Введение к работе
Актуальность темы Кислотно-основная буферность почв является их важнейшим фундаментальным свойством, которое в значительной степени формируется в процессе почвообразования. Изучение и количественная характеристика этого свойства необходимы для понимания и прогноза поведения в почвах большинства элементов питания и загрязняющих соединений. В современной литературе освещена буферная роль в отношении кислотных компонентов органического вещества, глинистого материала в целом и состава обменных катионов (Э.А.Гришина, М.И.Макаров, Г.Н.Копцик, В.В.Никонов, Н.В.Лукина, B.Ulrich, U.Schwertmann, C.T.Driscoll, E.Matzner, Van Breemen, и др.). Менее исследованным остается вопрос о роли несиликатных соединений Fe и Al и отдельных групп глинистых минералов в формировании кислотно-основной буферности почв и выделенных из них гранулометрических фракций. Сказанное определяет актуальность темы.
Цель работы – оценить роль несиликатных соединений Fe и Al и отдельных глинистых минералов в формировании кислотно-основной буферности подзолистых, болотно-подзолистых и перегнойно-глеевых почв и выделенных из них гранулометрических фракций.
Задачи работы
1) Дать общую химическую характеристику исследованных почв и характеристику минералогического состава фракций ила и тонкой пыли, выделенных из минеральных горизонтов. 2) Охарактеризовать профильное распределение оксалатно-растворимых соединений Fe и Al в подзолистых, болотно-подзолистых и перегнойно-глеевых почвах и в отдельных гранулометрических фракциях из минеральных горизонтов. 3) По кривым титрования водных суспензий исследованных почв и выделенных из них фракций до и после обработки по Тамму и по Мера и Джексону оценить буферность к кислотам и основаниям исследованных почв и фракций и ее изменение в результате обработок. 4) Оценить роль отдельных гранулометрических фракций в формировании буферности минеральных горизонтов почв к кислотам и основаниям. 5) Дать количественную оценку вклада оксалатно-растворимых соединений Fe в формирование буферности к основанию тонкодисперсных фракций почв. 6) Дать количественную оценку вклада реакций протонирования-депротонирования поверхностных функциональных групп каолинита и иллита в формирование буферности к кислоте и к основанию тонкодисперсных фракций.
Научная новизна. Для основных горизонтов палево-подзолистой, торфянисто-подзолисто-глееватой и перегнойно-глеевой почв и выделенных из них гранулометрических фракций выявлено изменение показателей кислотно-основной буферности под влиянием обработок по Тамму и по Мера и Джексону. Впервые дана количественная оценка вклада в кислотно-основную буферность реакций диссоциации Al- и Fe-органических комплексов в органогенных горизонтах и реакций протонирования-депротонирования функциональных групп на поверхности частиц гидроксидов Fe и на поверхности каолинитовых и иллитовых кристаллитов в тонких фракциях в минеральных горизонтах.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Обработки по Тамму и по Мера и Джексону приводят к резкому (в 2-6 раз) снижению буферности к основанию почв и фракций за счет удаления носителей поверхностных функциональных групп, участвующих в реакциях протонирования-депротонирования.
2. Буферность к кислоте под влиянием обработок по Тамму и по Меру и Джексону заметно снижается во всех горизонтах перегнойно-глеевой почвы. В других почвах буферность к кислоте после обработок имеет тенденцию к повышению за счет смещения начальной точки титрования.
3. Выявлена достоверная корреляция между буферностью к основанию тонких фракций и содержанием в них несиликатных соединений Al и Fe.
4. Вклад реакций депротонирования функциональных групп на поверхности частиц гидроксидов Fe в буферность почв к основанию варьирует по почвам и горизонтам от нескольких процентов до нескольких десятков процентов. Вклад реакций депротонирования функциональных групп на поверхности глинистых кристаллитов измеряется процентами для каолинита и десятками процентов – для иллита.
Практическая ценность новых научных результатов
Полученные данные можно использовать для прогноза изменения почв под влиянием кислотных и щелочных реагентов при техногенном воздействии.
Апробация. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на молодежных конференциях: Докучаевские чтения, Ломоносов 2011-2012, на VI Съезде почвоведов в г. Петрозаводске.
Публикации. Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 7 статьях и докладах, среди которых 3 публикации в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и приложения. Она изложена на 141 странице печатного текста, включает 37 рисунков, 19 таблиц и содержит список литературы из 116 наименований, среди которых 79 отечественных и 37 иностранных авторов.
Благодарности Автор искренне благодарен за постоянное внимание к работе и неоценимую помощь своему научному руководителю, д.б.н. проф. Т.А. Соколовой; глубоко признателен д.б.н. И.И. Толпеште за помощь в организации практический работ и за ценные консультации. Автор выражает благодарность сотрудникам и руководству ЦЛГПБЗ – за возможность проведения исследований на территории заповедника, а также своим друзьям и коллегам Русаковой Е.С., Изосимову А.А., Пахомовой Е.Ю. за неоценимую помощь в работе, поддержку и ценные советы.
