Почвенно-геохимические процессы являются фактором, способствующим преобразованию минерального субстрата почвообразующих пород. Цель работы заключалась в том, чтобы на основании сопряженного сравнения содержаний элементов в системе породы-почвы оценить характер миграционно-аккумулятивных процессов перераспределения элементов в результате процессов буроземообразования и степень выраженности этого процесса. Объектом исследования являются горно-лесные бурые почвы (гор.А) на среднеюрских (J2A, Jbj, J2bt), верхнеюрских (J3t), нижнемеловых (K1v, K1h), верхнемеловых (K2cm) отложениях. В породах и почвах определено содержание Cu, Pb, Co, Ni, V, Cr, Ti, Mn (спектральный анализ) и вычислены коэффициенты аккумуляции (отношение содержания элемента в почве к содержанию в породе) (табл. 1).
Таблица 1
Содержание элементов в породах и почвах (n⋅10-3 %) и коэффициенты аккумуляции (Ка)
|
|
Cu |
Pb |
Co |
||||||
|
Породы |
Почвы |
Ка |
Породы |
Почвы |
Ка |
Породы |
Почвы |
Ка |
|
|
J2a J2a J2bi J2bt J3t K1v K1v K1v K1h K1h K2cm K2cm K2cm |
2,9 5,3 4,4 3,8 2,0 3,5 2,2 4,8 3,8 3,8 4,4 1,7 4,3 |
1,4 3,3 1,2 1,6 1,0 2,8 1,9 3,7 2,3 4,9 2,8 1,6 6,1 |
0,5 0,6 0,3 0,4 0,5 0,8 0,9 0,8 0,6 1,3 0,6 0,9 1,4 |
0,9 1,5 1,1 2,2 1,5 1,0 0,8 1,1 0,7 1,0 1,3 0,7 0,6 |
0,8 3,8 0,7 0,6 0,8 1,2 0,9 1,1 1,0 1,2 0,9 0,8 1,4 |
0,9 2,5 0,7 0,3 0,5 1,2 1,1 1,0 1,4 1,2 0,7 1,1 2,1 |
1,3 1,6 1,8 1,7 1,0 1,5 1,6 1,8 1,4 1,4 1,6 1,0 1,7 |
1,4 1,5 1,3 1,2 1,5 1,8 1,2 2,5 1,4 1,8 1,7 1,0 2,6 |
1,1 0,9 0,7 0,7 1,5 1,2 0,8 1,4 1,0 1,2 1,1 1,0 1,5 |
На основе коэффициента Стьюдента установлено, что при нормальном распределении элементов в почвах и породах различия между средними являются достоверными при следующих отношениях средних содержаний:
|
Cu |
Pb |
Zn |
Co |
Ni |
V |
Cr |
Ti |
Mn |
|
1,3 |
1,3 |
1,2 |
1,3 |
1,3 |
1,25 |
1,3 |
1,6 |
1,25 |
В среднем значимыми можно считать различия, начиная с отношения Х1:Х2 = 1,3 или Х2:Х1 = 0,7.
Анализ содержаний элементов в системе юрские породы-почвы, меловые породы-почвы показывает, что на породах разного минералогического состава процессы перераспределения элементов имеют свои особенности.
На основе коэффициента аккумуляции выделены два типа распределения Cu, Pb, Co, Ni, V, Cr в горно-лесных бурых почвах: элювиальный в почвах на юрских отложениях в пределах Ка 0,3-0,9 (в среднем 0,5) и преимущественно слабо дифференцированный в почвах на меловых отложениях в пределах Ка 0,8-1,3 (в среднем 1,2). Отклонения, которые наблюдаются в отношении Pb (J2a, Ka-2,5) связаны с тем, что пробы отобраны в районах, в которых присутствуют металлогенические зоны.
Итогом почвообразования на среднеюрских отложениях является дифференцированный профиль, в гумусовом горизонте которого содержание Cu, Pb, Co, Ni, V, Cr в 1,3-3 раза ниже по сравнению с породой. Согласно критерию Стьюдента, процесс миграции этих элементов можно считать достоверным, то есть вынос элементов из гумусового горизонта в почвах на юрских отложениях определяется факторами генетическими.
