Specificity of accumulation and allocation effractions of the restored products in embriozems of Kuzbas .pdf Предприятия угольной промышленности в Кузбассе выносят на поверхность 1,5 млрд т в год восстановленной глубинной породы. В частности, в толще породы, вскрываемой при открытой разработке месторождения, зона восстановления начинается с глубины 6-7 м. Отсюда следует, что практически все 1,5 млрд т породы, вынесенные на поверхность, являются восстановленными. На поверхности, попадая в зону окисления, эти продукты начинают окисляться. Процесс окисления сопровождается образованием новых продуктов. Последние либо накапливаются на месте образования, либо мигрируют в ландшафтах. В этом случае они способны осложнить экологическую обстановку территории.Известно, что почвообразование как гипергенный процесс сопровождается глубокой и всесторонней трансформацией вещественного состава и свойств исходных пород. Процессы трансформации можно разделить на две большие группы: процессы окисления и процессы восстановления исходного субстрата и биогенного вещества, поступающего при почвообразовании. Процессы эти взаимосвязаны, и в каждом почвенном профиле они образуют сложную специфическую систему, так называемую педогенную окислительно-восстановительную систему.Окислительно-восстановительные системы почв техногенных ландшафтов в своем развитии имеют ряд особенностей, отличающихся от других, непочвенных окислительно-восстановительных систем. Специфичность почвенных систем заключается в особенностях накопления и распределения восстановленных и окисленных продуктов, определяемых состоянием почвообразовательных процессов. Так как продукты окислительно-восстановительных систем почв техногенных ландшафтов имеют литогенную и биогенную природу, то специфика их накопления и распределения заключается в соотношении биогенных (педогенных) и унаследованных литогенных продуктов на различных стадиях почвообразования и различных глубинах почвенных профилей.Целью данного исследования является изучение специфики распределения восстановленных педогенных и литогенных фракций в почвах техногенных ландшафтов Кузбасса.Объектами исследований были выбраны почвы, сформированные на отвалах Ольжерасского каменноугольного разреза, расположенного в горно-таежной зоне Кузбасса. В настоящее время на поверхности отвала сформированы эмбриоземы, относящиеся, в соответствии с классификацией почв техногенных ландшафтов [1], к типам инициальных, органо-акку-мулятивных, дерновых и гумусово-аккумулятивных. Впрофиле каждого типа эмбриозема по глубинам 0-10, 20-30 и 40-50 см отбирали образцы почвы, из которой впоследствии удаляли растительные остатки. Для сравнения были отобраны и проанализированы образцы зональных дерново-подзолистых почв, а также образцы углистых частиц и свежеотсыпанной вскрышной породы.Сумму восстановленных продуктов в почвах определяли методом В.И. Савича [2]. Определение фракций восстановленных продуктов выполняли методом сжигания навески избытком бихромата калия в различных временных и температурных условиях.Полученные материалы позволяют отметить несколько особенностей распределения фракций восстановленных продуктов в профилях различных типов эмбриоземов. Так, оказалось, что в инициальном эмбриоземе, на глубине 0-10 см, содержание восстановленных продуктов более чем в полтора раза выше, чем в органо-аккумулятивном и дерновом эмбриоземе, и на треть выше, чем в гумусово-аккумулятивном (таблица).Поскольку инициальный эмбриозем представляет собой не дифференцируемую на почвенные горизонты породу, то высокое содержание восстановленных продуктов свидетельствует об их литогенной природе. В последующие стадии эволюции почв [3] при формировании органо-аккумулятивного и дернового эмбриоземов наблюдается резкое снижение количества восстановленных продуктов литогенной природы. Это вызвано развитием в этих типах почв биологических процессов, что сопровождается интенсивным окислением литогенных веществ.В отличие от ранее названных стадий развития, в последующих за ними стадиях формирования гумусово-аккумулятивных эмбриоземов снова наблюдается увеличение количества восстановленных продуктов, при этом общее их количество превышает таковое в верхних горизонтах зональных почв (см. таблицу). Это объясняется тем, что в профиле гумусово-аккуму-лятивного эмбриозема хотя и сосуществуют вещества как литогенной, так и педогенной природы, тем не менее начинают накапливаться восстановленные продукты педогенного происхождения.