Формирование кислотно-основной буферности в эмбриоземах

ПОЧВОВЕДЕНИЕ

Е.Н. Толстоконева, Е.А. Жарикова ФОРМИРОВАНИЕ КИСЛОТНО-ОСНОВНОЙ БУФЕРНОСТИ В ЭМБРИОЗЕМАХ

В техногенных почвах отвалов Лучегорского угольного разреза Приморского края исследована кислотно-основная буферность почв. Была выявлена взаимосвязь ее формирования с развитием почвенно-поглощающего комплекса техногенных почв, в составе которого преобладают минеральные коллоиды.

Ключевые слова: эмбриозем, кислотно-основная буферность, интенсивность буферности, точка эквивалентности.

Ye.N. Tolstokoneva, Ye.A. Zharikova ACID-BASE BUFFER CAPACITY FORMATION IN THE EMBRYOZEMS

In the technogenic soils of the dumps of the Primorye Luchegorsk coal mine the soils acid-base buffer capacity is researched. The interrelation of its formation with the development of the soil- absorbing complex of the technogenic soils in the composition of which mineral colloids predominate was revealed.

Key words: embryozem, acid-base buffer capacity, buffer capacity intensity, equivalent point.

Введение

Кислотно-основная буферность почв является интегральным показателем. Она отражает качественное и количественное состояние гетерогенной почвенной системы и является одним из важнейших факторов устойчивости почв [9]. В молодых почвах (эмбриоземах) буферность находится на начальной стадии своего развития и зависит от формирования буферных систем, которые в зрелых почвах создаются сотни лет. Высокие показатели буферности определяются комплексным действием органических, органоминеральных и минеральных буферных систем. Самой крупной буферной системой «кислота-щелочь» в зрелых почвах является почвенно-поглощающий комплекс: органическое вещество почв и глинистые минералы. Факторами, влияющими на буферность почв, являются емкость катионного обмена, которая определяет величину отрицательных зарядов почвенных коллоидов, и состав поглощенных катионов, которые в свою очередь определяются почвообразующими породами, гранулометрическим составом и содержанием гумуса [4, 5, 7]. В почвах техногенных ландшафтов, в частности, в эмбриоземах, элементарные почвообразовательные процессы протекают под влиянием естественных факторов почвообразования, но условия их протекания отличаются от почвообразовательных процессов в природных «нормально развитых почвах» [1, 2]. В эмбриоземах формирование почвенно-поглощающего комплекса происходит в основном за счет минеральных коллоидов, так как для образования собственно гумусового вещества требуется очень длительный период. Это сказывается на устойчивости эмбриоземов к разнообразным кислотным и щелочным воздействиям. Буферность как интегральный показатель отражает особенности, связанные с формированием почвенно-поглощающего комплекса эмбриоземов.

В связи с этим целью работы явилось выявление основных особенностей формирования кислотноосновной буферности в эмбриоземах на примере эмбриозема инициального. Были поставлены следующие задачи: определение параметров кислотно-основной буферности, выявление связей между буферностью и физико-химическими показателями и оценка буферности эмбриозема инициального.

Материалы и методы исследований. В качестве объекта исследования был выбран эмбриозем инициальный рекультивированного северного отвала Лучегорского угольного разреза Приморского края. Исследовались горизонты I—IV.

Морфологическое описание типичного эмбриозема инициального:

Растительность: начальная стадия зарастания, на 10 м2 не более 10 растений: редко хвощ, полынь, осот. Рельеф: средняя часть склона отвала с уклоном около 30—350, волнисто-ямистый микрорельеф.

Строение профиля:

УДК 631.41

I - 0-4см. Светло-серый, сухой, легкосуглинистый, бесструктурный, рыхлый, переход заметный, встречаются включения углей.

II - 4-18 см. Серо-бурый, увлажнен, среднесуглинстый, непрочнокомковатый, уплотнен, встречаются включения углей.

III - 18-53 см. Светло-бурый, увлажнен, среднесуглинистый, комковатый, уплотнен, встречаются включения углей.

IV - 53-90 см. Бурый, влажный, тяжелосуглинистый, непрочноореховатый, уплотнен.

V - 90-130 см. Охристый, влажный, тяжелосуглинистый, непрочнокомковатый, плотный, много углей.

VIg - 130-160 см. Сизовато-охристый, влажный, тяжелосуглинистый, глыбистый, плотный, встречаются угли.

Почвообразующая порода: суглинки-глины отвальных пород с примесью углей.

