Результаты исследований в условиях модельного эксперимента
В 1900 г. в первом издании учебника «Почвоведение» Н.М. Сибирцев высказал предположение о том, что побеление чернозема, приуроченного к мелким котловинам, по-видимому, объясняется трансформацией гумино- вых соединений при продолжительном переувлажнении в креновые и апок- реновые кислоты (т.е.
в фульвокислоты), резко усиливающие выщелачивание. Эта гипотеза в дальнейшем получила экспериментальное подтверждение. А.С. Кащенко (1958), а затем И.С. Кауричев, Е.М. Ноздрунова (1964) в условиях лабораторного эксперимента показали, что при длительном избыточном увлажнении возможно превращение гуминовых относительно стабильных соединений в более подвижные и агрессивные фульвокислоты. Механизм такой трансформации, по-видимому, обусловлен пептизацией гидратированных железогуминовых гелей после насыщения свободных функциональных групп этих соединений алюминием [Александрова, 1954].В результате избыточного увлажнения в составе органического вещества почв значительно увеличивается содержание фракции легкоподвижных и химически активных веществ — полифіенолов, глюкуроновой кислоты, аминокислот. В составе водорастворимых веществ оглеенных почв накапливается до 5-7% низкомолекулярных одно-, двух и трехосновных органических кислот — щавелевой, фумаровой, лимонной, яблочной [Кауричев, Ноздрунова, 1961,1964].
Накопление фульвокислот и иных органических соединений, способных к образованию металлорганических комплексов в оглеенных почвах, обусловливает резкое увеличение миграции не только железа, но и алюминия, не меняющего валентность в анаэробных условиях. Это подтверждают данные В.В. Пономаревой (1949), которая показала высокую прочность и растворимость соединений фульвокислот с гидроокисями различных металлов. К. Кавагучи и К. Киума [Kawaguchi, Кушпа, 1959] установили, что фуль- вокислоты обладают наибольшей способностью образования внутрикомп- лексных соединений с железом и алюминием.
Увеличение концентрации низкомолекулярных органических соединений и фульвокислот способствует не только резкому повышению растворимости гидроокиси железа, но и увеличению редуцирующей способности среды. Восстановителями железа и других элементов оказываются не только водород, метан, сероводород, накапливающиеся при анаэробном разложении растительного материала, но и простые органические соединения, а также фульво- кислоты [Beres, Kiraly, 1959]. В этой связи следует напомнить наблюдения И.В. Тюрина (1944), который обнаружил, что до 15% (по углероду) водорастворимой органики из горизонтов АО и А1 подзолистой почвы способно редуцировать флемингову жидкость. Агрессивное выщелачивающее действие фульвокислот на минеральный субстрат было показано А.С. Фатьяновым (1958).
Вместе с тем, придавая большое значение миграции железа в гидроморфных почвах в составе органоминеральных соединений, нельзя не согласиться с мнением В.А. Ковды (1946), Н.Г. Зырина и Е.И. Богословской (1962) о возможном передвижении значительных масс железа на большие расстояния в виде закисной соли угольной и других минеральных кислот. Лабораторные исследования подтвердили большое значение как первой, так и второй форм миграции. Так, И.С. Кауричев с сотрудниками (1960, 1964) обнаружили, что в почвах, компостированных в анаэробных условиях (табл. 2.2) с различными растительными остатками (хвоя ели, листья березы, дуба), количество железа, связанного в органоминеральные комплексы, составляет не менее 10—40% от общего содержания железа в растворе.
Следовательно, миграция железа может осуществляться в форме металл- органических соединений и в виде закисных солей минеральных кислот. Это и определяет четкую реакцию железа на степень оглеения почв.
Иным оказывается поведение алюминия. Р.П. Евсеевой (1969) показано, что в условиях глубокого анаэробиоза весь алюминий находится в растворе в составе органоминеральных комплексов, тогда как органоминеральное железо не превышает 60—70% от общего (табл.
2.3). Таким образом, Таблица 2.2Влияние условий разложения растительных остатков на содержание низкомолекулярных органических кислот
[Кауричев, Ноздрунова, 1964]
Растительный материал | Увлажнение при разложении | Органические кислоты, мг/л | Танниды (полифенолы), мг/л |
Хвоя ели | оптимальное избыточное | 15 155 | 149 193 |
Листья березы | оптимальное избыточное | 35 49 | 123 394 |
Листья дуба | оптимальное избыточное | — | 39 149 |
3 -9973
Таблица 2.3
Растворимые формы алюминия и железа в водных экстрактах из покровного и моренного суглинков в условиях избыточного увлажнения, продолжительность 45 дней
[Евсеева, 1968]
Условия опыта | Алюминий | Железо | ||||
общий, мг/л | органический, мл/л | % | общее, мл/л | органическое, мл/л | % | |
Покровный суглинок. Увлажнение 120% от ПВ, с растительным материалом | 7,6 | 7,6 | 100 | 3,96 | 2,96 | 74,7 |
Моренный суглинок. Увлажнение 120% от ПВ, без растительного материала | 0,07 | следы | 0 | 4,4 | 1,9 | 43,3 |
То же с растительным материалом | 5,8 | 5,8 | 100 | 24,6 | 14,5 | 58,9 |
алюминий мигрирует в виде металлорганических комплексов, причем с повышением кислотности увеличивается способность алюминия образовывать устойчивые соединения с фульвокислотами [Duchaufour, 1964].
Следует отметить, что эти особенности миграции железа и алюминия в условиях избыточного увлажнения, получившие в настоящее время подтверждение в работах ряда авторов, были весьма определенно предсказаны П.К.. Коссовичем еще в 1916 г. Он подчеркивал, что вынос железа из подзолистых почв «связан с его восстановлением из окиси,... а глинозем, скорее всего, вымывается в виде органических кислот типа креновой кислоты» (с. 443).
Изложенное, в частности, объясняет различное содержание алюминия и железа в природных водах и новообразованиях. По данным Е.М. Ноздруно- вой (1965), миграция алюминия в верховодке происходит исключительно в виде металлорганических соединений.
Эти данные объясняют причины интенсивного выноса железа и алюминия в опытах Я. Сюты. В начале раствор сахарозы в анаэробной среде подвергается интенсивной ферментации. Следствием этого является накопление в растворе низкомолекулярных органических кислот — уксусной, щавелевой, яблочной и ряда других. Они оказывают триединое воздействие на минеральный субстрат — кислотное, восстановительное и комплекснообразовательное. Поэтому, в частности, их действие более агрессивно, чем минеральной соляной кислоты.
Переувлажнение почв в анаэробной среде вызывает, однако, не только увеличение содержания низкомолекулярных органических кислот, но и существенное увеличение в почвенном растворе наиболее агрессивных гумусовых соединений — фракции свободных фульвокислот (1а). Такие данные были получены И.С. Кауричевым и Е.М. Ноздруновой (1964) при компостировании гор. А1 дерново-подзолистой почвы в условиях длительного переувлажнения (табл. 2.4).
Переувлажнение в анаэробных условиях явилось причиной увеличения содержания наиболее агрессивной фракции почвенного гумуса — свободной фракции фульвокислот — по сравнению с контролем в 33 раза.
Таблица 2,4
Изменение состава органического вещества гор. дерново-подзолистой суглинистой почвы под влиянием длительного переувлажнения
[Кауричев, Ноздрунова, 1964]
Собш’ % | С гуминовых кислот, % от Собщ | С фульвокислот, % Собш | С в остатке почвы, % от Собш | |||||
подвижные, группа 1 | связанные, группа 2 | сумма | свободные, группа 1а | связанные с гуми- новыми кислотами | сумма | |||
1 | 2 | |||||||
Исходный образец горизонта Апах (контроль) | ||||||||
3,1 | 56,6 | 2,6 | 59,2 | 0,3 | 9,7 | 1,6 | 11,3 | 29,2 |
После длительного компостирования в условиях переувлажнения | ||||||||
3,1 | 43,0 | 3,3 | 46,3 | 9,9 | 10,5 | 2,4 | 22,8 | 30,9 |
2.1.2.2.