Фиксируемая закономерность, снижения количества восстановленных продуктов от инициального до органо-аккумулятивного и дернового и вновь увеличения в гумусово-аккумулятивном эмбриоземе, отмечается также и на всех глубинах почвенных профилей. При этом содержание восстановленных продуктов с глубиной уменьшается, что говорит о наличии педогенной дифференциации окислительно-восстановительной системы по всему почвенному профилю и во всех типах эмбриоземов.214Содержание и распределение фракций восстановленных продуктов в исследуемых объектахСодержание фракций востан. продуктов, мг. экв. на 100 г почвыПроцентная доля фракций, % от валового количестваВскрышная породавалов, кол-вотрудно-окисл.средне-окисл.легко-окисл.трудно-окисл.средне-окисл.легко-окисл. 415,9184,4201,130,444,348,47,3УгольИз почвенного разреза170518844757263551,944,43,7 Свежедобытый368202186713146180759,435,74,9Дерново-подзолистая почваАд (0-3 см)172521071979612,241,746,1 А,А2(3-15см)1285656206005,148,246,7 А2 (15-57 см)28516881815,630,963,5 В, (57-110 см)26417165826,462,531,1Инициал, эмбриозем0-10 см2525,6250,21762,6512,89,969,820,3 20-30 см2556,9526,81367,266320,653,525,9 40-50 см1744,6212,81086,8445,112,262,325,5Органо-аккум. эмбриозем0-10 см1462238,2886,1337,716,360,623,1 20-30 см1112,1132,6728,8250,711,965,522,5 40-50 см1238,5175,2726,4336,914,158,627,2Дерновый эмбриозем0-10 см1342159,9844,4337,611,962,925,2 20-30 см1107,9113,1738,5256,210,266,723,1 40-50 см1116,668,3767,8280,46,168,825,1Гумусово- аккум. эмбриозем0-10 см1906,4424,5995,8486,122,352,225,5 20-30 см1537,4165,3934,2437,910,860,828,5 40-50 см1502,980,5958,4463,95,463,830,9Для того чтобы установить происхождение фракций восстановленных продуктов и причины их дифференциации в профилях почв, восстановленные продукты в навеске окислялись избытком бихромата калия в различных временных и температурных условиях. Так, в колбу к приготовленному образцу почвы приливалось 10 мл 0,4 н соли. Полученный раствор помещался в сушильный шкаф, затем смесь нагревалась до 150°С, после чего начинался отсчет времени. Для определения валового количества восстановленных продуктов время нагрева колб составляло 30 мин, после чего они остужались и титровались 0,2 н сульфатом двухвалентного железа (соль Мора). Как показали наши эксперименты, при более продолжительном нагревании в сушильном шкафу и постоянной температуре (150°С) значения суммы восстановленных продуктов практически не изменяются. Ранее замечалось [4], что при более продолжительном (несколько часов) воздействии температур или повышении температуры происходит испарение хромовой кислоты, вследствие чего анализ становится не достоверным. Другая партия образцов подвергалась температурному воздействию 5 мин. Разница величин, полученных при 30- и 5-минутном нагревании, позволяет установить количество трудноокисляе-мых восстановленных продуктов.Анализ образцов на содержание трудноокисляемых соединений позволяет подтвердить предположение, что эта фракция в почвах техногенных ландшафтов имеет преимущественно литогенную природу. Так, в образце вскрышной породы содержание трудноокис-ляемой фракции составляет 44% в окислительно-восстановительной системе, что значительно больше, чем во всех типах эмбриоземов (см. таблицу). В окислительно-восстановительных системах естественных почв содержание трудноокисляемых восстановленных веществ в процентном выражении ниже, чем в породе, в элювиальных горизонтах (А2 и AiA2) почти в девять раз и в семь раз - в иллювиальном (Bi), в то же время в дерновом всего в три раза, что объясняется наличиемнеразложившихся органических веществ в этом горизонте. Однако в количественном выражении содержание фракции трудноокисляемых восстановленных веществ в вскрышной породе превышает таковое в естественных почвах в десятки раз (см. таблицу). Поэтому использование процентного соотношения фракций с целью сравнения различных окислительно-восстановительных систем предпочтительнее. Кроме того, содержание восстановленных веществ во вскрышной породе и эмбриоземах рассчитывалось относительно мелкозема с учетом каменистости. Грубообломочный каменистый материал мы рассматриваем как инертный при почвообразовании. Поэтому содержание в них восстановленных продуктов не учитывается.