Для определения буферности в основу щелочной обработки был положен метод равновесного потенциометрического титрования в присутствии сильного электролита, необходимого для получения четких перегибов на кривых титрования [5]. Буферность оценивалась по изменению количества вещества на изменение рН (интенсивность буферности), соотношению активности ионов водорода до и после обработки почвы щелочью и точкам эквивалентности на кривых потенциометрического титрования. Интенсивность буферности рассчитывалась по формуле р = AC/ApH, где AC - изменение количества вещества на изменение рН при добавлении возрастающих на 1 мэкв доз щелочи. Между интенсивностью буферности и физикохимическими показателями почв выявлялись корреляционные связи [3]. Общая буферная способность почв, Кщел12мэкв ((am+/aH2+), рассчитывалась по соотношению активности ионов водорода до обработки почвы щелочью и при дозе щелочи 12 мэкв на 100 г почвы и оценивалась по градации буферности [8] (табл. 1).

Таблица 1

Градация буферности

Оценка буферности Кщел*103

Высокая 0,01- 0,1

Средняя 0,1-1,0

Низкая 1,0-0,0

Очень низкая >10,0

Результаты титрования выражались в виде графиков зависимости pH = f(Ca(OH)2), AC/ApH = f(Ca(OH)2) и Кщел= f(Ca(OH)2), показывающих измнение этих величин при добавлении возрастающих доз щелочи.

Результаты и обсуждение

Реакция среды в верхней части профиля эмбриозема инициального была близкой к нейтральной, в нижней - слабокислой. Отмечена высокая гидролитическая кислотность в верхней части профиля, снижающаяся вниз по профилю. Содержание обменных водорода и алюминия было низким, кальция и магния - высоким, распределение поглощенных катионов по почвенному профилю было равномерным (табл. 2). Выявлено высокое содержание органического вещества по всему профилю эмбриозема инициального, его распределение отличалось от распределения в зональных почвах. Это можно объяснить тем, что распределение органического вещества в техногенных почвах носит случайной характер и зависит от технологии рекультивации, природы внесенного органического вещества, его способности к минерализации или гумификации [2].

Исследование кислотно-основной буферности показало следующее. В гор. I эмбриозема инициального проявлялось три максимума интенсивности буферности (р), первый (р = 5,3) был отмечен при буферной емкости 1-2 мэкв щелочи и pH 5,10-5,29, второй (р = 7,1-7,7) при pH 5,88-6,01 - имел буферную емкость 56 мэкв и третий (р = 5,9) проявлялся ближе к нейтральной области (pH 6,18-6,3) и имел максимальную буферную емкость 11-12 мэкв. Точек эквивалентности на графике кислотно-основного титрования было 8, что свидетельствовало о непрерывности процесса нейтрализации щелочи кислотными компонентами до pH 6,8 (рис.). Наиболее сильные кислотные компоненты нейтрализовались 1-5 мэкв щелочи, более слабые - 7-10 мэкв. Кщел12мэкв гор. I было средним.

Таблица 2

Физико-химические свойства эмбриозема инициального

Горизонт Глубина отбора, см рН водный Гумус, % Г идр. кислотность, мэкв/100 г почвы Поглощенные катионы, мэкв/100 г почвы

Н+ ^3+ Са2+ 1^+

I 0-4 6,32 3,88 6,17 0,07 0,09 21,94 17,66

II 5-15 6,20 4,24 5,63 0,07 0,07 21,40 16,59

III 20-30 6,25 3,88 5,00 0,07 0,05 23,01 14,45

IV 60-70 5,65 5,38 8,70 0,08 0,09 21,60 10,80

V 110-120 5,45 2,07 4,76 0,07 0,07 17,49 12,19

150-160 5,61 3,41 4,76 0,08 0,08 21,60 18,90

В горизонте II интенсивность буферности была очень низкая, ее максимумы были выражены слабо, несколько возрастали при буферной емкости 11-12 мэкв (р = 16,7-20,0), рН 7,78-7,83. Точек эквивалентности отмечалось меньше, чем в горизонте I, и нейтрализация щелочи осуществлялась более слабыми кислотными компонентами. Кщел12мэкв горизонт II было низким.

В горизонте III интенсивность буферности проявляла себя так же, как и в гор. II, при буферной емкости 9-12 мэкв щелочи и рН 9,0 возрастала до 6,7-8,3. Наблюдалось всего пять точек эквивалентности с равным соотношением слабых и сильных кислотных группировок. Кщел12мэкв, как и в горизонте II, было низким.

В горизонте IV четко выделялся один максимум интенсивности буферности (в = 7,1) с рН 6,64 и буферной емкостью 8 мэкв щелочи. Количество точек эквивалентности возрастало до 6, но нейтрализация щелочи сильными кислотными группами наблюдалось всего в двух точках. Кщел^экв было низким.

1800 и 1600 -1400 -

мэкв Са(ОН)2 на 100 г

Графики зависимости dC/dрН = %Са(ОН)2) и Кщел = ЦСа(ОН)2) эмбриозема инициального

По профилю эмбриозема инициального наблюдалась положительная корреляция интенсивности буферности с содержанием гумуса, г = 0,8р = о,я, обменным водородом, г = 0,88 р=о95 и гидролитической кислотностью г = 0,98 р = 099 при буферной емкости 7-8 мэкв щелочи и отрицательная корреляция, г = - 0,7 р= 0,9 с поглощенными основаниями при этой же буферной емкости. Положительная корреляция с обменным алюминием была отмечена при буферной емкости от 1 до 3 и от 5 до 8 мэкв щелочи, г = 0,85 р=о,95 и отрицательная корреляция -от 9 до 12 мэкв щелочи.

