Введение к работе
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.
-
Получить полную характеристику химических свойств, гранулометрического состава и минералогического состава тонких фракций для изучаемых аллювиальных дерново-глеевых почв.
-
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.
-
Провести корреляционный анализ показателей для совокупностей разных генетических горизонтов исследованных почв для выявления свойств, контролирующих буферность этих почв к кислоте и основанию.
-
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.
Научная новизна. Впервые была детально 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 Cа, реакций растворения соединений Al, Mn, Fe и Si, реакций протонирования поверхностных гидроксильных групп каолинита, реакции депротонирования ОН-групп на поверхности частиц гидроксидов Fe, каолинитовых кристаллитов и иллитовых кристаллитов.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
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 Fe, отсутствие однозначно диагностируемых почвенных хлоритов и повышенное содержание несиликатных соединений Fe и Al.
-
В исследованных почвах выявлены достоверные прямые зависимости между буферностью к кислоте и содержанием обменных оснований и между буферностью к кислоте и содержанием Сорг., что не свойственно подзолистым и болотно-подзолистым почвам.
-
При взаимодействии с кислотой в минеральных горизонтах основное количество протонов 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 в буферность к кислоте принадлежит соединениям Mn. Аллювиальные дерново-глеевые почвы, по сравнению с другими почвами подзолистой зоны, характеризуются максимальным вкладом реакций вытеснения обменных оснований протоном в формирование буферности к кислоте.
-
При взаимодействии с основанием из буферных реакций, вклад которых удалось количественно оценить, наибольшую роль играют: реакция депротонирования ОН-групп на поверхности гидроксидов Fe, реакция депротонирования ОН-групп на поверхности иллитовых кристаллитов и реакция растворения алюмосиликатов.
-
В исследованных почвах несиликатные соединения Fe и Al являются существенным фактором, контролирующим величину буферности, как к кислоте, так и к основанию.
Практическая значимость 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 4 публикации в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов 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 А.В. 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 (Ишковой), И.П. Макарычеву и А.А. Изосимову за поддержку и помощь в работе.
