Факультет

Студентам

Посетителям

Специфика микроэлементного состава почвообразующих пород и почвенно-грунтовых вод

Почвообразующие породы являются одним из основных источников поступления элементов питания в пахотный слой.

Установлено, что количество макро — и микроэлементов в почве определяется содержанием их в почвообразующей породе. В процессе почвообразования происходит значительное перераспределение химических элементов материнских пород, однако специфические особенности в химии минеральных элементов материнских пород практически всегда сохраняются в развивающихся на них почвах. Существует тесная связь между содержанием химических элементов в почвах и почвообразующих породах.

Широкое варьирование химических элементов, в том числе микроэлементов, в почвах определяется главным образом разнообразием почвообразующих пород, различием их по минералогическому и химическому составу. Главным фактором, определяющим содержание микроэлементов в почвообразующих породах, является состав первичных минералов.

Концентрация микроэлементов в почвообразующих породах колеблется в широких пределах. Установлено, что основные и ультраосновные породы содержат больше кобальта, меди, цинка и других элементов по сравнению с гранитами и сиенитами. Так, кобальта в основных породах содержится 25—52 мг/кг, цинка — больше 130 мг/кг, а в гранитах соответственно 15 и 20 мг/кг. Содержание кобальта в девонских песчаниках колеблется в пределах от 0,2 до 3,5 мг/кг, в силурийских известняках и доломитах — от 0,15 до 1,8 мг/кг, в ордовинских отложениях — от 0,15 до 4,95 мг/кг, в моренных отложениях — от 0,25 до 8,0 мг/кг, в древнеледниковых песках — от 0,25 до 1,25 мг/кг, в глинах — от 5,7 до 9,5 мг/кг. Содержание в почвообразующих породах колеблется от 70 мг/кг в флювиогляциальных песках до 1600—2300 мг/кг в слюдистых сланцах. Разные почвообразующие породы содержат неодинаковое количество молибдена. Так в коричневых глинах и аллювиальных суглинках варьирование составляет от 0,06 до 0,26 мг/кг, озерноаллювиальных отложениях — 0,18—0,33, аллювии — 0,26—0,87, тяжелых суглинках и глинах — 1,56—1,74 мг/кг. Количество молибдена в почвообразующих породах Эстонии колеблется от 0,15 до 2,78 мг/кг.

Приведенные данные свидетельствуют о значительной пестроте микроэлементного состава не только разных типов почвообразующих пород, но и пород одного вида, что связано с их различием по минералогическому составу, неодинаковыми условиями формирования и другими признаками.

Сопоставление данных о содержании микроэлементов в почвообразующих породах свидетельствует об относительно низком их количестве в породах Белоруссии и Прибалтики по сравнению со средними величинами по почвообразующим породам РФ.

С целью установления роли почвообразующих пород в формировании химического состава почв Калининградской области, нами исследовались различные по составу и генезису породы: озерно-ледниковые и древнеаллювиальные пески, моренные валунные супеси, моренные и водно-ледниковые суглинки и глины.

В процессе формирования рыхлых ледниковых отложений происходила дифференциация минерального вещества и перераспределение химических элементов, что привело к образованию пород, резко отличающихся не только по составу, но и по содержанию в них микроэлементов.

Изучение микроэлементного состава почвообразующих пород Калининградской области и сравнение полученных результатов с литературными данными свидетельствуют о том, что количество микроэлементов в породах области ниже, чем в породах Белоруссии и РФ и соизмеримо с содержанием последних в почвообразующих породах Прибалтики, что свидетельствует о генетическом единстве их происхождения.

Содержание микроэлементов в почвообразующих породах зависит от их гранулометрического состава. Исследованиями многих авторов доказано, что почвообразующие породы тяжелого гранулометрического состава отличаются более высоким количеством микроэлементов по сравнению с легкими породами. Установлено, что низкое содержание микроэлементов присуще супесчаным и легкосуглинистым моренным отложениям, флювиогляциальным, водно-ледниковым и древнеозерным пескам и супесям. Более высокой концентрацией микроэлементов отличаются тяжелосуглинистые моренные отложения, озерно-ледниковые суглинки и глины, а также рыхлые аллювиальные наносы.

