Факультет

Студентам

Посетителям

Сегрегация и накопление Fe и Mn в почвах

Изучению железомарганцевых конкреций в почвах посвящено много работ.

Выяснены их состав, закономерности распределения по профилю, а также биогенная природа и прямая связь с деятельностью железомарганцевых бактерий. Фундаментальные исследования Т. А. Аристовской микрофлоры подзолистых почв, проведенные в период 1955—1963 гг. и позже, результаты которых обобщены в монографии «Микробиология подзолистых почв» (1965), раскрыли механизм образования конкреций в подзолистых почвах и доказали непосредственное участие в этом процессе железомарганцевых бактерий. Примененная комплексная методика включала: а) капиллярную микроскопию с заложением в отдельные горизонты почв педоскопов, заполненных органо-минеральными гелями гумусовых веществ, и изучение полученных микробных пейзажей; б) выделение из полученных в педоскопах микробных пейзажей отдельных групп микроорганизмов, в колониях которых наблюдалось скопление гидроокислов железа или марганца; в) воспроизведение в лабораторных условиях процессов выделения гидроокислов железа и марганца в колониях микроорганизмов с последующей изоляцией и изучением отдельных микроорганизмов и их ассоциаций; г) микроскопирование тонких шлифов железистомарганцевых микроконкреций из различных горизонтов почвенного профиля с растворением полуторных окислов и освобождением нерастворимых, в том числе и органических структурных элементов. В результате установлено, что железомарганцевые конкреции формируются в местах развития колоний железомарганцевых гетеротрофных микроорганизмов (их описание дано выше) родов Pedomicrobium, Metallogenium, а также сопутствующей им микрофлоры и микрофауны (в частности, амеб) и связано с освобождением Fe и Mn из органо-минеральных комплексов и окислением их. Эти выводы подтверждены исследованием конкреций в подзолистых почвах Карелии (Рожнова, 1969), в дерново-подзолистых и пойменных почвах южной тайги (Добровольский, Терешина, 1976). Было обнаружено наличие биогенных структур, как в железистых, так и в марганцевых микроконкрециях.

В донных отложениях рудоносных озер Карелии найден микроорганизм-рудообразователь семейства Metallogeniaceae—MetaHogenium pergonatum (Перфильев, 1961). Его морфологические, геохимические свойства и циклы развития изучены с помощью капиллярных огелоскопов, в которых образовывались пышные обрастания, состоящие из монокультуры Metallogenium pergonatum, при посевах на питательные среды он давал рост только с культурой мицелиального гриба (Заварзин, 1961; Аристовская, Паринкина, 1961). Наиболее частые спутники металлогениума — грибы класса Fungi imperfecti, реже — представители различных других родов — Fusarium, Alternaria, Cephalosporium (Мирчинк, 1970), некоторые водоросли и бактерии.

Биогенная природа железомарганцевых конкреций подтверждена экспериментально по воспроизведению процесса образования ортштейнов в культурах микроорганизмов; в отсутствие последних концентрирование Fe и Mn не наблюдалось (Дубинина, 1970). Обширный материал по микроструктуре железистомарганцевых конкреций, отобранных из почв, морей, океанов и илистых отложений, свидетельствует о присутствии живых или отмерших клеток микроорганизмов во всех новообразованиях. Убедительные доказательства в пользу биогенной теории генезиса марганцевожелезистых конкреций не дают все же права распространять ее на все железистые новообразования в почвах и водоемах, формирование которых может быть обусловлено и рядом физико-химических процессов (что не отрицают и микробиологи). Т. В. Аристовская рассматривает ортштейнообразование «как элементарный почвенно-микробиологический процесс, в котором активная концентрирующая деятельность почвенных микроорганизмов сочетается с физико-химическими явлениями накопления железа и марганца, обусловленными реакциями аутооксидации и адсорбцией этих элементов». Соотношение Fe и Mn в конкрециях сильно варьирует. Для марганцево-железистых новообразований подзолистых и пойменных почв южной тайги отношение Fe и Mn составляет 0,5—5,8, причем часто наблюдается по профилю почвы уменьшение с глубиной относительного содержания Fe с одновременным возрастанием Mn. На количественное отношение этих элементов в ортштейнах влияют и видовой состав микрофлоры, участвующей в данном процессе, и физиологический механизм осаждения Fe и Mn на микробных клетках. Если в почве много трехвалентного железа в форме металлоорганических соединений, а трехвалентного марганца мало, то первые будут накапливаться. Кроме того микробные клетки могут адсорбировать Fe в виде гидроокисей из золей. При определенных окислительно-восстановительных условиях, низком содержании органического вещества, когда Mn одновременно переходит в подвижное состояние и окисляется, преобладает его накопление, причем чаще в нижних горизонтах почв, где гумуса мало. Когда в растворе присутствуют и двухвалентные железо и марганец, то может происходить одновременная аккумуляция вследствие окисления их микроорганизмами. По некоторым данным, чем выше относительное содержание Mn в конкрециях, тем больше их размеры (Winters, 1938; и др.). Однако более поздние исследования (Соколова, Полотева, Зейдельман, 1974) выявили обратную картину: чем меньше размер конкреции и сильнее оглеена почва, тем ниже в них отношение Fe к Mn. Почвенные конкреции наряду с Fe и Mn содержат в значительных количествах SiO2, Al, Р и некоторые другие элементы, а также фульватный гумус.

На бактериальных клетках с отложенным Mn может происходить дальнейшее абиогенное отложение окислов Fe и Mn; при этом роль физико-химического фактора особенно значительна в пойменных почвах.

В супераквальных, геохимически подчиненных ландшафтах в условиях притока грунтовых вод, обогащенных двухвалентными железом и марганцем, у верхней границы капиллярной каймы в коре выветривания, в почвах или рыхлых наносах на окислительном барьере формируются горизонты, богатые гидроокислами Fe и Mn. В зависимости от мощности, степени цементации и форм новообразований их называют ортзандовыми, ортштейновыми, а в тропических областях — латеритными, или латеритами. При сплошной пропитке гидроокислами Fe и Mn песчаных отложений образуется ортзанд, в породах и почвах более тяжелого механического состава происходит цементация по граням структурных отдельностей или непластованиям пород; при выходе на поверхность и вымывании несцементированного мелкозема появляются пустоты, в результате формируются ячеистые или каркасные латериты.

Цементация может происходить и при слиянии конкреций; создаются массивные горизонты конкреционных или пизолитовых латеритов (болотных руд в умеренных широтах). Подобные горизонты, представляющие по степени концентрации Fe и Mn рудные образования, достигают 1,0—2,0 м и более. Столь мощные скопления гидроокислов Fe и Mn характерны для аккумулятивных супераквальных ландшафтов, гумидных областей всех термических поясов Земли.

Реликтовые латериты, заключенные в древней коре выветривания и выходящие при эрозии на поверхность, широко распространены не только в гумидных, но и в субаридных и аридных регионах.

Латеритные панцири (или кирассы), отпрепарированные эрозией, бронируют поверхность рельефа на больших пространствах в современных зонах саванн и тропических пустынь.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: