Процесс глееобразования — дефиниция и основные закономерности

Попытаемся систематизировать изложенные сведения и рассмотреть наиболее существенные особенности глееобразования.

Наиболее характерной особенностью глея Н.Г. Высоцкий (1905), кроме цвета, считал вынос железа.

Как известно, вынос железа из горизонтов профиля — явление, широко распространенное в почвах гумидных ландшафтов земного шара. Воздей­ствие этого процесса на породу наблюдается в условиях субаквального за­стойного режима. При этом возникают типичные глеевые горизонты, окра­шенные в холодные цвета. Но оглеение почвы (т.е. ее обезжелезнение) может происходить, очевидно, и в условиях застойно-промывного режима при вре­менном избыточном переувлажнении. В этом случае вероятно отбеливание мелкозема, приводящее в конечном итоге к возникновению светлых кислых элювиальных горизонтов.

Глееобразование возникает там, где имеет место переувлажнение на кис­лых и выщелоченных породах в присутствии органического вещества, транс­формированного микроорганизмами в анаэробной среде. Оно сопровожда-

Таблица 2.18

Урожаи зерновых культур на пахотном горизонте суглинистых дерново- подзолистых почв разной степени оглеения. Вегетационный опыт.

Удобренный фон. Повторность 4-кратная (зерно, г/сосуд)

Рис.

Почва: 1 — неоглеенная; 2 — глубокооглеенная; 3 — глееватая; 4 — глеевая;

5-8 — то же, без удобрений

ется увеличением концентрации в почвенных растворах кислых органичес­ких соединений — одно-, двух- и трехосновных низкомолекулярных органиче­ских кислот, аминокислот, фульвокислот, фенолов и полифенолов (рис. 2.9).

Таким образом, глееобразование — процесс интенсивного кислотного воздействия на минеральный субстрат в анаэробной среде, обусловленный

Рис. 2.9. Факторы кислотного воздействия на минеральный субстрат почвообразу­ющих пород и почв при их переувлажнении пресными водами, возникающие в ан­аэробной среде при ферментации органических веществ

переувлажнением. Иными словами, глееобразование — это кислотный гид­ролиз в анаэробной среде.

В результате накопления кислых органических соединений складывают­ся благоприятные условия для восстановления, растворения и миграции металлов и других компонентов.

Большинство образованных при оглеении соединений кислотной при­роды оказывают мощное триединое влияние на минеральную массу почв. Они действуют, во-первых, как органические кислоты, во-вторых, как ве­щества, способные к образованию комплексных и внутрикомплексных со­единений, и, наконец, в-третьих, как восстановители. Очевидно, это три­единое действие органических соединений невозможно разделить даже на молекулярном и тем более на классификационном уровнях. Исходя из этого глееобразование следует рассматривать как почвообразовательной биогео­химический процесс, который характеризуется не только восстановитель­ным (редукционным), но и кислотным воздействием на минеральный суб­страт. Важную роль в миграции металлов играет их переход в закисную подвижную форму в анаэробной среде и способность органических веществ к активному образованию металлоорганических, в том числе внутрикомп­лексных (хелатных), соединений.

Редуцирующее влияние на минеральный субстрат при глееобразовании усиливается еще и тем, что при анаэробной ферментации органического ве­щества в газовой и водной фазах почв накапливается значительная масса не­органических и низкомолекулярных органических восстановителей — амми­ак, метан, сероводород, водород, диоксид углерода, закисные соединения железа и марганца, происходит вынос двух- и трехвалентных металлов за пределы почвенного профиля или их аккумуляция в макро- и микрозонах аэрации. Глееобразование наиболее агрессивно воздействует на минеральную часть по­чвы в условиях застойно-промывного водного режима. Именно в этом случае оно оказывается одним из наиболее мощных факторов деградации почв, по­скольку сопровождается интенсивным выносом кальция и магния, железа, марганца и алюминия, илистой фракции, увеличением почвенной кислотно­сти, концентрацией подвижного алюминия, резким снижением степени на­сыщенности почв основаниями. Следствием глееобразования на фоне застой­но-промывного водного режима являются также увеличение подвижности почвенного гумуса и возникновение светлых кислых элювиальных горизонтов.

Однако при застойном режиме происходящие изменения ограничены лишь незначительным выносом железа, марганца и магния. При этом прак­тически не выражен вынос алюминия, лессиваж, несущественны потери каль­ция, не меняются (или возрастают по сравнению с контролем) значения pH, стабильна гидролитическая кислотность.

Таким образом, результаты оглеения на кислых, нейтральных и выщело­ченных породах весьма неоднозначны (рис. 2.10) и обусловлены типом водного режима. На карбонатных породах деградационное влияние глееобразования даже в условиях застойно-промывного водного режима не проявляется до тех пор, пока из карбонатного горизонта не вынесены значительные массы

Рис. 2.10. Схема преобразования свойств кислого покровного лессо­видного суглинка (/), карбонатной суглинистой морены (//) и флювио­гляциального песка (///) на фоне за­стойно-промывного (а) и застойно­го (б) водного режимов в условиях лабораторного моделирования.

