Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Влияние природных и антропогенных факторов на содержание и трансформацию тм в почвах
1.1 .Химические свойства и функции ТМ в почвах - 6
1.2.Масштабы и характер потоков ТМ в биосфере - 8
1.3. Роль компонентов почвы в иммобилизация ТМ - 19
1.4. Факторы, определяющие подвижность ТМ в почвах и их доступность растениям
1.5. Процессы трансформации ТМ в почвах
Объекты и методы исследований - 43
Глава 2. Характеристика объектов и методы исследований
2.1. Общая характеристика объектов исследований - 43
2.2. Характеристика исследованных почв - 47
2.3. Методика отбора образцов - 52
2.4. Аналитические методы - 54
2.5. Методы статистического анализа - 55
Результаты исследований и их обсуждение - 56
Глава 3. Общее содержание и содержание подвижных - форм тм в серых лесных и аллювиальных почвах с различным уровнем окультуривания
3.1. Общее содержание ТМ в серых лесных почвах севера Среднерусской возвышенности с различной антропогенной нагрузкой
3.1.1. Распределение ТМ по профилю серых лесных почв - 56
3.1.2. Общее содержание ТМ в верхних горизонтах серых лесных почв - 58
3.1.3. Содержание подвижных форм ТМ в верхнем горизонте серых лесных почв
3.2.Содержание и распределение ТМ в аллювиальных почвах севера Среднерусской возвышенности
3.2.1. Общее содережание и распределение ТМ в аллювиальных почвах - 67
3.2.2. Содержание и распределение подвижных форм ТМ в аллювиальных почвах - - 71
3.2.3. Распределение ТМ по геоморфологическому профилю поймы р Оки . - 74
Глава 4. Влияние природных и антропогенных факторов на фракционный состав ТМ в серых лесных и аллювиальных почвах - 77
4.1. Характеристика физико-химических свойств изученных образцов -серых лесных почв 79
4.2. Фракционный состав ТМ в серых лесных почвах под климаксовым - сообществом 80
4.3. Фракционный состав ТМ в почвах агроэкосистем с различной антропогенной нагрузкой 82
Глава 5. Изучение иммобилизации цинка в почве и его - транслокации в растения при различных нагрузках цинком в модельном эксперименте 98
5.1. Методика проведения модельного эксперимента - 98
5.2.Фракционный состав ТМ в почве после месячной инкубации с нитратом цинка
5.3.Фракционный состав цинка в почве после трёхмесячной инкубации с нитратом цинка
5.4.Влияние изменения физико-химических свойств почвы в результате внесения песка на фракционный состав цинка
5.5.Влияние кислотных выпадений на формы нахождения и функции ТМ в почве
5.6.Поведение и функции цинка в системе «металл - почва - растения» - 117
Выводы - 126
Литература
- Роль компонентов почвы в иммобилизация ТМ
- Характеристика исследованных почв
- Распределение ТМ по профилю серых лесных почв
- Фракционный состав ТМ в серых лесных почвах под климаксовым - сообществом
Введение к работе
Актуальность темы
Поведение и функции тяжёлых металлов (ТМ) в почвах определяются не только их концентрацией, но и формами нахождения элементов. В свою очередь локализация ТМ в тех или иных формах зависит от ряда факторов: количества и состава соединений, унаследованных от материнской породы и поступающих из антропогенных источников, взаимодействия с компонентами почв и почвенных растворов при вторичном перераспределении. Характер этих взаимодействий связан как со свойствами ионов металлов, так и с составом и свойствами почв.
Механизмы процессов трансформации ТМ в почвах весьма сложны и разнообразны (Добровольский В.В., 1983, Пинский Д.Л., 1988, 1987, Spozito G., 1989). К тому же многие из этих механизмов в почвах реализуются одновременно.
Для изучения форм нахождения ТМ в почвдх-И-оценки-участия различ-, ных компонентов почвы в их связывании в последние годы широко используют методы последовательных селективных экстракций (Tessier A., et al., 1979, Zeien Н., Brummer G.W. 1991, Ure A.M. et al. 1993 и др.). Разумеется, эти методики достаточно условны и не позволяют получить истинную картину распределения ТМ в почвах по формам нахождения, поскольку они обладают рядом принципиальных недостатков. В частности, в них не предусмотрена исчерпывающая экстракция определяемых форм ТМ и фактически приходится иметь дело с некоторыми равновесными концентрациями элемента; каждая последующая экстракция все больше отдаляет почвенную систему от первоначального состояния и, следовательно, от того распределения ТМ «по формам», которое имело место до начала экспериментов. В оригинальных методиках для обозначения идентифицируемых форм авторы "часто используют термин «фракции», который мы также будем употреблять в работе.