Подобная зависимость между содержанием физической глины и количеством микроэлементов установлена и для почвообразующих пород области. Наиболее бедными являются песчаные породы, которые на 90 и более процентов состоят из кремнезема и обеднены не только калием, кальцием, магнием, но и медью, кобальтом, молибденом, бором и другими микроэлементами. Моренные валунные супеси, озерноледниковые и древнеаллювиальные пески содержат в среднем от 2,1 до 3,8 мг/кг бора, от 3,2 до 4,9 мг/кг меди, от 45 до 105 мг/кг марганца, от 0,5 до 0,9 мг/кг молибдена, от 1,0 до 5,3 мг/кг кобальта, от 10,3 до 20,2 мг/кг цинка. Однако песчаные и супесчаные породы отличаются значительной вариацией в содержании микроэлементов. В песках они изменяются от 11% (бор) до 47% (марганец), в супесях — от 20 (цинк) до 56% (бор).

На территории Калининградской области значительно распространены моренные суглинки, которые характеризуются разнородностью гранулометрического состава, высоким содержанием валунов, хряща и песчаных частиц. Локальное распространение имеют также водно-ледниковые безвалунные пылеватые суглинки. Эти породы в связи со значительным содержанием глинистых вторичных минералов более богаты микроэлементами, и, естественно, формирующиеся на таких породах почвы обладают более высоким плодородием. Суглинистые породы области содержат в среднем 5,3—5,9 мг/кг бора, 6,0—9,1 мг/кг меди, 234— 286 мг/кг марганца, 1,6—1,7 мг/кг молибдена, 8,6—9,2 мг/кг кобальта, 29,3—35,8 мг/кг цинка. Вариация содержания микроэлементов в суглинках изменяется от 11% (кобальт) до 35% (бор). Относительно невысокая вариация содержания микроэлементов в разного вида суглинках является одним из следствий их близости по минералогическому составу, а также сравнительно небольшому расхождению по количеству частиц диаметром меньше 0,01 мм. Количество физической глины в суглинках изменяется от 23,1 до 43,6% и в легких суглинках составляет 20,6—26,4; средних 31,5—37,5; тяжелых — 41,8-43,6%.

Наиболее богаты по вещественному составу глинистые породы. В связи с высоким содержанием гидрослюд и вторичных глинистых минералов данные породы обогащены калием, фосфором, кальцием, магнием и другими элементами. Они характеризуются высокой емкостью поглощения, содержат больше адсорбированных элементов, в том числе и микроэлементов. Содержание бора в водно-ледниковых безвалунных глинах составляет в среднем 16,1 мг/кг, меди — 18,4 мг/кг, марганца — 378 мг/кг, молибдена — 1,1 мг/кг, кобальта — 13,7 мг/кг, цинка — 46,5 мг/кг. Для данных пород характерна более высокая вариация содержания микроэлементов — от 11 % (бор) до 71% (марганец).

Относительно большим количеством бора, меди, марганца, молибдена и меньшим — кобальта и цинка характеризуется погребенный торф.

По абсолютному содержанию всех исследованных микроэлементов почвообразующие породы Калининградской области образуют следующий ряд: водно-ледниковые безвалунные глины → погребенный торф → водно-ледниковые безвалунные пылеватые сунлинки → моренные валунные суглинки → моренные валунные супеси → озерноледниковые безвалунные пески → древнеаллювиальные пески.

Несмотря на сходство по микроэлементному составу почвообразующих пород Прибалтики и Калининградской области, в последних имеют место отличительные особенности, к которым относятся более высокое количество кобальта и менее значительная вариация концентрации микроэлементов в отдельных породах. Характерной особенностью тяжелых почвообразующих пород области является преобладание гидрослюдисто-вермикулитовой ассоциации глинистых минералов, с которой связана повышенная концентрация кобальта.

Сравнительно невысокие величины коэффициентов вариации, позволяющие дать количественную оценку уровней колебания содержания микроэлементов в почвообразующих породах области, свидетельствуют о некоторой однородности минералогического состава отдельных видов пород. Пониженное содержание микроэлементов в породах области объясняется также отсутствием в их составе пород — носителей данных элементов.

