Факторы устойчивости аллювиальных дерново-глеевых почв пойм ручьев в подзоне южной тайги к воздействию кислот и оснований: на примере почв ЦЛГПБЗ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.13, кандидат наук Русакова, Екатерина Сергеевна

• Русакова, Екатерина Сергеевна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Русакова, Екатерина Сергеевна

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ И ПОЧВЫ ЦЛГПБЗ

1.1. Условия почвообразования

1.2. Почвенный покров и почвы

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ БУФЕРНЫЕ РЕАКЦИИ, ПРОТЕКАЮЩИЕ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ КИСЛОТЫ И ОСНОВАНИЯ В ПОЧВАХ ПОДЗОЛИСТОЙ ЗОНЫ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

2.1. Основные буферные реакции, протекающие в органогенных горизонтах лесных почв под воздействием кислоты

2.2. Основные буферные реакции, протекающие в органогенных горизонтах лесных почв под воздействием основания

2.3. Основные буферные реакции, протекающие в минеральных горизонтах лесных почв под воздействием кислоты

2.4. Основные буферные реакции, протекающие в минеральных горизонтах лесных почв под воздействием основания

2.5. Несиликатные соединения алюминия и железа

и их роль в буферности почв

ГЛАВА 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1. Объекты исследования

3.2. Методы исследования

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

4.1. Общая химическая характеристика почв

4.2. Содержание и минералогический состав тонких фракций

4.3. Содержание и профильное распределение_несиликатных соединений железа и алюминия

4.4. Буферность исследованных почв к кислоте и основанию

4.5. Корреляционные зависимости между буферностью исследованных почв к кислоте и основанию и некоторыми химическими свойствами почв

4.6. Количественная оценка вклада отдельных реакций в формирование буферное™ исследованных почв к кислоте и основанию

ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Факторы устойчивости аллювиальных дерново-глеевых почв пойм ручьев в подзоне южной тайги к воздействию кислот и оснований: на примере почв ЦЛГПБЗ»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Проблемы кислотно-основной буферности для почв подзолистой зоны изучены преимущественно для подзолистых почв. Для аллювиальных дерново-глеевых почв, развитых в поймах небольших ручьев и занимающих аккумулятивные или транзитно-аккумулятивные позиции в геохимическом ландшафте, этот вопрос почти не исследован. Вместе с тем, его изучение необходимо для понимания процессов миграции различных соединений в пределах, как почвенных профилей, так и в ландшафте, и для оценки устойчивости ландшафта в целом к неблагоприятным воздействиям. Почвы пойм оказывают большое влияние на состав поверхностных природных вод. От кислотно-основных свойств этих почв в значительной мере зависит поступление тех или иных соединений в поверхностные воды. Сказанное определяет актуальность работы.

Цель работы - изучить факторы устойчивости аллювиальных дерново-глеевых почв пойм ручьев ненарушенных южно-таежных ландшафтов к воздействию кислот и оснований, т.е. выявить почвенные свойства, контролирующие буферность этих почв к кислоте и основанию в разных интервалах значений рН.

Задачи работы.

1. Получить полную характеристику химических свойств, гранулометрического состава и минералогического состава тонких фракций для изучаемых аллювиальных дерново-глеевых почв.

2. Методом непрерывного потенциометрического титрования охарактеризовать общую буферность основных генетических горизонтов изучаемых почв к кислоте в интервале значений рН от начальной точки титрования (НТТ) до 3 и к основанию от рН НТТ до 10 и оценить буферность по интервалам значений рН, равным 0,25 единицы рН.

3. Провести корреляционный анализ показателей для совокупностей разных генетических горизонтов исследованных почв для выявления свойств, контролирующих буферность этих почв к кислоте и основанию.

4. На основании анализа структуры буферности и данных по изменению состава жидкой фазы суспензии в процессе титрования кислотой и основанием выявить основные буферные реакции, протекающие в процессе титрования и дать им количественную оценку.

Объектами исследования послужили образцы из основных генетических горизонтов 5 разрезов аллювиальных дерново-глеевых почв. Два разреза были заложены в 2007 году. Материалы по этим почвам были получены и опубликованы совместно с И.В. Ишковой, И.И. Толпешта и Т.А. Соколовой (Ишко-ва и др., 2010, Русакова и др., 2012). Образцы почв из 3 других разрезов были отобраны автором в 2010 году при работе в составе экспедиции кафедры химии почв факультета Почвоведения МГУ в Центральном лесном государственном природном биосферном заповеднике (Нелидовский район Тверской области).

Научная новизна. Впервые была исследована кислотно-основная буферность аллювиальных дерново-глеевых почв пойм ручьев, выявлены основные буферные реакции, определяющие буферность этих почв. Впервые дана количественная оценка вклада в кислотно-основную буферность аллювиальных дерново-глеевых почв реакций вытеснения обменного Са, Mg и К и реакции растворения оксалатов Са, реакций растворения соединений А1, Мп, Бе и реакций протонирования поверхностных гидроксильных групп каолинита, реакции депротонирования ОН-групп на поверхности частиц гидроксидов Бе, каолинитовых кристаллитов и иллитовых кристаллитов.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Исследованные аллювиальные дерново-глеевые почвы пойм ручьев характеризуются слабокислой или нейтральной реакцией среды и высокой степенью насыщенности ППК. Особенностями изученных почв является присутствие в составе тонких фракций смешанослойных иллит-хлорита, хлорит-вермикулита и окристаллизованных минералов гидроксидов Бе, отсутствие однозначно диагностируемых почвенных хлоритов и повышенное содержание несиликатных соединений Бе и А1.

2. В исследованных почвах выявлены достоверные прямые зависимости между буферностью к кислоте и содержанием обменных оснований и между буферностью к кислоте и содержанием С орг., что не свойственно подзолистым и болотно-подзолистым почвам.