извести, способные нейтрализовать агрессивное влияние органических кис­лот. Только после этого в освобожденных от извести поверхностных гори­зонтах в условиях застойно-промывного водного режима возможно форми­рование не только подзолистых почв, но и подзолов, отличающихся разной степенью оглеения. Такие ситуации, в частности, нередки на Европейском севере России.

Несомненно, в природе кроме этих двух экстремальных ситуаций — гле­еобразования в условиях застойного и застойно-промывного водного режи­мов — существуют множественные переходы.

Подводя итог рассмотренным данным, можно следующим образом сис­тематизировать представления о последовательности и закономерностях раз­вития глееобразования на фоне разных типов водного режима (рис. 2.11).

Таким образом, вся сумма рассмотренных данных позволила признать следующее.

1. Три простых фактора — переувлажнение, наличие органического ве­щества, способного к ферментации, и присутствие анаэробной гетеро­трофной микрофлоры на кислых, выщелоченных и нейтральных породах, свободных от сульфатов, являются необходимыми и достаточными услови­ями для возникновения процесса глееобразования. Поскольку эти факто­ры присутствуют практически повсеместно, глееобразование является од­ним из наиболее распространенных почвообразовательных процессов на Земле.

Под их влиянием глееобразование возникает и на значительных глуби­нах в недрах земной коры на контакте с зонами распространения природных углеводородов [Перельман, 1977]. Таким образом, глееобразование — древ­ний и широко распространенный процесс, связанный с одновременным воз­действием на минеральный субстрат мелкоземистых пород переувлажнения, кислых органических веществ и гетеротрофной анаэробной микрофлоры.

2. Поскольку три обязательных фактора возникновения глееобразова­ния в зонах избыточного увлажнения (в тундре, лесотундре, в северной, средней и южной тайге, лесостепи, в зонах влажных субтропиков и тропи­ков) встречаются повсеместно, этот почвообразовательный процесс здесь обычно является доминирующим. В засушливой и аридной зонах ведущей причиной его локального естественного возникновения являются близкие грунтовые воды или аккумуляция на плакорах и в депрессиях поверхност­ных пресных вод.

Глееобразование практически всюду может возникать и в результате ан­тропогенной деятельности, если она приводит к переувлажнению почв и пород.

3. Полученные данные позволяют признать, что глееобразование — биогео­химический почвообразовательный процесс, который заключается в воздействии на минеральный субстрат почвообразующих пород и почв в анаэробной среде кислот, возникающих в результате ферментации органических веществ гете­ротрофной микрофлорой. Глееобразование сопровождается восстановлением окисных форм металлов и несбалансированным выносом железа. Этот процесс при застойном водном режиме принципиально не меняет их химические свой­ства, а в условиях застойно-промывного водного режима является причиной

Рис. 2.11. Общие закономерности изменения химических свойств минерального субстрата при глееобразовании в условиях застойно-промывного и застойного водного режимов

возникновения светлых кислых элювиальных горизонтов в почвах любого грану­лометрического состава.

Отличительной особенностью горизонтов, возникших под влиянием глее­образования, является характерная холодная окраска (синяя, сизовато-голу­бая, сизая, серая, белесая и др.), цвет которой варьирует в зависимости от длительности переувлажнения, генезиса и состава почв и почвообразующих пород. Его возникновение связано главным образом с освобождением мине­ральных зерен от гидроокисных пленок железа и проявлением собственного цвета минералов.

Несбалансированный вынос несиликатного железа из почвенного мел­козема — характерный общий признак глееобразования независимо от усло­вий водного режима (застойно-промывного или застойного) и состава по­род, в которых протекает этот процесс. Поэтому глееобразование — всегда элювиальный процесс. Горизонты, находящиеся в условиях застойно-про­мывного режима, приобретают светлую (белую, светло-серую, серовато-го­лубую, реже палевую) окраску [Зайдельман, 1974, 1996, 1998].

Глееобразование при застойно-промывном режиме оказывает наиболее агрессивное влияние на минеральный субстрат, становится существенным фактором дифференциации и деградации почв, обусловливает возникнове­ние элювиальных кислых белесых горизонтов. Этот наиболее распростра­ненный случай «пульсирующего» глееобразования ранее не рассматривался другими авторами.

Почвы, возникшие в таких условиях, по свойствам твердой фазы оказы­ваются тождественными подзолистым (или болотно-подзолистым) почвам. Это позволило признать, что подзолистые (болотно-подзолистые) почвы сле­дует рассматривать как одну из форм глееобразования, когда оно реализует­ся на кислых, выщелоченных или нейтральных породах в условиях застой­но-промывного водного режима [Зайдельман, 1974].

2.2.