В почвах на верхнеюрских отложениях титона, представленных органогенными известняками и доломитами, наблюдается миграция из гумусового горизонта Cu, Pb, Ni, Cr и аккумуляция Co и V.
Таблица 1 (продолжение)
Содержание элементов в породах и почвах (n⋅10-3 %) и коэффициенты аккумуляции (Ка)
|
|
Ni |
V |
Cr |
||||||
|
Породы |
Почвы |
Ка |
Породы |
Почвы |
Ка |
Породы |
Почвы |
Ка |
|
|
J2a J2a J2bi J2bt J3t K1v K1v K1v K1h K1h K2cm K2cm K2cm |
5,3 6,0 6,7 6,7 4,2 3,8 2,7 4,4 4,1 7,2 5,9 1,9 2,8 |
2,2 4,8 2,6 2,0 2,1 6,5 4,6 3,4 3,2 5,7 5,3 2,3 5,1 |
0,4 0,8 0,4 0,3 0,5 1,7 1,7 0,8 0,8 0,8 0,9 1,2 1,8 |
16,2 15,3 16,1 15,7 5,5 10,4 3,9 18,8 6,5 13,1 11,7 7,5 9,7 |
7,6 8,9 9,2 7,0 7,9 12,3 10,7 21,2 6,4 15,6 10,1 6,4 7,8 |
0,5 0,6 0,6 0,4 1,5 1,2 2,7 1,1 1,0 1,2 0,9 0,9 0,8 |
6,3 6,4 5,9 5,3 4,3 4,4 2,0 5,7 4,7 6,4 5,7 3,6 3,1 |
3,9 5,2 3,8 2,9 2,9 5,3 6,9 3,9 4,0 5,5 4,1 3,7 4,8 |
0,6 0,8 0,6 0,5 0,7 1,2 3,4 0,7 0,8 0,9 0,7 1,0 1,5 |
В почвах на меловых отложениях распределение Cu относится к слабо элювиальному типу, проявляясь в тенденции миграции Cu в пределах Ка 0,6-0,9. Содержание Pb, Co, Ni, V, Cr в гумусовом горизонте почв варьирует на уровне, близком к содержанию в породах.
В почвах на меловых отложениях выделяется группа элементов Ti-V-Cr, для которых возможен аккумулятивный тип распределения (Ка = 1,2-3,4). На основе кластерного анализа выявляется, что эти элементы в меловых породах образуют ассоциацию, существенную на 1 % уровне значимости, что свидетельствует о том, что они входят в одну минеральную компоненту. В процессе почвообразования содержание ее или остается на уровне содержания в породе, или имеет место ее накопление.
Таблица 1 (продолжение)
Содержание элементов в породах и почвах (n⋅10-3 %) и коэффициенты аккумуляции (Ка)
|
|
Ti |
Mn |
||||
|
Породы |
Почвы |
Ка |
Породы |
Почвы |
Ка |
|
|
J2a J2a J2bi J2bt J3t K1v K1v K1v K1h K1h K2cm K2cm K2cm |
160 193 162 100 66 86 50 125 76 140 132 168 149 |
235 204 338 189 217 192 369 122 97 293 135 323 333 |
1,5 1,1 2,1 1,9 3,3 2,2 7,3 1,0 1,3 2,1 1,0 1,9 2,2 |
31 41 37 32 85 52 57 16 75 33 46 47 58 |
48 182 61 58 39 71 45 67 28 43 60 21 55 |
1,5 4,4 1,7 1,6 0,3 1,4 0,8 4,3 0,6 1,3 1,3 0,4 0,9 |
К элементам, которые имеют тенденцию накапливаться в гумусовом горизонте почв как на юрских, так и на меловых породах, то есть независимо от типа пород, относится Ti, степень накопления которого определяется значениями Ка 1,0-3,3. Можно полагать, что аккумуляция Ti связана с тем, что Ti находится в устойчивых к химическому выветриванию минералах. Фактором аккумуляции является и органическое вещество почв, корреляционная зависимость между которым и Ti является положительной, до уровня значимости [2].