3. При взаимодействии с кислотой в минеральных горизонтах основное количество протонов (> 80% от общей буферности к кислоте) расходуется на вытеснение обменных оснований, а в органогенных горизонтах - на вытеснение протоном обменных оснований и растворение оксалатов Са. В горизонтах О и А1 значительный вклад (2-15%) в буферность к кислоте принадлежит соединениям Мп. На долю буферных реакций с участием соединений А1 приходится от < 0,5 до 1-2% от общей буферности, на протонирование поверхностных ОН-групп каолинита - 2-3%. Аллювиальные дерново-глеевые почвы по сравнению с другими почвами подзолистой зоны, характеризуются максимальным вкладом реакций вытеснения обменных оснований протоном в формирование буферности к кислоте.

4. При взаимодействии с основанием из буферных реакций, вклад которых удалось количественно оценить, наибольшую роль играют три вида реакций: реакция депротонирования ОН-групп на поверхности гидроксидов Бе (9-43% от общей буферности к основанию), реакция депротонирования ОН-групп на поверхности иллитовых кристаллитов (3-19%) и реакция растворения не идентифицированных, возможно, аморфных алюмосиликатов (914%). Меньший вклад в формирование буферности к основанию принадлежит реакции депротонирования ОН-групп на поверхности каолинитовых частиц (1-5%).

5. На основании полученных корреляционных зависимостей, с учетом существенного снижения буферности после обработок по Тамму и по Мера и Джексону, установлено, что в исследованных почвах несиликатные соединения Бе и А1 являются существенным фактором, контролирующим величину буферности, как к кислоте, так и к основанию.

Практическая ценность новых научных результатов.

Полученные данные можно использовать для прогноза процессов миграции различных элементов в ландшафте под воздействием кислотных и щелочных реагентов при техногенном воздействии.

Апробация. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на молодежных конференциях: Докучаевские чтения 2010, 2011, Ломоносов 2009, 2010, 2012, на VI Съезде Докучаевского общества почвоведов. Публикации.

Основные практические и теоретические результаты диссертации опубликованы в 13 статьях и докладах, среди которых 3 публикации в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК. Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы и приложения. Она изложена на 154 страницах печатного текста, включает 34 рисунка, 12 таблиц и содержит список литературы из 99 наименований, среди которых 61 отечественных и 38 иностранных авторов. Благодарности.

Автор глубоко признателен за неоценимую помощь в работе и постоянное внимание своему научному руководителю, д.б.н. профессору Т.А. Соколовой, искренне благодарен д.б.н. И.И. Толпешта за помощь в организации практических работ и за ценные консультации. Автор также благодарен A.B. Кирюшину и М.М. Карпухину за помощь в выполнении практической части работы. Автор выражает благодарность сотрудникам и руководству ЦЛГПБЗ - за предоставленную возможность сбора материала для диссертации и проведения полевых работ на территории заповедника. Автор признателен своим друзьям и коллегам Ю.Г. Максимовой, И.В. Макарычевой (Иш-ковой), И.П. Макарычеву и A.A. Изосимову за поддержку и помощь в работе.

ГЛАВА 1. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ И ПОЧВЫ ЦЛГПБЗ

1.1. Условия почвообразования

Район исследования — Центрально-лесной государственный природный биосферный заповедник (ЦЛГПБЗ) - расположен в юго-западной части Валдайской возвышенности на стыке со Смоленско-Московской возвышенностью (Нелидовский район Тверской области, рис. 1.1.). Здесь проходит водораздел между бассейнами Каспийского и Балтийского морей. В болотах и на плоских водораздельных равнинах внутреннего плато берут начало ручьи и речки, несущие воды либо в Волгу, либо в Западную Двину («Структура и продуктивность...», 1973).

ской области (источник: http://do.gendocs.ru/docs/index-37400.html).

Рельеф и почвообразующие породы

Территория заповедника представляет собой всхолмленную слабо расчлененную заболоченную водораздельную равнину с абсолютными отметками 220-270 м над у.м. Современный рельеф заповедника, сформировавшийся, по мнению H.H. Соколова (1949, цит. по «Регуляторная роль ...», 2002), во

время деградации Московского оледенения, сглажен денудационными процессами, протекавшими, главным образом, в безлесные стадии существования территории.

По своему геологическому строению эта территория является древним структурным плато, расположенным между Селижаровской и Нелидовской депрессиями. Мощная (10-30 м) толща четвертичных отложений покоится на серпуховских известняках каменноугольной системы (Сороченков, 1937; цит. по «Регуляторная роль....», 2002). Территорию заповедника относят к периг-ляциальной зоне Валдайского оледенения (Соколов, 1949; цит. по «Регуляторная роль...», 2002), поэтому четвертичные отложения здесь генетически и хронологически неоднородны.

Коренные породы перекрываются 6-8-метровой толщей Московской морены, выше которой залегают межледниковые валунные пески мощностью 6-7 м. На них расположена морена Валдайского оледенения (6-16 м), представленная красно-бурой, сильно опесчаненой, валунной глиной, содержащей обломки карбонатных и кристаллических пород. На морене, как правило, залегают безвалунные суглинки тяжелого, среднего и легкого гранулометрического состава, которые являются ее переотложенными продуктами («Регуляторная роль...», 2002). Таким образом, почвообразующие породы на этой территории представлены тяжелым красно-бурым моренным суглинком, перекрытым более легкими покровными суглинками и супесями. Этот моренный суглинок является водоупором и может обнажаться на склонах.