Применительно к методу последовательньрс _сдективных экстракций, исходя из общих соображений, можно считать справедливыми следующие утверждения:
- чем устойчивее «форма нахождения» ТМ в почве, тем меньше она подвергается изменениям в процессе последовательных селективных экстракций;
- сравнение фракционного состава ТМ в почвах, выполненного с использованием одной методики в строго контролируемых условиях, в целом дает правильные представления об относительной устойчивости различных форм ТМ в почве и представляет значительный интерес для сравнительного изучения роли отдельных компонентов почвы в связывании металлов.
Цель исследований
Целью настоящей работы является изучение форм нахождения ТМ в серых лесных и аллювиальных почвах различного использования, расположенных в северной части Среднерусской возвышенности. Задачи исследований:
1. Провести изучение общего содержания и содержания подвижных форм тяжёлых металлов в серых лесных и аллювиальных почвах Среднерусской возвышенности с различной степенью окультуривания.
2. Оценить формы нахождения ТМ в серых лесных и аллювиальных почвах методом последовательных селективных экстракций и выявить роль почвенных компонентов в иммобилизации тяжёлых металлов.
3. Изучить особенности трансформации водорастворимых соединений цинка в серой лесной пахотной почве при различных нагрузках металлом в модельном эксперименте. ,
4. Рассмотреть влияние ёмкости поглощения и кислотных осадков на трансформацию водорастворимых соединений цинка и его поглощение растениями в модельных экспериментах.
Научная новизна:
В работе впервые осуществлено сравнительное изучение форм нахождения ТМ в почвах с применением метода последовательных селективных экстракций для серых лесных и аллювиальных no4BjCgeflHepyccKOH возвышенности с различным уровнем окультуривания, а также в модельных экспериментах. Анализ полученных данных позволил связать формы нахождения ТМ с особенностями генезиса почв, оценить влияние антропогенных факторов на процессы трансформации металлов. Теоретическая и практическая ценность работы
Выявлена специфика форм нахождения ТМ в типичных серых лесных, аллювиальных дерновых насыщенных и аллювиальных луговых насыщенных почвах. Показано, что в пахотных серых лесных почвах по сравнению с почвами, функционирующими в естественных условиях, уменьшается содержание подвижных форм большинства ТМ. Независимо от характера использования основными компонентами, аккумулирующими марганец и свинец в серых лесных почвах, являются гидроксиды Fe и Мп, в""меньшей Степени металлы накапливаются в первичных и глинистых минералах остаточной фракции. Наибольшее количество цинка находится в составе первичных и глинистых минералов остаточной фракции. Изменение ёмкости поглощения почвы в результате разбавления её кварцевым песком и регулярные кислотные выпадения препятствуют иммобилизацию цинка и способствуют транслокации металла в растения.
Работа показывает возможность применения метода последовательных селективных экстракций для изучения форм нахождения и трансформации ТМ в почвах, позволяет оценить тенденции антропогенного изменения микроэлементного состава почв, обладающих различными физико-химическими свойствами. Апробация работы
Результаты исследований по теме диссертации были доложены на Международном симпозиуме "Тяжёлые металлы в окружающей среде" (Пущино, 1996 г), Международных конференциях "Проблемы антропогенного почвообразования" (Москва, 1997, 1998 гг.), Международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы экологии на рубеже третьего тысячелетия и пути их решения" (Брянск, 1999 г.), 5-й Научно-практической конференции "Агроэкологическое обоснование теории и технологий использования разных видов удобрений и химических мелиорантов в земледелии" (Москва, 1997 г), Второй Российской школе "Геохимическая экология и биогеохимическое районирование биосферы" (Москва, 1999 г) и др. По сделанным сообщениям опубликованы тезисы докладов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ. Структура работы: Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов и списка цитируемой литературы. Материал изложен на 142 страницах машинописного текста, содержит 30 таблиц, 14 рисунков. Список литературы включает 199 работ, в том числе 40 зарубежных авторов.