Сопряженный анализ содержаний Mn в системе породы-почвы показывает, что в почвах на среднеюрских породах происходит аккумуляция Mn (Ка = 1,5-1,7), а в почвах на меловых отложениях устойчивой тенденции распределения Mn не выявляется (Ка = 0,4-1,4). Связано это с тем, что в меловых породах и в отложениях титона выделяются две формы Mn: Mn в рассеянном состоянии в минералах и Mn в марганцевых конкрециях, окислах и гидратах окисей, определяя содержание аномальных концентраций (0,2-1-6 %). И именно содержание аномальных форм Mn снижается в почвах: в породах они составляют 7-17 % от объема выборки, а в почвах - около 2 %. Можно полагать, что в гумусовом горизонте почв происходит растворение марганцевых конкреций.
Миграционный механизм элементов в профиле почв определяется физико-химическими процессами, в частности карбонатным равновесием. Тот факт, что миграция Pb, Co, Ni, V, Cr наблюдается в почвах на юрских отложениях и не наблюдается в почвах на меловых отложениях, дает основание полагать, что одним из факторов геохимической подвижности этих элементов в почвах на юрских отложениях является более низкая карбонатность юрских отложений, представленных песчано-глинистой фацией, и, соответственно, низкая величина рН: величина рН в ааленских и байосских отложениях 7,0-7,5, в почвах на продуктах выветривания глинистых сланцев и песчаников 4,8-6,5, то есть является слабокислой-нейтральной. Величина рН в меловых отложениях и в отложениях титона, представленных известковистыми песчаниками и глинами, 7,9-8,9, в почвах на этих породах - 6,7-8,0, то есть является нейтральной-слабощелочной.
Для горно-лесных бурых почв Азербайджана характерен процесс лессиважа, процесс выноса из верхней части профиля илисто-коллоидной фракции. Степень выраженности этого процесса, интенсивность коллоидной миграции тесно связаны с характером почвообразующих пород: способствует подвижности этих частиц слабокислая, ближе к нейтральной реакция среды, наличие глинистых минералов, обедненность почв основаниями [1]. Именно с этими условиями, по-видимому, связаны особенности миграции Cu, Pb, Co, Ni, V, Cr, Ti, Mn в горно-лесных бурых почвах южного склона Б.Кавказа на юрских и меловых породах.
Гипергенная миграция элементов в горно-лесных бурых почвах Карпат [3] близка к характеру внутрипочвенной дифференциации элементов в почвах южного склона Б. Кавказа. Для широколиственных ландшафтов Карпат с горно-лесными бурыми почвами кислой коры выветривания характерны умеренно промывной режим, интенсивный биологический круговорот, преобладание окислительных условий, повышенное содержание коллоидов и наличие адсорбционно активных вторичных минералов. Коэффициент аккумуляции для Cu, Ni, Co, V, Cr, Zn, Mn колеблется в пределах 0,5-0,9-1,1, для Ti и Zr - 1,4-1,8. Условия гипергенной миграции в горно-лесных бурых почвах переходных к карбонатной коре выветривания определяются насыщенностью коллоидного комплекса обменными основаниями, тяжелым механическим составом. Большинство металлов образует в этих условиях устойчивые ореолы рассеяния: Ка для Cu, Ni, Co, V, Cr, Ti, Zn составляет 1,1-2,0.
Таким образом, почвообразовательный процесс, проявляясь в миграционно-аккумулятивных процессах, на уровне существенности изменяет геохимическую обстановку. Если содержание элементов в юрских и меловых породах варьирует в близких пределах, то в гумусовом горизонте почв на юрских отложениях содержание Cu, Pb, Co, Ni, V, Cr существенно (в 1,3-2 раза) ниже по сравнению с почвами на меловых отложениях.
Список литературы
- Гасанов Б.И. Буроземообразование в лесных почвах Азербайджана. - Баку: Элм, 1983. - 137 с.
- Исаев С.А., Рагим-заде А.И., Бабаев Ф.М. Корреляционные связи гумус-элементы в почвах (южный, юго-восточный склоны Б. Кавказа) // Современные наукоемкие технологии. - 2009. - №11. - С. 17-20.
- Сущик Ю.Я. Геохимия зоны гипергенеза Украинских Карпат. - Киев: Наук. думка, 1988. - 120 с.