Климат

Климат территории умеренно континентальный, характеризуется довольно теплым летом (средняя температура июля +16,5 - 17,5 °С), умеренно холодной зимой (средняя температура января -5,1-11,0 °С). Период с положительной среднесуточной температурой составляет 205-220 дней, вегетационный период - около 130 дней. Годовая сумма осадков составляет в среднем

740 мм (колебания от 560 до 950), значительная часть их выпадает в теплый

8

период года в виде дождя. Количество осадков значительно превышает испарение, что создает положительный баланс влаги. Гидротермический коэффициент для территории ЦЛГПБЗ составляет в среднем 1,7. Сумма активных температур на глубине 20 см колеблется от 1600 °С в торфяниках и болотных почвах до 2200 °С и более в песчаных и супесчаных почвах (Агроклиматический справочник по Калининской области, 1958; среднемноголет-ние метеоданные за период 1970-1998 гг., цит. по «Регуляторная роль...», 2002).

Речная сеть и гидрологический режим

Речная сеть заповедника имеет слабо врезанные русла, ограниченный водосбор и плохо дренирует территорию.

Наиболее крупные реки заповедника: Тудовка, Жукопа и Тюдьма -впадают в Волгу, река Межа относится к бассейну Западной Двины. Гидрологическая сеть плохо разработана: долины узкие, неглубокие, V-образные. Почвенно-грунтовые воды залегают близко к поверхности и даже в сухие годы не опускаются глубже 3,0—3,5 м. Вследствие многочленности четвертичного покрова существует три обособленных водоносных горизонта: в серпуховских известняках (на глубине 30-35 м), в межледниковых песках (16-18 м) и в надморенных супесях, легких суглинках и песках (верховодка).

Верховодка удерживается покровным суглинком, но чаще — торфянистым горизонтом, а собственно почвенно-грунтовые воды наблюдаются в пределах разных горизонтов морены.

Химический состав почвенно-грунтовых вод различен в зависимости от особенностей разложения и минерализации органического вещества, характера водного питания (атмосферное питание, внутрипочвенный сток и т.д.). На гидрологический режим территории заповедника существенно влияют верховые болота, особенно наиболее крупные — «Катин мох» и «Старосельский мох». Заболачивание лесов в связи с разрастанием современных торфяников не прекращается, однако болота наступают на прилегающие участки леса очень медленно.

История ландшафта и геологическое строение территории

Заповедник расположен на Нелидово-Оршанском мегаблоке, который начал подниматься с позднего палеогена, и к настоящему времени территория поднялась на 100-200 м.

Как уже отмечалось, наибольшее распространение в окрестностях заповедника получили генетические типы отложений, сформированные во время отступления ледников Московского (125-110 тыс.л.н.) и Валдайского (80-10 тыс.л.н.) оледенений.

Территория заповедника лежит у границы максимально распространения льда Валдайского оледенения. Основное тело ледника спускалось на юг через болото «Катин мох», один язык льда спускался чуть южнее деревни Федоровское, второй язык с запада спускался до Тудовской возвышенности. Между основным телом ледника и Федоровским языком и между Федоровским и Тудовским языками существовали озера, образованные талыми водами ледника, подпруженными моренными грядами московского оледенения. Периодически озера переполнялись, и вода перетекала через естественные дамбы, создавая корытообразные долины, хорошо выраженные в современном рельефе.

При таянии ледникового щита происходило образование сложного комплекса отложений. Из тающей зоны откладывались моренные отложения, частично перерабатываемые талыми водами. В моренных отложениях чередуются легкие песчаные и супесчаные слои, соответствующие периоду быстрого летнего таяния льда, и суглинистые слои, соответствующие периоду медленного таяния. Между языками ледника формировались озера из талых вод (Пузаченко и др., 2007).

Все отложения Валдайской и Московской морен перекрыты слоем покровных средних и легких суглинков мощностью около 60 см, принесенных ветром из перигляциальной зоны ледника. Образование покровных суглинков в перигляциальных условиях подтверждается их литологиче-

скими особенностями и наличием в толще следов криотурбаций и криогенных трещин.

Покровный суглинок играет ландшафтообразующую роль (сглаживает различия в механическом составе между перекрытыми им породами). Участки с отсутствием покровного суглинка редки и связаны или с эрозионными формами, или с узкими песчаными грядами.

Таким образом, общий облик ландшафтов заповедника определяют три геоморфологические структуры - моренные гряды московского и валдайского возрастов; озерные котловины с выровненными поверхностями и уступы моренных гряд (Пузаченко, 2007)

Растительный покров

Слабо расчлененный и почти бессточный характер рельефа при слабой водопроницаемости почвообразующих пород и периодически избыточном атмосферном увлажнении наряду с другими факторами способствуют тому, что на территории заповедника господствуют не зональные широколиственно-еловые леса, а еловые леса южно-таежного типа (Миняев, Конечная, 1976, цит. по «Регуляторная роль...», 2002). На слабо расчлененных водоразделах распространены еловые леса бореальной структуры и экологии, застойный характер увлажнения приводит к формированию растительных ассоциаций ельников сфагново-черничных, чернично-сфагновых и сфагновых.

Хорошо дренированные покатые и относительно крутые склоны водоразделов заняты еловыми лесами неморальной структуры: благоприятный водно-минеральный режим способствует формированию полидоминантных растительных ассоциаций с участием как неморальных, так и бореальных элементов, которые в целом формируют ельники сложные (кислично-неморальные, липняково-ясменниковые, кленово-зеленчуковые, ильмово-пролесниковые). Неморально-бореальные ельники, распространенные на слабо дренированных пологих протяженных склонах водоразделов, представлены чернично-кисличными и чернично-зеленомошными ассоциациями (Абрамова, Уланова, 1979).

'1

У1'

На территории ЦЛГПБЗ значительная площадь занята верховыми болотами, на которых произрастают сосняки сфагновые и кустарничковые (багульниковые, голубичные, брусничные). На окраинах болот в переходных к материку участках формируются ельники сфагновые, хвощево-сфагновые, осоково-сфагновые и осоково-пушицево-сфагновые.