На содержание и распределение микроэлементов в почве, их миграцию и трансформацию, в том числе и на закрепление в гумусовом горизонте, существенное влияние оказывают почвенно-грунтовые воды. Химический состав почвенно-грунтовых вод весьма разнообразен и определяется геологическими, физико-географическими, биологическими, антропогенными и другими условиями их формирования. Как отмечал академик Вернадский В. И. (1965), природная вода представляет собой важную динамическую систему равновесия, находящуюся в тесной связи с окружающей средой.

Изучение химического состава почвенно-грунтовых вод в условиях Калининградской области имеет особую актуальность. Область находится в зоне избыточного увлажнения и является областью древней земледельческой культуры с хорошо развитой мелиоративной системой.

Разнообразие элементов рельефа, почвообразующих пород и мелиоративных осушительных систем создает неодинаковые условия гидрологического режима, что, в свою очередь, оказывает существенное влияние на химический состав почвенно-грунтовых вод.

Результаты анализа дали несколько неожиданную, но вполне определенную картину. Прежде всего, оказалось, что по величине сухого остатка, а также по количеству минеральных и органических веществ и химическому составу почвенно-грунтовые воды восточной части области резко отличаются от вод западной и северной части. Наиболее высокое содержание сухого остатка органического вещества и кремнезема, отмеченное в почвенно-грунтовых водах северной части области, по-видимому, связано со значительным распространением здесь легких аллювиальных и торфяных почв, интенсивно осушаемых польдерными системами.

По составу растворенных веществ все исследованные воды относятся к группе гидрокарбонатных с заметной примесью сульфата и небольшим количеством хлорида, но по концентрации и по соотношению между компонентами, главным образом между катионами, отличаются друг от друга.

Почвенно-грунтовые воды восточной части области отличаются небольшой минерализацией, имеют слабощелочную реакцию, магний и кальций содержат примерно в равных количествах. В них имеется заметная примесь сульфатов и немного хлоридов. Воды восточной части области имеют почти нейтральную реакцию и характеризуются очень низкой степенью минерализации.

Почвенно-грунтовые воды северной части области имеют слабокислую или близкую к нейтральной реакцию среды и резко выделяются более высокой концентрацией хлоридов и сульфатов, а также значительным преобладанием кальция в составе катионов.

Полученные данные анализа вод находятся в полном соответствии с особенностями почвенного покрова и гидрологического режима на территории названных районов. Они показывают, что в отдельных районах области в толще пород имеются остатки солей, в составе которых присутствуют не только карбонаты, но и сульфаты и даже хлориды магния. По-видимому, в восточной части области эти соли находятся в больших количествах, чем в западных. Почвообразующие породы восточных районов содержат также гораздо больше карбонатов кальция. Более высокое содержание хлоридов и сульфатов в почвенно-грунтовых водах северных районов области связано с более интенсивным осушением земель.

Наряду с исследованием почв представляет интерес изучение микроэлементного состава почвенно-грунтовых вод.

Содержание того или иного элемента в почвенно-грунтовых водах зависит от свойств самого элемента (внутренние факторы миграции) и от той обстановки, в которой мигрируют (внешние факторы миграции). Почвенные условия (содержание солей щелочных и щелочноземельных металлов, реакция среды, количество растворенного органического вещества, окислительно-восстановительные условия) определяют поведение микроэлементов в почвенно-грунтовых водах.

Так, например, бор присутствует в почвах в виде очень подвижного аниона борной кислоты. Однако низкое содержание его в почвенно-грунтовых водах может объясняться обедненностью им почвообразующих пород и слабой выщелачиваемостью этого элемента из-за слабокислой или нейтральной реакции вод. Наиболее интенсивно бор вымывается из почвообразующих пород щелочными или сильнокислыми водами с низким содержанием ионов — осадителей кальция и магния.

Медь относится к подвижным и слабоподвижным водным мигрантам в окислительной среде и инертным — в восстановительной, а марганец из-за способности менять валентность, наоборот, более подвижен в восстановительных условиях и малоподвижен в окислительных.

