Введение к работе
Актуальность темы. Процессы наследования, образования, накопления, трансформации оксидов и гидроксидов железа и марганца или оксидогенез (Глазовская, 1988; Водяницкий, 1992; Алексеев, 2010) в почвах пойм Среднего Предуралья исследованы только фрагментарно (Попов, 1967; Морозов, 1987; Паутов, 1991а и др.). Анализ состояния (гидр)оксидов железа и марганца в почвах на разных сегментах пойм позволит уточнить генезис аллювиальных почв южной тайги Среднего Предуралья и совершенствовать методы их диагностики.
(Гидр)оксиды железа, наряду с органическим веществом и глинистыми минералами, играют большую роль в адсорбции тяжелых металлов в почве (Переломов, 2001; Пляскина, 2005; Минкина, 2008 и др.). Химический состав аллювиальных почв Среднего Предуралья изучен не в полной мере. Не установлено участие почв пойм агроландшафтов и железомарганцевых новообразований в концентрировании тяжелых металлов, хотя проблема металлополлютантов в почвах региона весьма актуальна (Ковриго, 2004; Ерёмченко, 2005; Власов, 2008 и др.).
Цель исследований – выявить условия и закономерности оксидогенеза, особенности содержания и профильного распределения тяжелых металлов в аллювиальных почвах южной тайги Среднего Предуралья на примере пойм рек Камы, Обвы и Верхней Мулянки.
Задачи исследований:
-
Оценить окислительно-восстановительные условия оксидогенеза на генетически разных сегментах поймы по результатам изучения морфологических свойств почв и их режимов влажности, температуры, рН, Eh, rH.
-
Изучить валовой химический состав, гранулометрический состав, основные физические и физико-химические свойства почв, влияющие на условия оксидогенеза и закрепление тяжелых металлов.
-
Определить в почвах фазовый состав оксидов и гидроксидов железа и марганца.
-
Охарактеризовать степень развития оксидогенеза по результатам изучения магнитной восприимчивости и форм соединений железа и марганца, извлекаемых химическими вытяжками из почв и конкреций.
-
Определить количественные характеристики цвета почв и выявить влияние оксидогенеза железа на оптические показатели.
-
Определить и оценить валовое содержание, концентрацию подвижных форм тяжелых металлов в почвах и конкрециях, и охарактеризовать их связь с оксидогенезом.
Научная новизна. Впервые, на основании многолетних комплексных исследований, установлены закономерности сезонной динамики влажности, температуры, реакции среды, окислительно-восстановительного потенциала, редокс-потенциала rH и охарактеризованы окислительно-восстановительные условия почвообразования в основных типах аллювиальных почв южной тайги Среднего Предуралья. Выявлено, что оксидогенез в почвах пойм проявляется в форме образования гетита, марганецсодержащего фероксигита, фероксигита и ферригидрита. Гематит в аллювиальных почвах имеет не только литогенное, но и педогенное происхождение. Предложен новый диагностический критерий оксидогенеза – интенсивность конкреционного оксидогенеза (I), который учитывает отношение содержания форм несиликатного железа и марганца в конкрециях и в мелкоземе почвы. Впервые, для количественной характеристики цвета почв пойм, была опробована современная оптическая система CIE-L*a*b*. Разработана новая методика диагностики степени гидроморфизма аллювиальных почв, основанная на изменении оптических показателей в системе CIE-L*a*b* при обработке почвы перекисью водорода. Оценено валовое содержание тяжелых металлов и их подвижных форм в почвах пойм на территориях Пермского края с разной экологической ситуацией. Для определения природно-техногенного загрязнения тяжелыми металлами аллювиальных почв предложена модифицированная формула Саета.
Практическая и теоретическая значимость. Уточнен генезис аллювиальных почв южной тайги Среднего Предуралья. Предложены новые оптические критерии оценки их гидроморфизма. Выявленные закономерности внутрипрофильного и пространственного распределения тяжелых металлов в почвах пойм дополняют оценку экологической ситуации на территории южной тайги Среднего Предуралья. Полученные данные могут быть использованы для практического применения почвенно-агрохимическими, мелиоративными и природоохранными службами региона. Результаты исследований внедрены в учебный процесс кафедры почвоведения ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА по дисциплинам «Почвоведение» и «Картография почв» для студентов направления 110100 «Агрохимия и агропочвоведение».
Защищаемые положения. 1) Оксидогенез железа и марганца – современный почвообразовательный процесс в аллювиальных почвах южной тайги Среднего Предуралья. Степень и формы развития оксидогенеза зависят от окислительно-восстановительных условий почвообразования. 2) Тяжелые металлы (Ni, Cd, Mn, Cu, Zn) и As – природно-техногенные поллютанты аллювиальных почв. 3) Fe-Mn-ортштейны и Fe-роренштейны – локальные внутрипочвенные центры оксидогенеза и концентрации тяжелых металлов.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на Международной научной конференции «Современные проблемы загрязнения почв» (2004, Москва), LXVII и LXIX Всероссийских научно-практических конференциях молодых ученых и аспирантов (2007, 2009, Пермь), расширенном заседании отдела химии и физико-химии почв Почвенного института им. В.В. Докучаева (июнь, 2009, Москва).
Публикация результатов. По результатам диссертационных исследований опубликовано 7 печатных работ, в том числе 3 из них в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.
Личный вклад автора. Соискатель непосредственно участвовал в разработке программы и выборе объектов исследований, в закладке и морфологическом описании почвенных разрезов, отборе образцов, их пробоподготовке и химико-аналитических работах. Автором проведены полевые режимные наблюдения, определены оптические, физико-химические и физические свойства почв, выполнены статистическая обработка и интерпретация результатов. Экспериментальные исследования осуществлены в 2002-2007 гг. в соответствии с программой научно-исследовательских работ ФГОУ ВПО Пермская ГСХА на 2001-2005 и 2006-2010 гг. Тема 9.
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы из 303 источников, в т.ч. 34 на иностранных языках, 12 приложений. Работа изложена на 194 страницах машинописного текста, содержит 22 таблицы и 24 рисунка.