Роль компонентов почвы в иммобилизация ТМ
При всём многообразии происходящих в почве процессов трансформации ТМ они могут быть разделены на две группы взаимосвязанных процессов:
1. Процессы концентрации, приводящие к уменьшению подвижности, закреплению и накоплению элементов в почвах в умеренно-подвижных и малоподвижных формах.
2. Процессы рассеяния, способствующие увеличению степени подвижности ТМ и переходу их из малоподвижных в умеренно подвижные соединения и почвенный раствор (Глазовская М.А., 1997).
Иммобилизация элементов осуществляется твёрдой и живой фазами почвы. К основным процессам поглощения металлов почвой относят (McBride М.В., 1981) -адсорбцию компонентами твёрдой фазы почв, -образование труднорастворимых соединений металлов, -окклюзию оксидами алюминия, кремния, марганца, железа и карбонатами, -аккумуляцию живыми организмами почв.
Роль того или иного механизма определяется целым рядом факторов: видом и концентрацией металла в почве, Eh, рН, содержанием органического вещества, минералогическим и механическим составом почв, активностью микроорганизмов.
Через жидкую фазу почвы осуществляется взаимодействие фаз между собой. Газообразная фаза не оказывает прямого действия на перераспределение ТМ в почве (за исключением ртути), но она влияет на химическое состояние ионов (Пинский Д. Л., 1988). 1.3.1. Иммобилизация ТМ компонентами твёрдой фазы почв.
Минеральная часть твёрдой фазы почв очень разнородна и слагается как обломками минералов исходных горных пород, так и различными гипергенными новообразованиями вторичных минералов силикатной (глинистые минералы) и несиликатной (оксиды и гидроксиды металлов, соли) природы. Обломки первичных минералов наследуют формы нахождения ТМ в кристаллическом веществе земной коры: микроминералогические (в составе акцессорных минералов, микроскопические выделения в результате распада твёрдых растворов, включения остаточных растворов) и неминералогические (сорбированные поверхностью дефектов реальных кристаллов, входящие в структуру минерала-носителя по законам изоморфизма, находящиеся в структуре минерала-носителя в неупорядоченном состоянии) (Добровольский В.В., 1983). Изоморфное замещение определяется способностью разных типов атомов располагаться в одних и тех же положениях кристаллической структуры и имеет место в тех случаях, когда ионно-атомные радиусы пар замещающихся элементов различаются не более чем на 15 % (Мотузова Г.В., 1999 Б). Замещение Fe, Мп, Со происходит преимущественно в октаэдрах силикатов, a Zn, Cu, Mo проявляют связь с железомагнезиальными минералами (Шоу Д.М., 1969). Акцессорные минералы имеют более высокие концентрации микроэлементов, но доля этих минералов (апатит, циркон, ильменит, рутил т др.) в породах обычно невелика. Собственные минералы микроэлементов присутствуют, как правило, в скудных количествах (Мотузова Г.В., 1999 Б).
Первичные минералы исходных пород - основной источник всех микроэлементов почвы. Обломочные минералы различаются концентрацией рассеянных ТМ. Так, в полевых шпатах имеет место относительно повышенная концентрация свинца, в слюдах - титана и циркония, в роговой обманке -цинка и меди (Добровольский В.В., 1999). Адсорбция ТМ компонентами твёрдой фазы почв.
При разрушении и измельчении минералы теряют содержащиеся в них металлы. В тоже время, происходит значительное увеличение удельной поверхности минеральной массы, сопровождающееся ростом поверхностной энергии, что ведёт к значительной адсорбции ТМ. ТМ не только адсорбируются высокодисперсными частицами, но также способны входить в межпакетные пространство вторичных минералов (Добровольский В.В., 1983). Нередко количество катионов ТМ, удерживаемых глинистыми минералами, превышает ёмкость поглощения, определённую по кальцию, барию или натрию (Химия ТМ..., 1975).
Способность к сорбции у вторичных минералов различна. Сорбци-онная ёмкость глинистых минералов определяется их структурой и дисперсностью. У трёхслойных минералов с расширяющейся кристаллической решёткой она выше чем у двуслойных. Ёмкость наиболее высока у бентонита и ас-кангеля, значительно ниже у гидромусковита и гидробиотита и наиболее низр у каолинита. Эксперименты по сорбции ТМ на различных глинистых минералах показали, что она убывает в ряду: аллофаноиды монтмориллонит смектит вермикулит каолинит
Характеристика исследованных почв
Почвообразующие породы серых лесных почв представлены преимущественно покровными и лессовидными суглинками. Их мощность колеблется от 2-3 м на водоразделах до 10-12 м по склонам речных долин и балок. Они жёлто-бурого цвета, нередко содержат карбонаты (с глубины около 2 м). В механическом составе преобладают фракции крупной пыли (40-55 %), ила (25-35 %), средней и лёгкой пыли. На недостаточно дренированных территориях в них имеются признаки оглеения и железисто-марганцовистые конкреции (Ахтырцев Б.П., 1979).