Анализ углистых частиц показывает, что в образцах свежего угля количество трудноокисляемых восстановленных продуктов в окислительно-восстановительной системе составляет более половины (52-59%). Это позволяет нам предположить, что значительная часть трудноокисляемых восстановленных веществ в профилях эмбриоземов обусловлена наличием углистых частиц.Во всех профилях эволюционного ряда эмбриоземов дифференциация содержания фракции трудноокисляемых восстановленных продуктов повторяет распределение фракции суммы восстановленных продуктов. Однако вниз по профилю, в дерновом эмбрио-земе, наблюдается дифференциация трудноокисляемой фракции, напоминающая таковую в естественных почвах. Отмеченная тенденция свидетельствует о том, что в дерновых эмбриоземах и, тем более, в гумусово-ак-кумулятивных окислительно-восстановительные системы в большей степени являются педогенными, нежели литогенными. Это подтверждается также и тем, что процентное содержание фракции трудноокисляемых восстановленных соединений в техногенных почвах практически выравнивается с таковым у зональных почв. Так, в слое 0-10 см у дернового и в слое 40-50 см у дернового и гумусово-аккумулятивного эмбриозема215процентная доля трудноокисляемой фракции равна доле таковой в верхнем горизонте и в горизонте В) соответственно зональных почв (см. таблицу).При окислении одной партии образцов нагревание не производилось. Раствор, находящийся при комнатной температуре, был оттитрован солью Мора спустя 10 мин после добавления к навеске раствора бихромата калия. Результаты, полученные в этом случае, показывают содержание фракции легкоокисляемых соединений.Полученные данные позволяют предположить, что фракция легкоокисляемых восстановленных продуктов в эмбриоземах имеет в основном педогенное происхождение. Это подтверждается тем, что в дерново-подзолистой почве доля этой фракции в окислительно-восстановительных системах в верхних горизонтах Ад и AtA2 составляет 46%, ниже в горизонте А2 - 63%, и в горизонте В[ - 31%. Для сравнения: в образцах угля процентное содержание фракции легкоокисляемых соединений не превышает 4-5%, а во вскрышной породе - 7% (см. таблицу). Следует обратить внимание на то, что распределение этой фракции в профиле дерново-подзолистой почвы несколько отличается от такового в эмбриоземах. Максимальное её накопление отмечается в элювиальном горизонте А2, а не в верхних слоях профилей эмбриоземов. Такое распределение свидетельствует о том, что фракция легкоокисляемых соединений является продуктом почвообразования, способным к миграции.Количественное содержание фракции легкоокисляемых восстановленных веществ вниз по профилю (на глубине 20-30 см) снижается в органо-аккуму-лятивном и в дерновом эмбриоземе на 25 и на 11% - в гумусово-аккумулятивном. Затем в более глубоком слое, 40-50 см, снова наблюдается увеличение содержания этой фракции соответственно на 25,9 и 6%, что объясняется различной активностью элювиально-иллювиальных процессов в разных типах эмбриоземов. Характер количественного распределения фракции легкоокисляемых восстановленных продуктов в верхнем слое различных типов эмбриоземов повторяет распределение фракции суммы восстановленных продуктов. Однако процентная доля этой фракции, характеризующая соотношение с другими восстановленными продуктами, увеличивается синхронно накоплению гумусовых веществ (см. таблицу).Вследствие развития элювиально-иллювиальных процессов отмечается увеличение фракции легкоокисляемых продуктов с глубиной. Так, в гумусово-аккумулятивном эмбриоземе процентное соотношение фракции в окислительно-восстановительной системе на глубине 40-50 см выравнивается с таковым в горизонте В] зональных почв. Это еще раз подтверждает то, что окислительно-восстановительная система гумусово-аккумулятивного эмбриозема функционирует как педо-генная система.Высокое количество легкоокисляемых восстановленных продуктов отмечается и в инициальном эмбриоземе. Причем в этом эмбриоземе как количественное, так и процентное содержание легкоокисляемых веществ часто превышает другие типы эмбриоземов (см. таблицу). Это объясняется тем, что в данном типе эм-бриоземов активно идут окислительно-восстановительные процессы, преобразующие продукты лито-генного происхождения. При этом в силу недифферен-цированности профиля на горизонты [5] и неразвитости в нем элювиально-иллювиальных явлений окислительно-восстановительные процессы не имеют ярко выраженной направленности и, по-видимому, имеют, наряду с биогенной, и хемогенную природу.