Долины рек и ручьев, а также ложбины временных водотоков заняты лесами травяно-болотной группы ассоциаций (ельники хвощево-папоротниковые, папоротниково-таволговые, черноольхово-таволговые и страусниковые).

1.2. Почвенный покров и почвы

На территории ЦЛГПБЗ встречаются почвы, относящиеся в соответствии с Классификацией почв СССР (1977) к шести почвенным типам: подзолистые почвы (белоподзолистые, сероподзолистые, палевоподзолистые, дерново-подзолистые - эти названия были даны М.Н.Строгановой (1979) как рабочие названия подзолистых почв заповедника, имеющих разную окраску горизонта ЕЬ); болотно-подзолистые (торфянисто-, торфяно-бело- и сероподзолистые); болотные (торфяно-глеевые и торфяные верховые, переходные и низинные); дерново-глеевые; буроземы; аллювиальные почвы.

Для преобладающих на территории ЦЛГПБЗ ельников бореального типа (сфагново-черничные, зеленомошно-черничные) характерны белоподзолистые (оторфованные и торфянистые подзолисто-глеевые) почвы, испытывающие переувлажнение в весенне-осенний период суммарной продолжительностью до трех и более месяцев, что обусловливает развитие восстановительных процессов, образование мощного горизонта торфянистой или отор-фованной лесной подстилки. Профиль этих почв имеет следующее строение: 0(Ь-Р-Н)-АО-Ебел-Еохр-(ЕВ)-В1гВ2-ВС. Для них характерны наличие вложенного субпрофиля (Ебел - Еохр), ярко выраженная цветовая контрастность горизонтов, наличие оторфованной или торфянистой подстилки и текстурного горизонта В4.

На выпуклых участках водоразделов 2-го порядка, а также в верхних и средних частях покатых и относительно крутых склонов под ельниками зеле-номошными (чернично-кисличными и кислично-черничными), кисличными и неморально-кисличными развиты палевоподзолистые почвы разной степени гумусированности и оглеенности, профиль которых имеет строение: 01-02-(АЕ)-Епал-Еохр-ЕВ-В1-ВС. Для этих почв характерны палевая окраска и плитчатая структура горизонта Е, наличие железистых новообразований, локальные признаки оглеения. Обеднение железом элювиальной по илу толщи здесь менее заметно, чем в белоподзолистых почвах и, соответственно, менее выражен иллювиальный максимум в горизонте В1. Содержание органического вещества несколько выше, чем в белоподзолистых почвах, и распределение его по профилю более плавное.

На выпуклых элементах склонов крутизной 3-6 градусов под ельниками неморальными (зеленчуково-кисличными) распространены почвы, отнесенные к буроземам (Трофимов, 1990), с профилем типа 01,2-А0-(АЕ)~ Вдт)-(Еко)-В1-В2-ВС. Вследствие преобладания бокового внутрипочвенного стока застой влаги в них невозможен, поэтому в профиле этих почв практически не формируется осветленный горизонт Е (иногда имеются лишь небольшие морфоны подзолистого горизонта, тогда почва идентифицируется как бурозем оподзоленный), незначительно выражены признаки оглеения, невелика мощность горизонта лесной подстилки. Иногда выделяется маломощный (3-5 см) горизонт АЕ. Для профиля в целом характерны слабая морфологическая дифференциация вследствие отсутствия осветленного горизонта, диффузное прокрашивание верхних минеральных горизонтов гидрокси-дами железа, равномерная бурая окраска, оструктуренность, наличие горизонта вмывания гумуса, слабая выраженность глинистых кутан в горизонте В1.

Белоподзолистые почвы, сформированные под ельником сфагново-

черничным, имеют некоторое сходство с почвами болотно-подзолистого типа

(торфянисто-, торфяно-подзолисто-глеевыми), формирующимися в ельниках

13

сфагновых, хвощево-сфагновых и чернично-сфагновых, и, по-видимому, в наиболее влажные годы подвергаются локальному заболачиванию, в то время как бурозем является наиболее дренируемой почвой исследуемой территории.

В условиях хорошего дренажа в средних и нижних частях покатых и относительно крутых склонов под неморальными растительными сообществами распространены дерново-подзолистые почвы, формированию которых способствует близкое залегание карбонатной морены. Однако, по мнению ряда исследователей (Карпачевский и др., 1987), наличие гумусово-аккумулятивного горизонта в профиле некоторых дерново-подзолистых почв может быть также обусловлено прохождением этими почвами в прошлом дерновой стадии, связанной с вырубкой леса или с распашкой земель.

В поймах ручьев и рек под ельниками страусниковыми, папоротнико-во-таволговыми и черноольхово-таволговыми формируются дерново-грунтово-глеевые почвы, которые и были предметом исследования в данной работе.

В ложбинах временных водотоков формируются дерново-глеевые и пе-регнойно-грунтово-глеевые почвы. Обширные депрессии водоразделов заняты болотными торфяными и торфяно-глеевыми почвами («Регуляторная роль...», 2002).

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ БУФЕРНЫЕ РЕАКЦИИ, ПРОТЕКАЮЩИЕ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ КИСЛОТЫ И ОСНОВАНИЯ В ПОЧВАХ ПОДЗОЛИСТОЙ ЗОНЫ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

Поскольку литературные данные о буферных реакциях, протекающих при воздействии кислот и оснований на исследованные аллювиальные дерново-глеевые почвы, практически отсутствуют, в данной главе анализируется существующая информация, относящаяся к органогенным и минеральным горизонтам

других лесных почв подзолистой зоны. Эта информация получена преимутцест-

14

венно методами непрерывного и равновесного потенциометрического титрования (НПТ).