Лёссовидные отложения испытали более или менее протяжённый перенос и многократное переотложение. Поэтому как правило они имеют сильно усреднённый состав, характеризующий не данную точку, а район или даже провинцию (Добровольский В.В.,1983, Протасова Н.А. и др., 1992). Средние концентрации микроэлементов в покровных и лёссовидных суглинках Среднерусской возвышенности представлен в Таблице 5.
По мнению некоторых исследователей полоса Среднерусской возвышенности к северу от линии Волхов - Мценск - Новомосковск в прошлом была сплошь покрыта широколиственными лесами, в составе которых преобладали дуб черешчатый и липа мелколистная. В состав бореальной дендрофлоры также входили берёза бородавчатая и пушистая, клён остролистный, ясень обыкновенный, осина, встречалась ель. Жучкова В.К. и Шульгин A.M. (1968) относят эту территорию к Приокской провинции лесной зоны. Л.С. Берг (1952) и Ф.Н. Мильков (1977) - к подзоне северной лесостепи.
Растительность фонового участка представлена липово-дубово-ясеневым лесом с участием клёна, единично - вяза, с подлеском из бересклета бородавчатого, лещины, крушины ломкой. Травянистый ярус развит неравномерно, проективное покрытие 15-30 %. В видовом составе доминируют осока волосистая, зеленчук жёлтый, щитовник мужской.
Основными культурами агроэкосистем изученных территорий являются пшеница, рожь, сахарная свёкла, подсолнечник, кукуруза, зернобобовые. Производные леса, в основном, занимают склоны и верховья оврагов.
Правобережная пойма среднего течения р. Оки в районе Пущино в конце 50-х годов была спланирована, выровнена и распахана. Естественная луговая растительность была заменена сельскохозяйственными культурами, в основном овощными.
Исследованные почвы входят в Среднерусскую провинцию Лиственно-лесной зоны серых лесных почв Центральной таёжно-лесной области Бореального поч-венно-биоклиматического пояса.
В профиле естественных серых лесных почв различают следующие горизонты: АО-лесная подстилка А1 (мощность 16-20 см)- гумусово - элювиальный (серый с коричневатым оттенком и непрочной комковато - ореховатой структурой. На струк турных отдельностях - седоватая присыпка Si02. Слабо уплотнён, суглинистый, тонкопористый, верхняя часть густо пронизана корнями. А1А2 (17-25 см) - переходный гумусово-элювиальный. Седовато-серый с буроватым оттенком и густой белёсой присыпкой. Структура непрочная, плитчато-ореховатая, ореховатая. Суглинистый, тонкопористый, уплотнён, корней мало. 81 (20-26 см) - переходный к иллювиально-оглиненному. Темно - бурый с ко ричневатым оттенком, крупноореховатый, структурные отдельности острогранные, покрыты белесой присыпкой. Тяжело- или лёгкосуг-линистый, плотный, тонкотрещиноватый, затёки гумуса по ходам корней и трещинам, иногда - мелкие железисто-марганцовистые зёрна. 82 (50-90 см) - иллювиально-оглиненный. Бурый или желтовато-бурый с ко ричневатым, реже красноватым оттенком, комковато-призматический, трещиноватый, по трещинам - гумусовые затёки. Тяжело- или легкосуглинистый, плотный, на гранях структурных от-дельностей при пересыхании - налёт белесой присыпки, иногда сизоватые и осветлённые пятна оглеения.
ВС (50-80 см)- переходный к материнской породе - жёлто-бурый, с тонкими гумусовыми затёками и осветлёнными пятнами оглеения около корней. Тяжело- или легкосуглинистый, комковато-призматический, тонкопористый.
С - жёлто-бурый или палевый тяжёлый суглинок, нередко карбонатный. Иногда встречаются неокатанные кусочки железной руды, оранжевые пятна, следы оглеения. С глубины 175-200 см (Ахтырцев Б.П.,1979).