Разница в количестве восстановленных продуктов, полученных при 5-минутном нагревании, определяет количество фракции среднеокисляемых восстановленных веществ. Эта фракция включает в себя продукты как литогенной, так и педогенной природы, и поэтому её доля оказывается значительной как в окислительно-восстановительных системах зональных почв, так и в системах эмбриоземов. Такая картина свидетельствует о том, что восстановленные продукты литогенного происхождения медленно трансформируются не только в почвах техногенных ландшафтов, но и в естественных, что, возможно, является фациальной спецификой почвообразования. Достаточно много среднеокисляемых веществ и в окислительно-восстановительных системах угля и во вскрышной породе (см. таблицу). Высокие значения среднеокисляемой фракции во всех анализируемых образцах обусловлены сложной природой фракции. Так, в образцах дерново-подзолистых почв высокое содержание фракции объясняется наличием сложных гумусовых веществ и неразложившихся растительных остатков. В образцах угля и во вскрышной породе значение фракции велико, по-видимому, за счет частичного окисления фракции трудноокисляемых соединений. Однако наибольшее содержание фракции среднеокисляемых восстановленных веществ отмечается в эмбриоземах, где и идут все вышеперечисленные процессы.Процентные значения фракции среднеокисляемых восстановленных продуктов в эмбриоземах колеблются от 52 до 68% от суммы восстановленных веществ и оказываются обратно пропорциональными сумме значений других фракций. Так, в инициальных и органо-аккумулятивных эмбриоземах процентная доля фракции увеличивается вниз по профилю на глубине 20-30 см и снова уменьшается на глубине 40-50 см. В дерновых и гумусовых эмбриоземах наблюдается увеличение процентного содержания фракции среднеокисляемых восстановленных продуктов вниз по профилю (см. таблицу) вследствие большей активности элювиально-иллювиальных процессов.Во всех профилях эволюционного ряда эмбриоземов дифференциация содержания фракции среднеокисляемых восстановленных продуктов повторяет распределение суммы всех восстановленных продуктов. Однако вниз по профилю в инициальном эмбриоземе наблюдается снижение количества среднеокисляемых восстановленных веществ. Фиксируемая закономерность свидетельствует о том, что в верхних горизонтах эмбриозема наряду с унаследованными лито-генными продуктами в процессе почвообразования и химического выветривания добавляются педогенные и хемогенные вещества. В последующие стадии эволюции почв, при формировании органо-аккумулятивных, дерновых и гумусово-аккумулятивных эмбриоземов, со-216держание фракции вниз по профилю уменьшается только до глубины 20-30 см и ниже практически не изменяется (см. таблицу). Это говорит об установлении равновесия между литогенными и педогенными составляющими окислительно-восстановительных систем эмбриоземов. Из вышесказанного можно сделать следующие выводы.1.Формирование эмбриоземов в техногенныхландшафтах Кузбасса сопровождается накоплением впрофилях почв восстановленных продуктов. Темпы ихарактер накопления восстановленных продуктов и ихфракций сингенетичны стадиям почвообразования.2.Процессы образования и накопления в эмбриозе-мах восстановленных веществ являются следствиемтрансформации исходной литогенной окислительно-восстановительной системы в педогенную и педоген-ного их новообразования. При этом фракция трудно-окисляемых восстановленных продуктов в большинстве своем имеет литогенное происхождение. Фракция среднеокисляемых восстановленных соединений имеет как литогенную, так и биогенную природу. Фракция легкоокисляемых восстановленных веществ имеет преимущественно педогенное происхождение.3. В ходе эволюции эмбриоземов, в процессе образования педогенной и трансформации литогенной окислительно-восстановительных систем образуются подвижные восстановленные вещества, способные мигрировать в почвенном профиле. Характер их дифференциации в почвенном профиле отражает активность биогенных и элювиально-иллювиальных процессов в том или ином типе эмбриоземов.ЛИТЕРАТУРА

Скачать электронную версию публикации