2.1. Основные буферные реакции, протекающие в органогенных горизонтах лесных почв под воздействием кислоты

При взаимодействии кислот с органогенными горизонтами лесных почв преобладают следующие буферные реакции: реакции катионного обмена, реакции диссоциации органоминеральных комплексов (алюминия, железа, марганца), растворение солей сильных оснований и слабых органических кислот с последующим протонированием аниона кислоты, реакции протонирования функциональных групп специфических и неспецифических органических кислот.

Реакции катионного обмет

Многие авторы признают ведущим механизмом взаимодействия кислоты с органогенными горизонтами лесных почв реакции катионного обмена. По данным Гришиной и Барановой (1990) на эту реакцию расходуется 50-70% от поступающих в почву протонов. В исследовании Копцик и Силаевой (1995) приводятся значения 29-42%. По данным других авторов на реакцию катионного обмена расходуется 18-51 % (Vanee, David, 1991), 14-62% (James, Riha, 1986).

Следует учитывать, что лесная подстилка частично состоит из слабораз-ложившихся растительных остатков, поэтому термин «обменные основания» в отношении подстилок используется условно. В вытяжку хлорида аммония переходят преимущественно основания, входящие в состав растительных тканей. Обменные катионы, то есть занимающие обменные позиции на функциональных группах гуминовых и фульвокислот, могут присутствуют только в нижней части подстилки (Иванова, 1999).

Процесс вытеснения оснований зависит от специфики элемента и состава ППК. В нейтральных и богатых гумусом почвах с высокой степенью насыщенности ППК преобладает протонно-кальциевый обмен, в кислых подзолистых почвах интенсивно выносятся кальций и магний, в дерново-подзолистых - магний и марганец (James, Riha, 1986, Гришина, Баранова, 1990, «Кислотные осад-

15

л

л

Р.

-С

ки...», 1999). В обменных реакциях с протоном участвуют также калий и натрий (Гришина, Баранова, 1990, Vanee, David, 1991).

Натшер и Швертман (Natscher, Schwertmann, 1991), изучая взаимодействие модельных кислых осадков с подстилками елового леса на подзолистых почвах выявили два основных механизма буферных реакций - быстрый и медленный. Быстрый механизм заключается в обмене адсорбированных катионов Са, Mg, К и отчасти Мп на протон. Медленный механизм осуществляется с участием почвенных микроорганизмов, которые разлагают соединения железа и марганца, и в меньшей степени соединения Са, Mg, К с органическими кислотами. Медленные буферные реакции обеспечивают большую величину буферной емкости (109-729 ммоль/кг), чем быстрые буферные реакции (16-164 ммоль/кг). Представление Натшера и Швертмана о быстрых и медленных буферных реакциях были подтверждены в экспериментах Копцик и Силаевой (1995), которые изучали буферные свойства подстилок иллювиально-железистых подзолов к воздействию кислотных выпадений.

В лесных подстилках еловых и смешанных лесов существенным компонентом почвенного раствора и обменного комплекса является кальций. Поэтому при обработке лесных подстилок кислыми осадками концентрация кальция в почвенном растворе возрастает в большей степени по сравнению с другими катионами (Vanee, David, 1991, James, Riha, 1986). Активное участия обменного магния и калия в буферных реакциях было показано в лабораторном опыте Вэнса и Дэвида, которые инкубировали образцы лесной подстилки с растворами серной и азотной кислоты в течение разного времени. Исследование показало, что в подстилке реакции катионного обмена с участием Са, Mg, К проходят быстро, и их концентрация в почвенном растворе не зависит от времени взаимодействия подстилки с кислотой (Vanee, David, 1991).

Содержание водорастворимого и обменного Мп сопоставимо с содержанием магния и калия (Laskowsky et al, 1995, цит. по Иванова, 1999). В экспериментальной работе Хагвата и Кьёндала (Hagvat, Kojendal, 1981, цит. по Иванова,

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Русакова, Екатерина Сергеевна, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абрамова Л.И., Уланова Н.Г. Парцеллярное сложение основных типов ельников в условиях Центрально-лесного государственного заповедника. М.: «Наука», 1979, стр. 149-171.

2. Айдинян Р.Х. Извлечение ила из почв: краткая инструкция. М.: Ги-проводхоз, 1960, 10 стр.

3. Айлер Р. Химия кремнезема. Часть 1, 1982, 416 стр.

4. Алексеева С.А., Дронова Т.Я., Ладонин Д.В., Соколова Т.А. Буфер-ность к кислоте элювиальных горизонтов торфянисто-подзолисто-глееватой почвы и выделенных из нее гранулометрических фракций // Вестник МГУ. Серия 17. Почвоведение, 2003, № 2, стр. 3-8.

5. Амельянчик O.A., Воробьева Л. А. Показатели и методы оценки почвенной кислотности и потребности почв в извести //Агрохимия, 1991, №2, стр. 123-135

6. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М., 1970, 488 стр.

7. Артюхов Д.Б., Дронова Т.Я., Лукьянова О.Н., Соколова Т.А., Тол-пешта И.И. Водорастворимые основания как один из буферных компонентов лесных подзолистых почв //Вестник МГУ. Серия 17. Почвоведение, 1997, №2, стр. 42-46.

8. Вызова Е.В. Сравнительное химико-минералогическое изучение подзолистых почв, подбуров и буроземов (на примере почв Сихотэ-Алинского заповедника). Автореферат диссерт. канд. биол. наук. М., 1988, 20 стр.

9. Водяницкий Ю.Н. Соединения железа и их роль в охране почв. М., 2010, 282 стр.

10. Водяницкий Ю.Н. Химия и минералогия почвенного железа. М., 2003, 238 стр.

11. Водяницкий Ю.Н., Добровольский В.В. Железистые минералы и тяжелые металлы в почвах. М.,1998, 218 стр.

