Статья: Минералогия и химия почв (на примере Оренбургской области)

Минералогия и химия почв (на примере Оренбургской области)

Щеглова Е.Г.,

Черняхов В.Б.,

Степанов А.С.

Почвенный покров области формировался на исключительно сложном геологическом субстрате. Это касается как платформенной (западной), так и геосинклинальной (восточной) части области. Комплекс почвообразующих пород этой территории включает все типы: магматические, метаморфические и осадочные. Магматические породы представлены как интрузивными, так и эффузивными породами от кислого до ультраосновного состава, включая и щелочные. Метаморфические породы представлены всеми разновидностями: сланцы, гнейсы, скарны, роговики, кварциты, мраморы, серпентиниты, тектониты и т.д. Осадочные породы включают: обломочные, глинистые, химико-органогенные, пирокластические и т.д. Перечисленные породы включают все классы первичных (сульфиды, галоиды, карбонаты, сульфаты, фосфаты, окислы, силикаты) и вторичных минералов.

Именно о почвах Оренбургской области можно сказать словами В.И. Вернадского (1923): "Для познания почв необходимо тщательно и точно изучить их минералогию". почва минеральный органический

На 90-98% массы почв состоит из минерального вещества, возникшего в результате взаимодействия минерального вещества субстрата с наземным биосом, мезо- и микроорганизмами почв, мертвым органическим веществом, природными водами и атмосферой.

Минеральный состав непрерывно меняется. Если в коренных породах (в среднем) кварца 12%, железомагнезиальных силикатов 24%, полевого шпата 51%, то в почвообразующих породах кварца уже 50% и более, полевого шпата не более 12-15%, железомагнезиальных силикатов всего 1-2%. Значительная часть гипогенных силикатов трансформируется в гипергенные - минералы глин (до 20%). В конечном счёте минеральная часть почв включает три группы: механические обломки минералов и горных пород, высокодисперсные минералы глин, минеральные новообразования.

Состав обломочных минералов существенно влияет на валовой химический состав почв. Чем больше кварца в минеральном составе почв, тем выше относительное содержание кремнезёма и меньше других соединений. Чем больше обломков силикатов, тем больше алюминия и т.д.

Высокодисперсная часть минерального вещества почвы в основном состоит из гипергенных силикатов: каолина, гидрослюд, монтмориллонита. Важной их особенностью - катионнообменная ёмкость. Она резко различается. Так, у каолина она - 10 мг·экв на 100 г, у монтмориллонита - в 10 раз больше.

Минеральные новообразования, возникающие при почвообразовании, очень разнообразны по морфологии: округлые сплошные и полые конкреции; трубчатые конкреции; рыхлые скопления, налёты и плёнки; плотные корочки, натёки и бороздки на каменистых обломках; зернистые агрегаты и друзы, линзовидные тела и пластообразные панцири. Столь же разнообразен и их минеральный состав, в который входят представители всех классов минералов. Наиболее распространены карбонаты кальция и гидроокислы железа.

Минералогические исследования почвенного покрова Оренбургской области, выполненные В.Д. Кучеренко в 1954-1964 годах, подтвердили широкий спектр минералов в составе почв. Это касается как почв, развитых на пермских породах, преобладающих в западной части области, так и на древних корах выветривания, широко развитых в восточной части области, а также на четвертичных покровных суглинках, встречающихся повсеместно.

Среди обломков минералов и пород в почвах области повсеместно преобладает кварц, иногда до 90% (разрез 503 на палевых суглинках). Зёрна кварца обычно округлые, угловатые, прозрачные и матовые, белые и окрашенные гидроокислами железа, иногда до красного цвета. Широко развит серицит - до 80% (разрез 71 К на вишнёво-красных суглинках). Форма его разнообразна, в основном вытянутая, цвет белый, жёлтый, розовый. Встречается биотит до 90% (разрез 454 на серо-зелёных суглинках). Отмечаются, правда редко, обломки роговой обманки, эпидота, хлорита, циркона, полевого шпата, магнетита, лимонита, пирита, пиролюзита.

Вторая группа минералов - дисперсные глины в почвообразующих породах и почвах области имеют широкий спектр. Для их диагностики автором были использованы электронно-микроскопические, рентгеноструктурные, термические и другие методы исследований.

Данные электронно-микроскопических исследований показали, что у монтмориллонитовых глин форма основных минералов представлена либо отдельностями и агрегатами, уплотнёнными в центре и расплавленными краями (разрез 265 на буро-красных мергелистых глинах перми), либо полупрозрачными частично бесформенными агрегатами (разрез 28 л на жёлто-бурых карбонатных суглинках). Что касается минеральных примесей, то это либо округлые и вытянутые пластинки (разрез 265), либо гексагональные и ромбические пластинки; у галлуазитово-гидрослюдистых глин форма минералов в основном имеет неправильную форму с чёткими гранулами; у примесей - это мелкие кристаллы галлуазита и гексагональные пластинки гидрослюды (разрез 357 на зеленовато-жёлтых глинах); у каолинито-гидрослюдистых глин форма минералов изометричная или полупрозрачные вытянутые пластинки, у примесей - гексагональные пластинки неправильной формы (разрез 132 на светло-жёлтых глинах). Дисперсия вышеуказанных форм - 0,206 м.

Судя по полученным данным, тонкодисперсные минералы почв на пермских породах и четвертичных отложениях, представлены в основном монтмориллонитом, на корах выветривания - гидрослюдой и каолинитом.