Заключение

Исследование буферности в эмбриоземе инициальном выявило слабое ее проявление. В качестве буферных систем принимали участие в основном слабые кислотные группировки. Общая буферная способность Кщел12 мэкв в верхнем горизонте была несколько выше, чем в нижележащих горизонтах.

Проведенный анализ буферных свойств эмбриозема инициального показал их значительное отличие от свойств зональных почв. Сила их проявления была связана с основными физико-химическими свойствами исследуемой почвы, с содержанием гумуса, гидролитической кислотностью, суммой поглощенных осно-

ваний, обменными водородом и алюминием. Более высокие значения интенсивности буферности определялись слабыми кислотными группировками, активизирующимися в условиях более высокой реакции среды и буферными системами с участием алюминия. Это свидетельствовало о преобладании в буферных реакциях эмбриозема инициального, минеральных коллоидов, особенно в глубоких горизонтах. Выявлено, что формирование буферных свойств исследуемых почв связано с развитием почвенно-поглощающего комплекса, в составе которого преобладают минеральные коллоиды.

Литература

1. Aндpaхaнов B.A. Специфика и генезис почвенного покрова техногенных ландшафтов / B.A. Aндpаха-нов // Сиб. экол. журн. - 2005. - №5. - С. 795- 800.

2. Курачев, В.М. Классификация почв техногенных ландшафтов / В.М. Курачев, B.A. Aндpaхaнов // Сиб. экол. журн. - 2002. - № 3. - С. 255-261.

3. Дмитриев, E.A Математическая статистика в почвоведении / E.A. Дмитриев. - М.: Изд-во МГУ, 1972. - 292 с.

4. Орлов, Д.С. Химия почв / Д.С. Орлов. - М.: Изд-во МГУ, 1985. - 376 с.

5. Понизовский, A.A. Применение метода потенциометрического титрования для характеристики буфер-

ной способности почв / A.A. Понизовский, Т.В. Пампура // Почвоведение. - 1993. - № 3. - С. 106-114.

6. Ремезов, Н.П. Почвенные коллоиды и поглотительная способность почв / Н.П. Ремезов. - М.: Сель-хозгиз, 1957. - 224 с.

7. Химические основы буферности почв / И.С. Соколова [и др.]. - М.: Изд-во МГУ, 1991. - 108 с.

8. Толстоконева, Е.Н. Буферность равнинных почв юга Дальнего Востока России / Е.Н. Толстоконева. -

Владивосток: Дальнаука, 2005. - 112 с.

9. Фокин, АД. Устойчивость почв и наземных экосистем: подходы к систематизации понятий и оценке / AД. Фокин // Изв.ТСХА. - 1995. - №2. - С.71- 85.

'--------♦------------

УДК 631.417+630*432 С.В. Брянин

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ БУРОЗЕМОВ ТЕМНЫХ В УСЛОВИЯХ НЕОЭЛЮВИАЛЬНЫХ ЛАНДШАФТОВ АМУРСКО-ЗЕЙСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ

Приведены свойства почв и характер накопления биологического материала в лесах Амурско-Зейского междуречья в зависимости от рельефа и типа леса. Выявлены закономерности накопления зольных элементов и одновалентных катионов в составе лесного опада.

Ключевые слова: буроземы, опад, лес, пожары, зольность.

S.V. Bryanin

BROUN SOILS ECOLOGICAL CONDITION IN NEOELUVIAL LANDSCAPE CONDITIONS OF THE AMUR-ZEYA INTERFLUVE

The soil properties and the character of the biological materials accumulation in the Amur-Zeya interfluve forests depending on the relief and forest type are given. Regularities of the ash elements and the univalent cations accumulation in forest tree waste content are revealed.

Key words: broun soils, tree waste, forest, fires, ash content.

Введение

Освоение Амурской области началось в конце XIX века, равнинные территории подвергались систематическим палам, с помощью которых люди расчищали земли для сельскохозяйственного использования. Поджигая сухие растительные остатки на лугах, человек не контролировал процесс горения, и огонь без труда перемещался в леса. Еще в 1923 году А.А. Строгий писал, что «в Амурской губернии нет ни одного клочка лесной площади, не посещенного огнем» (цитируется по В.И. Соловьеву [1]). В настоящее время лесные пожары остаются одной из важнейших проблем Амурской области, около 1,5 млн га лесных массивов ежегодно прогорают с разной интенсивностью. В динамике за последние годы число и площади пожаров только возрастают и прогнозы на ближайшие годы не утешительны.