12. Воробьева Л.А. Теория и практика химического анализа ночв, М.: «Геос», 2006, 400 стр.

13. Воробьева JI.A. Химический анализ почв. М., 1998, 272 стр.

14. Гришина Л.А., Баранова Т.А. Влияние кислотных осадков на свойства почв лесных экосистем южной тайги // Почвоведение, 1990, № 10, стр. 121136.

15. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении, 1995, 320 стр.

16. Зонн C.B. Железо в почвах (генетические и географические аспекты). М.: Наука, 1982, 207 стр.

17. Зонн C.B., Травлеев А.П. Алюминий. Роль в почвообразовании и влияние на растения. Днепропетровск. Изд-во ДГУ, 1992, 224 стр.

18. Иванова С.Е. Оценка кислотно-основной буферности нативных и измененных модельными кислыми осадками лесных почв по данным непрерывного потенциометрического титрования. Автореферат диссерт. канд. биол. наук. М., 1999, 21 стр.

19. Иванова С.Е., Ладонин Д.В., Соколова Т.А. Экспериментальное изучение некоторых кислотно-основных буферных реакций в палево-подзолистой почве // Почвоведение, 2002, № 1, стр. 68-77

20. Ишкова И.В., Русакова Е.С., Толпешта И.И., Соколова Т.А. Почвы склона и поймы ручья в Центрально-лесном заповеднике: некоторые химические свойства и состав глинистых минералов //Вестник МГУ. Серия 17. Почвоведение, 2010, №3, стр. 3-9

21. Карпачевский Л. О., Строганова M. Н. Почвы Центрально-лесного Заповедника и их экологическая оценка // Динамика, структура почв и современные почвенные процессы. М., 1987, стр. 10-30.

22. Кауричев И.С. и др. Качественный состав водорастворимого органического вещества, извлекаемого из гумифицированных и негумифицирован-ных лесных подстилок // Известия ТСХА, 1972, №2, стр. 100-109.

23. Кауричев И.С., Иванова Т.Н., Ноздрунова Е.М. О содержании низкомолекулярных органических кислот в составе водорастворимого органического вещества почв // Почвоведение, 1963, №3, стр. 27-35.

24. Кауричев И.С., Ноздрунова Е.М. О миграции и качественном составе водорастворимого органического вещества в почвах лесолуговой зоны // Изд-во ТСХА, Почвоведение и агрохимия, 1962, № 5, стр. 91-106.

25. Кауричев И.С., Ноздрунова Е.М., Евсеева Р.П. О содержании и формах водорастворимых соединений алюминия в почвенных растворах // Почвоведение, 1969, №9, стр. 68-79.

26. Кирюшин A.B., Соколова Т.А., Дронова Т.Я. Минералогический состав тонкодисперсных фракций подзолистых и торфянисто-подзолисто-глееватых почв на двучленных отложениях Центрального Лесного Заповедника // Почвоведение, 2002, №11.

27. Кислотные осадки и лесные почвы. Под ред. В.В. Никонова и Г.Н. Копцик. Апатиты, 1999, 320 стр.

28. Классификация и диагностика почв СССР. М.: «Колос», 1977, 221 стр.

29. Классификация и диагностика почв России. Отв. ред. Г.В. Добровольский. Смоленск, 2004, 342 стр.

30. Козлова О.Н., Дронова Т.Я., Соколова Т.А. О буферных реакциях при взаимодействии тонкодисперсных фракций подзолистых почв с кислыми осадками // Почвоведение, 1999, № 6, стр. 721-726.

31. Копцик Г.Н., Силаева Е.Д. Буферность лесных подстилок к атмосферным кислотным осадкам // Почвоведение, 1995, №8, стр. 954-962.

32. Кузнецов Н.Б., Алексеева С.А., Шашкова Г.В, Дронова Т.А., Соколова Т.А. Буферность подзолистой и подзолисто-глееватой почв к серной и азотной кислотам // Почвоведение, 2007, №4, стр. 389-403

33. Корнблюм Э.А., Дементьева Т.Г., Зырин Н.Г., Бирина А.Г. Изменение глинистого материала при образовании южного и слитого черноземов, лиманной солоди и солонца // Почвоведение, 1972, №1, стр. 107-114.

34. Макаров М.И., Недбаев Н.П. Влияние кислотных осадков на подвижность органического вещества в лесных почвах // Почвоведение, 1994,№ 8,стр. 111-118.

35. Максимова Ю.Г. Роль несиликатных соединений Fe и AI и глинистых минералов в формировании кислотно-основной буферности подзолистых, болотно-подзолистых и перегнойно-глеевых почв (на примере почв ЦЛГПБЗ). Автореферат диссерт. канд. биол. наук. М., 2013, 26 стр.

36. Максимова Ю.Г., Маряхина H.H., Толпешта И.И., Соколова Т.А. Кислотно-основная буферность подзолистых почв и ее изменение под влиянием обработок реактивами Мера и Джексона и Тамма// Почвоведение, 2010, №10, стр.1208-1220

37. Маряхина H.H., Максимова Ю.Г., Толпешта И.И., Соколова Т.А. Химико-минералогическая характеристика подзолистых почв Центрального лесного заповедника в местах распространения карстовых образований // Вестник МГУ. Серия 17. Почвоведение, 2009, №3, стр. 25-31.

38. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.,1990, 325 стр.

39. Орлов Д. С. Химия почв. М., 1992, 400 стр.

40. Пинский Д.Л. Ионообменные процессы в почвах. Пущино, 1997, 166 стр.

41. Понизовский A.A., Пампура Т.В. Применение метода НПТ для характеристики буферной способности почв // Почвоведение, 1993, № 3,стр. 106115.