Окские пойменные почвы сформировались на карбонатных аллювиальных отложениях. В них глубже 45 см лежит слоистый аллювий. Слои выделяются по степени оглеенности, цвету, гранулометрическому составу и мощности. Количество слоев до глубины 200 см может достигать 60-70, мощностью от нескольких мм до 5-6 см, преимущественно 2-3 см. Морфология аллювиальных почв.
Морфологический профиль пойменных дерновых пахотных почв Оки, характерных для центральной поймы, как правило, выражен нечётко. Выделяется пахотный горизонт и уплотнённая «подплужная подошва» (Золотарёва Б.Н. и др., 1986):
Апах (0-30 см) - тёмно-серый, свежий, легкосуглинистый, рыхлый, порошисто-комковато-зернистый, с полуразложившимися остатками сельскохозяйственных растений, мелких корешков мало, вскипает слабо от 10 % НС1, переход по плотности и структуре ясный, граница ровная. 30-42 см - подплужная подошва, тёмно-серый, влажноватый, легкосуглинистый, плотный, пластинчато-плитчато-комковатый, корней мало, слабо вскипает от 10 % НС1 , переход по цвету, плотности, сложению ясный. 42-64 см - общий фон тёмно-серый, чуть светлее вышележащего слоя; слои и прослойки мощностью 1-1.5 см белесого цвета песчаного состава и интенсивного тёмно-серого более тяжёлого гранулометрического состава, влажный, преимущественно супесчаный, слабо уплотнён, комковатый, пористый, редкие корни, ходы корней и червей, слабо вскипает от 10 % НС1, переход резкий, граница ровная. 64-69 см - чистый жёлтовато-палевый кварцевый песок, практически без примесей и включений, мелкий, транзитом редкие корни, на задней стенке разреза не такой чистый и местами прерывается другим материалом, не вскипает от 10 % НС1, переход резкий по всем параметрам. 69-110 см - неоднородный по цвету и гранулометрическому составу: светло-жёлтые, палевые, белесые слои песчаного и супесчаного состава чередуются с серыми и тёмно-серыми слоями легко- и среднесуглини-стого состава, влажный, слабокомковатый, слабо уплотнён, редкие корни, слабо вскипает от 10 % НС1.
Распределение ТМ по профилю серых лесных почв
Показателями антропогенного изменения микроэлементного состава почв наряду с повышением содержания некоторых элементов является изменение концентрационного ряда металлов. Общая концентрация ТМ в фоновых (под лесом) и пахотных серых лесных почвах убывает в соответствии с последовательностью : Fe Mn Zn Ni Pb Cd
В тоже время в интенсивно используемых почвах огородов наблюдается увеличение общего содержания свинца, что может быть обусловлено применением в качестве мелиорантов или удобрений бытовых и промышленных отходов. При этом концентрационный ряд ТМ приобретает вид: Fe Mn Zn Pb Ni Cd
В пахотных почвах по сравнению с почвами под климаксовым сообществом происходит увеличение общего содержания железа, что возможно обусловлено складывающейся в них более окислительной обстановкой по сравнению с естественными аналогами (Weber J. и др., 1999) и присутствием в серых лесных почвах наряду с процессом элювиально-иллювиальной дифференциации гумусовой аккумуляции. Причём гумусообразование в серых лесных почвах складывается по более южному «степному» типу Караваева Н.А., Жариков С.Н., 1998). На образование труднорастворимых соединений Fe3+ в окислительной обстановке указывает А.И. Перельман (1975).
В серых лесных пахотных почвах уменьшается общее количество марганца по сравнению с почвами под лесом. На значительную аккумуляцию марганца под лесной растительностью указывают Виноградов А.П. (1957), Маданов М.В. (1953), Перельман А.И. (1975). В ландшафтах марганец является подвижным мигрантом (Перельман А.И.,1975). Его аккумуляция в почвах под лесом обусловлена активным участием в биологическом круговороте.
В целом, в пахотных почвах по сравнению с их природными аналогами наблюдается тенденция увеличения общего содержания цинка. Башкин В.Н. и Моцик А. (1991) указывают, что подобное увеличение характерно только для трансэлювиальных аккумулятивных ландшафтов; в элювиальных ландшафтах общее количество цинка по сравнению с лесными почвами уменьшается. Это объясняется латеральной миграцией элемента. Перельман А.И. (1975) относит цинк к легко выносимым элементам. Однако, как установлено Золотарёвой Б.Щ1994), коэффициент местной миграции цинка (отношение концентрации элемента в подчинённом ландшафте к элювиальному) в серых лесных почвах и выщелоченных чернозёмах зоны широколиственных лесов для трансэлювиального ландшафта меньше 1. Только в выщелоченных чернозёмах лесостепной зоны он становится равен 1,1-1,4 и достигает своего максимума на склонах южной экспозиции.
