности сус­пензии в результате длительной инкубации моренного суглинка с углевода­ми в анаэробных условиях.

В дальнейшем С. Блумфилд [Bloomfield, 1950, 1951], исследуя механизм глееобразования, показал, что оглеение может быть вызвано ферментатив­ным разложением сахаров и органического материала (свежих и сухих лис­тьев, травы). Однако кислый тростниковый торф и сырой гумус, лишенные легкоферментируемых веществ, не вызывали в растворе заметного увеличе­ния концентрации закисного железа и оглеения глины.

Моделирование глееобразования получило развитие в работах Я. Сюты (1962). Он изучал интенсивность выноса щелочно-земельных металлов, же­леза, алюминия, фосфора из карбонатного лесса на фоне восстановительных условий при ферментации сахаров и в аэробных условиях при промывке породы 0,02 н. соляной кислотой. Причины, побудившие автора предпри­нять эти исследования, заключались в следующем. Сюта на основе преиму­щественно полевых наблюдений пришел к выводу о том, что классическая теория подзолообразования «...не учитывает роли восстановительных про­цессов...».

Вместе с тем он утверждал, что «во многих почвах, прежде всего в силь- нооподзоленных и подзолах, наблюдаются признаки глеевого процесса».

Ссылаясь на Лютвика и Делонга [Lutwick and Delong, 1954] идр., Сюта подчеркивает, что «попеременное развитие восстановительных и окислитель­ных процессов вместе с периодическим промыванием почвы может в относи­тельно короткие сроки привести к образованию элювиальных горизонтов, похожих на гор. А2 подзолистых почв. Надо добавить, что глеевые элюви­альные горизонты обычно имеют кислую реакцию и в некоторых случаях сильно обеднены двух- и трехвалентными катионами» (с. 62). Автор стремил­ся сопоставить влияние процесса восстановления и кислотности среды на растворение и вынос различных элементов, т.е. в конечном итоге идентифи­цировать роль каждого из этих двух факторов в процессе подзолообразования.

Сюта, как и его предшественники, установил, что при анаэробной фер­ментации происходит резкое подкисление среды. Коме того, ему удалось по­казать, что в этом случае активно выносятся щелочно-земельные металлы, железо, алюминий.

Анализируя материалы автора, необходимо подчеркнуть три важных об­стоятельства (рис. 2.1). Во-первых, под влиянием анаэробного брожения уг­леводов происходит быстрый переход в раствор кальция (магния), железа и алюминия. Во-вторых, возникновение максимумов содержания этих элемен­тов в растворе строго закономерно.

Пик выноса железа следует после наиболее активного элювиирования щелочно-земельных металлов, а достоверное увеличение содержания алюми­ния в растворе удается проследить только после спада пика концентрации железа.

В-третьих, в относительно небольших количествах вынос железа и алю­миния в варианте с анаэробным разложением удавалось обнаружить почти немедленно после взаимодействия породы и продуктов анаэробного распада сахаров. Значительные количества Fe₂O₃ и А1₂О₃ в этом случае появились уже в четвертой-пятой пробах фильтрата (27,2 и 27,0 мг/л Fe₂O₃ и А1₂О₃). В отли­чие от «анаэробного» варианта во второй серии сосудов при промывке лесса соляной кислотой только в 55—60-й пробах, т.е.

В среднем за весь период наблюдений каждый литр раствора в двух ос­новных вариантах опыта экстрагировал весьма близкие количества кальция и магния (табл. 2.1). Иными словами, лесс при анаэробном брожении и кис­лотном элювиировании был весьма однороден по степени отмывки от ще­лочно-земельных металлов. Тем не менее максимальный вынос железа и алю­миния и наиболее высокие концентрации этих элементов в растворе наблюдались в варианте с анаэробной ферментацией углеводов. Существен-

Таблица 2.1

Рис 2.1. Вынос кальция, железа и алюминия из карбонатного лессовидного суглинка при экстракции 0,02 н. соляной кислотой в аэробных условиях и водой на фоне глубокого анаэробиоза [Сюта, 1962]:

1 — вынос 0,02 н. соляной кислотой; 2 — вынос водой при анаэробном брожении и оглеении породы; 3 — вынос водой на фоне аэробных усло­вий. По оси абсцисс — номер пробы фильтрата. Одна проба собира­лась в среднем двое суток. Каждая проба фильтрата, использованная для анализа, — 500 мл

Содержание двух- и трехвалентных металлов (мг/л) в инфильтрате из лесса при кислотной (аэробной) и углеводной (анаэробной) экстракциях

[Сюта, 1962]

но и то, что элювиирование трехвалентных металлов началось практически сразу после взаимодействия породы и продуктов брожения углеводов, т.е.

Сюте удалось показать, что анаэробные условия при застойно-промыв­ном водном режиме вызывают активное элювиирование трехвалентных ме­таллов, несопоставимое по своим масштабам и скорости с выносом этих же элементов в условиях кислотного аэробного воздействия. По данным этого автора, анаэробные условия оказались причиной увеличения подвижности железа в 196 раз, а алюминия — в 3,6 раза.

Все эти наблюдения позволили сделать вывод о том, что «восстанови­тельные процессы, резко выраженные в опыте с добавлением органических веществ, вместе с промыванием вызывают сильные химические изменения в почве. Эти изменения похожи на процессы, идущие в естественных подзо­листых почвах» (с. 71). Сюта справедливо полагает, что кислая среда — усло­вие недостаточное для равномерного вымывания всех минеральных соеди­нений из почвы. Напротив, при анаэробном разложении органического вещества и промывном водном режиме в восстановительных условиях про­исходит подкисление среды, резкое увеличение растворимости алюминия, железа и других элементов.

В этой связи естественно возникает вопрос о том, почему исходный ра­створ, содержащий инертные нейтральные углеводы, способные к фермен­тации, вызывает столь резкое увеличение содержания железа и алюминия в лизиметрических водах? Очевидно, если будет получен ответ на этот вопрос, то окажется раскрыт и механизм глееобразования.

2.1.2.