42. Пузаченко Ю. Г., Желтухин А. С., Козлов Д. Н., Кораблев Н. П., Фе-дяева М. Ю., Пузаченко Е. В., Сиунова Е! В. Центрально-лесной государственный природный биосферный заповедник, популярный очерк, М.: «Деловой мир», 2007, 80 стр.

43. «Регуляторная роль почвы в функционировании таежных экосистем». Отв. редактор Добровольский Г. В., М.: «Наука»., 2002, 363 стр.

44. Роде A.A. Несколько данных о физико-химических свойствах водно-растворимых веществ лесных подстилок // Почвоведение, 1941, № 3, стр. 103-125.

45. Русакова Е.С., Ишкова И.В., Толпешта И.И., Соколова Т.А. Кислотно-основная буферность почв транзитных и транзитно-аккумулятивных позиций ненарушенных ландшафтов южной тайги // Почвоведение, 2012, № 5, стр. 562-573.

46. Соколов H.H. Рельеф и четвертичные отложения Центрально-лесного заповедника // Ученые записки ЛГУ. Сер. геогр. наук, 1949, №6.

47. Соколова Т.А., Дронова Т.Я., Артюхов Д.Б., и др. Полевое моделирование первых стадий взаимодействия кислых осадков с лесными подзолистыми почвами // Почвоведение, 1996, №7, стр. 847-855.

48. Соколова Т. А., Дронова Т. Я., Толпешта И. И. Глинистые минералы в почвах: Учебное пособие. М., 2005. 336 с.

49. Соколова Т.А., Дронова Т.Я., Толпешта И.И., Иванова С.Е. Взаимодействие лесных суглинистых подзолистых почв с модельными кислыми осадками и кислотно-основная буферность подзолистых почв. М., 2001 г., 208 стр.

50. Соколова Т.А., Трофимов С.Я., Толпешта И.И., Дронова Т.Я., Строганова М.Н., Шоба С.А. Глинистый материал в почвах Центрально-Лесного заповедника в связи с вопросами их генезиса и классификации //Вестник МГУ. Серия 17. Почвоведение, 1990, № 4, стр. 14-22

51. Строганова М. Н., Скрябина О. И., Шоба В. Н. Структура почвенного покрова Центрально-лесного заповедника. В кн.: Генезис и экология почв Центрально-лесного государственного заповедника, М.:«Наука», 1979.

52. Структура и продуктивность еловых лесов южной тайги. Л.: «Наука». 1973,311стр.

53. Толпешта И.И. Подвижные соединения алюминия в почвах ненарушенных экосистем южной тайги. Автореферат диссерт. д-ра биол. наук. М., 2010

54. Толпешта И.И., Соколова Т.А. Изучение алюминия в системе твердая фаза-раствор в горизонте Е подзолистой почвы в условиях статических экспериментов // Вестник МГУ. Серия 17. Почвоведение, 2005, № 1,стр. 30-35.

55. Толпешта И.И., Соколова Т.А. Подвижные соединения алюминия в почвах катен южной тайги (на примере почв Центрально-лесного заповедника)//Почвоведение, 2010, № 8, стр. 956-968.

56. Толпешта И.И., Соколова Т.А. Соединения алюминия в почвенных растворах и его миграция в подзолистых почвах на двучленных отложениях // Почвоведение, 2009, № 1, стр. 29-41.

57. Трофимов С.Я. Особенности склонового почвообразования в ненарушенных ельниках южной тайги. Автореферат диссерт. канд. биол. наук. М.,1990, 24 стр.

58. Филеп Д., Рэдли М. Формы кислотности и кислотно-основная буфер-ность почв // Почвоведение, 1989, №12, стр. 48-59.

59. Шамрикова Е.В. Кислотно-основная буферность подзолистых почв разной степени гидроморфизма северо-востока Европейской части России. Автореф. диссерт. канд. биол. наук. М., 2001, 18 стр.

60. Шамрикова Е.В., Соколова Т.А., Забоева И.В. Идентификация буферных реакций при титровании водных суспензий целинных и пахотных подзолистых почв кислотой и основанием // Почвоведение 2002, № 4, стр. 412-423.

61. Шамрикова Е.В., Соколова Т.А., Забоева И.В. Кислотно-основная буферность органогенных горизонтов подзолистых и болотно-подзолистых почв Республики Коми // Почвоведение, 2003, № 7, стр. 714-723.

62. Barnhisel R.I, Bertsch P.M. Chlorites and Hydroxy-Interlayered Vermicu-lite and Smectite. Minerals in Soil Environents // Soil Science Society of America Madison, Wisconsin, USA, 1989. pp. 729-788

63. Bergelin A., van Hees P.A.W., Wahlberg O., Lundstrom U.S. The acid-base properties of high and low molecular weight organic acids in soil solutions of podzolic soils // Geoderma, 2000. Vol. 94, pp. 223-235.

64. Carstea D.D. Formation of hydroxy-Al and -Fe interlayers in montmorillonite and vermiculite: influence of particle size and temperature // Clays and Clay Minerals. 1968. V.16. pp.231-238

65. Chorover J., Sposito G. Surface charge characteristics of kaolinitic tropical soils// Geochimica et Cosmochimica Acta, 1995, Vol 59 N5, pp. 875-884.

66. Chorover J., Sposito G. Dissolution behavior of kaolinitic soils // Geochimica et Cosmochimica Acta, 1995, V. 59, № 15, pp. 3109-3121/

67. Cromack K. Calcium oxalate accumulation and soil weathering in mats of the hypogeus fungus histerangium corassium // Soil Biol. Biochem, 1979, V.ll, №5 pp. 463-468

68. Drits V.A. Structural and chemical heterogeneity of layer silicates and clay minerals // Clay Minerals. 2003. V. 38. pp.403-432.