Общее содержание свинца в серых лесных пахотных почвах по сравнению с фоновыми под лесом остаётся практически без изменений, со слабой тенденцией к незначительному обеднению пахотных почв. Более выражена эта тенденция в отношении кадмия. Но, как отмечают Башкин В.Н. и Моцик А. (1991), а также Ковда В.А. и Учватов В.П. (1988), обеднение пахотного горизонта кадмием характерно, прежде всего, для элювиальных ландшафтов. Обогащение кадмием трансэлювиальных ландшафтов по сравнению с элювиальными для зоны широколиственных лесов характерно только для ландшафтов с южной экспозицией (Золотарёва Б.Н., 1994).
Изменение общего содержания никеля в пахотных серых лесных почвах не носит чётко выраженного характера.
Наши результаты в целом согласуются с данными В.П. Учватова (1994) о том, что для агроэкосистем Южного Подмосковья, где выращиваются зерновые и отсутствует технологичесая эрозия, баланс никеля и цинка - положительный, марганца - отрицательный, свинца -приблизительно нулевой, либо в отдельные годы - положительный. Таким образом, использование почв в традиционном сельском хозяй стве не меняет концентрационные отношения между элементами. Наши иссле дования согласуются с данными о том, что окультуривание светло-серых и се рых лесных почв сопровождается изменением валового содержания некоторых химических элементов лишь на стадии высокоокультуренных почв (Полякова Н.В., 1986).
Содержание подвижных форм ТМ в верхнем горизонте серых лесных почв Полученные нами данные о содержании подвижных форм ТМ в верхнем горизонте фоновых почв под лесом и сельскохозяйственных серых лесных почв приведены в Таблице 13.
Для пахотных почв характерно меньшее содержание по сравнению с почвами под лесом подвижных форм железа, марганца, кадмия и никеля большее - подвижного цинка и практически неизменное - подвижного свинца. Причинами, обуславливающими уменьшение содержания подвижных форм ТМ в пахотных почвах, могут являться превышение выноса металлов с ионным и твёрдым стоком, а также урожаем растений над поступлением, и, возможно, их иммобилизация в складывающейся новой геохимической обстановке агроэкосистем.
Увеличение содержания цинка в сельскохозяйственных почвах за счёт агрогенных источников (органические удобрения, средства защиты растений, мелиоранты) ведёт к увеличению содержания обменных форм элемента, поскольку цинк обладает слабой склонностью к комплексообразованию и накапливается в почвах в значительных количествах в обменной и специфически адсорбированной форме (Пампура Т.В., 1996).
Фракционный состав ТМ в серых лесных почвах под климаксовым - сообществом
В пахотных почвах наблюдаются сходные ряды концентрации марганца в различных фракциях. В пахотных почвах по сравнению с фоновыми под лесом уменьшается концентрация элемента во всех фракциях, кроме остаточной. Однако относительное содержание марганца в большинстве пахотных почв уменьшается только в мобильных фракциях элемента (обменной и экстрагируемой ацетатом натрия). В пахотных почвах во фракции, связанной с органическим веществом, количество марганца одинаково, несмотря на их различия в содержании гумуса. Однако процентное содержание металла может как превышать содержание в фоновых почвах, так и оставаться неизменным, но в большинстве образцов доля органического вещества -«-«ммобияизеции марганца возрастает. В интенсивно используемых почвах огородов концентрационный ряд по сравнению с пахотными почвами изменяется за счёт увеличения доли фракции, экстрагируемой ацетатом натрия и фракции, связанной с органическим веществом. Содержание марганца в обменной фракции.
Содержание обменной фракции марганца во всех исследованных почвах не превышает 1 % (0,3-0,7 %) от его общего количества и изменяется от 2,4 до 8,8 мг/кг. Максимальная концентрация в ней элемента характерна для фоновых почв под лесом. Высокое содержание обменного Мп в верхних горизонтах почв под лесом отмечает Laskowsky R. И др. (1995). Содержание марганца во фракции, экстрагируемой ацетатом натрия.