Состав глинистых минералов в почвах мало отличается от их состава в почвообразующих породах. Засушливая континентальная обстановка в период почвообразования стабилизировала процессы минералообразования.

Судя по отдельным пикам термограмм, можно говорить об определённом влиянии солонцовых и болотных процессов.

Данные рентгеноструктурного анализа проб, как при обработке их соляной кислотой, так и без, также свидетельствует о преобладании в составе глинистых минералов гидрослюд в почвах на отложениях перми и четвертичных и каолина в почвах на корах выветривания.

Что касается третьей группы минералов - аутигенных, то для почв Оренбургской области характерен их очень широкий спектр самых разнообразных по форме и по составу, преимущественно карбонатов, сульфатов, хлоритов, гидроокислов марганца, железа.

Содержание основных окислов в рассмотренной выше минеральной части почв области приведены в нижеследующей таблице 1.

Судя по этим данным, повышенное содержание окислов кремния и алюминия характерно для почв на древних корах выветривания, развитых на интрузивных и метаморфических породах Зауралья. Повышенное содержание оксидов кальция и магния характерно для почв, развитых на карбонатных отложениях перми в Предуралье.

Что касается распространения окислов по генетическим горизонтам почв, то повышенное содержание SiO2 и Fe2O3 свойственно горизонту А, и видимо связано с гумусом; Al2O2 характерен для илювиального горизонта; CaO и MgO свойственны горизонту С и обуславливает его повышенную карбонатность.

Изучение состава водной вытяжки рассматриваемых почв, выполненные вышеуказанном автором, показало, что для почв: на отложениях перми Предуралья характерно повышенное содержание HCO3-, SO2-2, на покровных четвертичных суглинках - SO4-2 и Cl-, на древних корах выветривания Cl- и SO4-2.

Для сельского хозяйства наибольший интерес представляют данные о содержании в почвах азота, фосфора, калия, особенно их подвижных форм.

Подвижными и доступными считаются те формы питательных веществ, которые обладают способностью растворяться в воде, слабых неорганических (угольная кислота) и органических кислотах (щавелевая, яблочная, уксусная и др.), передвигаться с током воды к корневым волоскам и в результате диффузии, выходить из состава почвенно-поглощающего комплекса в обмен на ионы почвенного раствора и ионы обменного фонда корневых волосков.

Таблица 1 - Содержание основных окислов в почвенном покрове Оренбургской области (по материалам В.Д. Кучеренко, 1964)

Судя по приведенным данным, колебания по содержанию NPK довольно значительные: азота - от 3,7 до 14,5, фосфора - от 0,3 до 3,2, калия - от 6,5 до 23,7 мг на 100г почвы.

Агрохимические исследования почвенного покрова Оренбургской области, выполненные В.Д. Кучеренко в 50х-60х годах, дали следующие результаты (таблица 2).

В Предуралье отмечается повышенное содержание фосфора, в Зауралье - калия. С севера на юг снижается содержание азота, а фосфора - повышается. Чернозёмы больше обогащены азотом, нежели тёмно-каштановые, а тёмно-каштановые - фосфором. Для Предуралья характерно широкое распространение фосфоритоносных пород. В Зауралье - повышенное содержание калия следует связать с широким распространением здесь магматических и метаморфических пород, имеющих высокое содержание слюд.

Таблица 2 - Содержание подвижных форм азота, фосфора, калия в почвах Оренбургской области (по материалам В.Д. Кучеренко, 1964)

На содержание подвижного фосфора сказывается характер растительного покрова - его много под лесной растительностью, в связи с повышенной кислотностью.

Исследования валового содержания элементов в чернозёмах показало, что в Предуралье количество азота колеблется в пределах 0,28-0,60%, фосфора 0,124-0,158%; в Зауралье - азота 0,21-0,52%, фосфора 0,029-0,133%, т.е. их колебания не столь велики, как содержаний подвижных форм.

Согласно данных В.П. Лухменёва (2000), из 6038,3 тыс.га обследованной пашни, почвы с очень низким содержанием подвижного фосфора составляют 1086,9 тыс.га (18%), низким - 2222,1 (36,8%), средним - 2222,1 тыс.га (36,8%), повышенным - 338,1 тыс.га (5,6%) и очень высоким - 54,4 тыс.га (0,9%); обменного калия: с очень низким содержанием 12,1 тыс.га (0,2%), низким - 652,1 тыс.га (10,8%), средним - 2288,5 тыс.га (37,9%), повышенным - 1696,8 тыс.га (28,1%), высоким - 1388,8 тыс.га (23%).

По отдельным зонам области в пахотном слое пашни содержание элементов следующее: в Северной зоне содержание легкогидролизуемого азота колеблется от 6,1 до 14,5 мг на 100 г почвы, подвижного фосфора - от 0,6 до 2,5, обменного калия - от 12 до 20 мг на 100 г почвы; в Западной зоне легкогидролизуемого азота - от 5,2 до 7,6 мг на 100 г почвы, подвижного фосфора - от 0,8 до 2,9 мг; в Центральной зоне легкогидролизуемого азота - от 3,8 до 6,2 мг, т.е. недостаточно, тоже касается и фосфора; в Южной зоне преобладают почвы (60%) со средним содержанием подвижного фосфора и высоким содержанием обменного калия; в Восточной зоне, где преобладают тёмно-каштановые почвы (более 80% площади) подвижный фосфор имеет очень низкие содержания. Что касается азота нитратов, то в чернозёмах обыкновенных территории его 8,6-21,0, в чернозёмах южных - 6,0-26,5, в тёмно-каштановых почвах - 8,2-22,1 мг на кг почвы.