69. Du Qing, Sun Zhongxi and Tang Hongxiao. Acid-Base Properties of Aqueous Illite Surfaces. Journal of Colloid and Interface Science, 1997, v. 187, p. 221-231

70. Essington M. E. Soil and water chemistry. CRC Press, Boca Raton. London. New York. Washington D.C., 2004, 534 p.

71. Graurstein W.C., Cromack K., Soiling P. Calcium oxalate: occurrence in soils and effect on nutrient and geochemical cycle // Science, 1977,V. 198, № 323, p.1252

72. Griffits R.P., Baham J.E., Caldwell B.A. Soil solution chemistry of ectomycorrhizal mats in forest soil // Soil Biol. Biochem., 1994,V. 26,№ 3, pp. 331-337.

73. Hayes M.H.B. Influence ofacid/base status of the formation and interactions of acids and bases in soil // Trans. 13 Congr. Int. Soc. Soil Sci., Hamburg, 1320 Aug, 1986, V.5

74. Huertas F .J., Lei Chou, Wollast R. Mechanism of kaolinite dissolution at room temperature and pressure: Part 1. Surface speciation //Geochimica et Cosmochimica Acta, 1998,V. 62, № 3, pp. 417-431.

75. Huertas F. J., Lei Chou, Wollast R. Mechanism of kaolinite dissolution at room temperature and pressure: Part II. Kinetic study //Geochimica et Cosmochimica Acta, 1998, V. 63, № 19/20, pp. 3261-3275.

76. James B.S., Riha S.J. pH buffering in forest soil organic horizons: relevance to acid precipitation // J. Environ. Qual. 1986. Vol. 15. P. 229-234

77. Karathanasis A.D. Compositional and solubility relationships between aluminum-hydroxyinterlayered soil-smectites and vermiculites // Soil Sci. Soc. Am. J., 1988, V.52, pp.1500-1508.

78. Kraepiel A.M.L., Keller K., Morel F. M.M. On the Acid-Base Chemistry of Permanently Charged Minerals// Envir. Sci. Technol. 1998, V. 32, pp. 2829-2838.

79. Krzyszowska A.J., Blaybock M. J., Vance G.F., David M.B. Ion-Chromatographic Analysis of Low Molecular Weight Organic Acids in Spodosol Forest Floor Solution //Soil Sci. Soc. Amer. Journ., 1996, V. 60, № 5, pp. 1565 -1571.

80. Lundstrom U.S. The role of organic acids in the soil solution chemistry of a podzolized soil // Journal of Soil Science, 1993, V.44, pp. 121-133.

81. Malcolm R.L., Nettlton W.D., Mc Cracken R.J. Pedogenic Formation of Montmorillonite from a 2:1 - 2: 2 Intergrade Clay Minerals // Clays and Clay Minerals, 1969, V. 16, № 6, pp. 405-414.

82. Mehra O.P., Jackson M.L. Fe oxide removal from soils and clays by dithi-onite-citrate system buffered with Na bicarbonate// Nat. Conf. Clays and Clay Miner., 1960, V.7.

83. Meunier A. Clays. Springer - Verlang. Berlin. Heidelberg, 2005, 472 p.

84. Moore D. M. and Reynolds R.C. Jr. X-Ray Diffraction and the Identification and Analysis of Clay Minerals. Oxford-New York, 1997, 377 pp.

85. Natscher L., Schwertmann U. Proton buffering in organic horizons of acid forest soils // Geoderma, 1991, V.48, pp.93-106.

86. Paxeux N., Wedborg M. Acid-base properties of aquatic fulvic acid // Analytica Chimica Acta, 1985, V. 169, pp. 87- 98.

87. Proust D., Eymery J.-P., Beaufort D. Supergene vermiculitization of a magnesium chlorite: iron and magnesium removal processes // Clays and Clay Minerals, 1986, V. 34, №. 5, pp.572-580.

88. Rampazzo N., Blum W.E.N. Changes in chemistry and mineralogy of forest soils// Water, air and soil pollution, 1992, V.61, pp. 209-220.

89. Ritchie G.S.P., Posner A.M. The effect of pH and metal binding on the transport properties of humic acids// Journal of Soil Science, 1982, V.33, pp.233247.

90. Schroth B. K., Sposito G. Surface charge properties of kaolinite // Clays and clay minerals, 1997, V. 45, №1, pp. 85-91.

91. Sposito G. The environmental chemistry of aluminium. CRC Press, Boca Raton, Florida, USA, 1989, 317 p.

92. Stevenson F.J. Humus chemistry, genesis, composition, reactions. John Willey and Sons, New York, 1982, 444 p.

93. Stumm W. Chemistry of the solid-water interface. New York-Chichester-Brisbane-Toronto-Singapore: John Wiley and Sons, 1992,428 p.

94. Tertre E., Castet S., Berger G., Loubet M., Giffaut E. Surface Chemistry of kaolinite and Na-montmorillonite in aqueous electrolyte solutions at 25 and 60 °C: experimental and modeling study//Geochimica et Cosmochimica Acta, 2006,V. 70, pp.4579-4599.

95. Ulrich B. An ecosystem approach to soil acidification // Soil Acidity ed. Ulrich B. and Summer M.E. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 1991, 224 p.

96. Ulrich B. Soil acidity and its relation to acid deposition // Effects of accumulation of air pollutants in forest ecosystems. Dordrecht, 1983, pp. 127-146.

97. Ulrich B., Mayer R., Khanna P.K. Chemical changes due to acid precipitation in a loess-derived soil in Central Europe // Soil Science, 1980, V. 130, № 4, pp.193-199.

98. Urbanus I.F.L.M., van den Ende H., Koch B. Calcium oxalate crystals in the wall of Mucor Mucedo// Mycologia, 1978, V. 70, № 4, pp.829-842.

99. Vance G.F., David M.B. Spodosol cation release and buffering of acid inputs // Soil Science, 1991, V. 151, № 5, pp. 363-368.