В почвах под лесом по объёмам иммобилизации марганца фракция, экстрагируемая ацетатом натрия, занимает второе место. Это может быть обусловлено количеством и разнообразием органического вещества в верхнем горизонте почв под дубравой, которое в значительных количествах специфически сорбирует марганец. В пахотных почвах происходит уменьшение абсолютного и относительного содержания элемента во второй фракции по сравнению с лесными почвами, что может быть обусловлено рядом причин, среди которых следует особо отметить меньшее участие элемента в круговороте травянистых сообществ, безвозвратное отчуждение марганца с урожаем и латеральной миграцией, изменение качественного состава органического вещества в сторону гуматности (Алифанов В.М., 1995, Караваева Н.А., Жариков С.Н., 1998). Содержание марганца во фракции, экстрагируемой ацетатом натрия, находится в прямой зависимости от количества гумуса в почве. В интенсивно используемых огородных почвах наблюдается максимальная среди сельскохозяйственых почв концентрация металла. Это может быть обусловлено увеличением содержания в них гумуса до 5,5 % и ростом вследствие"этого"спецйфической сорб-ции элемента, а также включением карбонатов и фосфатов в его иммобилизацию при нейтральной рН.
Содержание марганца, связанного с гидроксидами железа и в форме собственных гидроксидов.
Окисные и гидроокисные формы марганца являются наиболее распространёнными в почве. Они представлены пиролюзитом МпСЬ, манганитом МпООН и гаусманитом МП3О4. Существует ряд оксидов марганца, образо-ванных замещением О"" на ОН". Кроме того оксиды марганца могут существовать в виде плёнок на поверхности других минералов. Некоторые почвы содержат железомарганцевые конкреции от ОД до 15 мм в диаметре с концентрацией железа и марганца 5-17 % и 0,5-8 % соответственно (Барбер С.А., 1988). Согласно Arrhenius G. (1965) молекулярная структура марганцевых конкреций представлена плотно переплетёнными кристаллами различных минералов, включая гетит и окисные минералы.
Характер использования почв не меняет доли гидроксидов железа и марганца в иммобилизации элемента. При интенсивном сельскохозяйственном использовании почв огородов некоторое уменьшение марганца в этой фракции обусловлено ростом участия органического вещества в его иммобилизации. Во всех исследованных почвах в третьей фракции находится основное количество марганца (65-88 %). Интересно, что на участках, расположенных в непосредственной близости друг от друга (Присады и ОПС ИФХиБПП РАН) концентрация марганца в третьей фракции различается в 2,5 раза (972 и 396 мг/кг соответственно). Среди основных отличий этих участков следует отметить разницу в величине рН (5,9 и 4,5) и содержании илистой фракции (13,44% и 20,28 % со ответственно). На обратную корреляционную связь между содержанием марганца и илистых частиц в серых лесных пахотных почвах указывают Протасова Н.А. и др. (г = - 0,65+0,17) (1992). Аналогичные данные для почв ЦЧО приводят Адерихин П.Г. и Копаева М.Т. (1979), а также Дьери Д. и Зырин Н.Г. (1965). Содержание марганца во фракции, связанной с органическим веществом.
По объёмам содержания марганца в серых лесных почвах с различным режимом использования органическое вещество занимает четвёртое место (4,6-12,5 %). Пейве Я.В. (1967) отмечает, что в почвенном гумусе марганец находится в виде металлоорганических и комплексных соединений, причём хела-тами марганец связывается очень слабо. Руденская К.В. (1962) показала, что элемент не может образовывать с органическим веществом почвы прочных комплексов. На слабую аккумуляцию в гумусе марганца указывал Маданов П.В. (1953).
Концентрация металла во фракции, связанной с органическим веществом в пахотных почвах изменяется незначительно (49-55,5 мг/кг), несмотря на различие в содержании валового марганца, и находится ниже уровня содержания элемента в этой фракции в фоновых лесных почвах (70 мг/кг). Однако, как уже отмечалось, доля органического вещества в иммобилизации металла в сельскохозяйственных почвах, по-видимому, в целом увеличивается и изменяется от 4,6 до 12,5 % (по сравнению с 5,1 % в фоновых почвах). В огородных почвах количество марганца, связанного с гумусом, превышает фоновые значения (100,8 мг/кг) и достигает 12,5 % от суммарного, хотя его общая концентрация соизмерима с концентрациями в некоторых пахотных почвах. Содержание марганца в остаточной фракции.