Органическое вещество в почвенно-грунтовых водах оказывает защитное действие на коллоиды гидроокисей металлов. Органо-минеральные комплексы типа хелатов обладают высокой подвижностью, и металлы-микроэлементы в их составе могут мигрировать с почвенно-грунтовыми водами.

На содержание микроэлементов в почвенно-грунтовых водах существенное влияние оказывает реакция среды. Например, кислые воды содержат больше марганца, кобальта и других микроэлементов, чем щелочные.

Присутствие в воде гуминовых кислот удерживает медь в интервале pH 6,5—9,0. Выпадение гидроокисей меди из растворов происходит при pH 5,4. Цинк вследствие своего амфотерного характера подвижен как в кислых, так и в щелочных водах.

Кобальт относится к малоподвижным водным мигрантам, большая часть его переносится во взвешенном состоянии (адсорбция глинистыми частицами). Возможна миграция этого элемента в виде гидрокарбоната, а также с гумусовыми веществами.

Молибден также относится к слабым мигрантам, особенно в условиях влажного климата и слабокислой реакции вод, т. к. легко адсорбируется гидроокисями железа и алюминия, фиксируется фосфатами и глинистыми минералами.

Обобщение многочисленного литературного материала позволило установить, что содержание марганца в почвенно-грунтовых водах колеблется в пределах от 0,2 до 158 γ/л, меди — от 1 до 98 γ/л, кобальта — от 0,24 до 1 γ/л, бора — от 0,8 до 10 γ/л, молибдена — от 0,1 до 31,3 γ/л.

Обширные исследования микроэлементного состава почвенногрунтовых вод Белоруссии проведены Дубиковским Г. П. (1975). Им установлено, что концентрация марганца в данных водах колеблется в пределах от 54,9 до 124,6 γ/л, меди — от 9 до 14,2 γ/л, кобальта — от 0,24 до 0,6 γ/л, бора — от 3,3 до 5,2 γ/л, молибдена — от 0,9 до 1,6 γ/л.

Изучение почвенно-грунтовых вод Калининградской области показало значительную пестроту в содержании в них микроэлементов. Так, в среднем концентрация бора в водах изменяется от 0,92 до 3,8 γ/л, меди — от 5,2 до 19,1 γ/л, марганца — от 47 до 407 γ/л, молибдена — от 0,25 до 0,83 γ/л, кобальта — от 0,39 до 1,7 γ/л. Характерной особенностью является высокая вариация содержания отдельных микроэлементов, которая изменяется от 27—51% (Mo) до 43—80% (B, Cu, Zn). Высокое варьирование концентрации микроэлементов в почвенно-грунтовых водах отдельных зон области связано с региональным характером распространения различных типов почв и неоднородностью почвообразующих пород.

Концентрация микроэлементов в почвенно-грунтовых водах зависит от режима их поступления из почв и пород. Однако на условия их миграции существенное влияние оказывает воднорастворимое органическое вещество, образующее комплексные и внутрикомплексные легкоподвижные соединения с марганцем, медью, цинком и другими микроэлементами. Несомненно, это является одной из главных причин столь аномально высокого содержания марганца и относительно большой концентрации меди и цинка в почвенно-грунтовых водах северной зоны области.

Отличительной особенностью является более высокая концентрация микроэлементов в почвенно-грунтовых водах восточной зоны области по сравнению с западной и северной, что связано со значительным распространением здесь дерново-подзолистых почв тяжелого и среднего гранулометрического состава, сформировавшихся на средних и тяжелых суглинках карбонатной морены.

По величине среднего содержания в почвенно-грунтовых водах микроэлементы образуют следующий убывающий ряд: Mn → Zn → Cu → B → Co → Mo, который сходен с рядом микроэлементов в почвообразующих породах.

Разнообразие в содержании микроэлементов в почвообразующих породах и почвенно-грунтовых водах Калининградской области отражает в значительной степени ландшафто-геохимическую обстановку отдельных зон, условия почвообразования и формирования почвенно-грунтовых вод.

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



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: