CC BY
42
УДК 631.4 : 631.41
ТИТАН В ПОЧВООБРАЗУЮЩИХ ПОРОДАХ И ПОЧВАХ ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
О. А. Анциферова
TITANIUM IN PARENT ROCKS AND SOILS OF THE WESTERN PART OF THE KALININGRAD REGION
O. A. Antsiferova
Исследования проведены в пределах моренных, водно-ледниковых, озер-но-ледниковых и аллювиальных ландшафтов Замландского полуострова. Изучались природные угодья (почвы и породы под смешанными и лиственными лесами) и сельскохозяйственные земли. Среднее содержание валового титана в почво-образующих породах составляет 0,34 % (0,57 % ТЮ2) и сильно варьирует в зависимости от генезиса (0,08-0,97 %). Повышенные количества элемента в песчаных породах Куршской косы и отдельных аллювиальных отложениях связаны с локальными россыпями ильменит-цирконового типа, их размыванием и переотложением. В выборке из всех пород связь титана с фракцией физической глины сильнее (r = 0,75), чем с илистой фракцией (r = 0,69). Корреляционный анализ подтвердил тесную связь валового титана с цирконием (r = 0,80) и железом (r = 0,83). Следовательно, эти элементы присутствуют в совместных минералах и преимущественно в тонкодисперсной части почвообразующих пород. Среднее количество титана в гумусовых горизонтах всех почв совпало с содержанием в породах - 0,34 % Ti (0,575 % ПО2). Между гумусовыми горизонтами лесных и окультуренных почв не обнаружено достоверных различий. Титан характеризуется очень слабой миграционной способностью в почвенно-климатических условиях региона. В почвах Замландского полуострова (суммарно по всем типам почв и по горизонтам) содержится 0,35 % Ti (0,59 % ПО2). Это значение выше, чем в почвах Беларуси, Литвы, Латвии, ближе всего к таковому в почвах Польши; практически равно среднему значению почв Европы. Содержание элемента в почвах региона наследуется от почвообразующих пород. Недостоверность корреляции содержания Ti с фракциями глины и ила связана с интенсивным лессиважем и текстурной дифференциацией буроземных и дерново-подзолистых почв. При этом титан не подвержен миграции по профилю почв. Результаты исследований не подтверждают повсеместное накопление его в почвенных новообразованиях.
титан, среднее содержание, почвообразующие породы, почвы, Замланд-ский полуостров
The research has been conducted within the moraine, aqueoglacial, glaciolacus-trine and alluvial landscapes of the Samland Peninsula. Natural lands (soils and rocks under mixed and deciduous forests) and agricultural lands have been studied. The average content of total titanium in the parent rocks is 0.34 % (0.57 % TiO2) and varies
greatly depending on genesis (0.08-0.97 %). Increased amounts of the element in sandy rocks of the Curonian Spit and individual alluvial deposits are associated with local deposits of ilmenite-zircon type, their erosion and redeposition. In the sample of all rocks, the titanium bond with the fraction of silt-and-clay is stronger (r = 0.75) than with the silt fraction (r = 0.69). Correlation analysis has confirmed close relationship between total titanium and zirconium (r = 0.80) and iron (r = 0.83). Consequently, these elements are present in the joint minerals and mainly in the finely dispersed part of the soil-forming rocks. The average amount of titanium in the humus horizons of all soils has coincided with the content of rocks -0.34 % Ti (0.575% TiO2). Between the humus horizons of forest and cultivated soils, no significant differences has been found. Titanium is characterized by a very weak migration capacity in the soil and climatic conditions of the region. In the soils of the Samland Peninsula (total for all types of soils and horizons) 0.35% Ti (0.59% TiO2) is contained. This value is higher than in the soils of Belarus, Lithuania, Latvia, closest to the soils of Poland; practically equal to the average value of European soils. The content of the element in the soils of the region is inherited from the parent rocks. An inaccurate correlation between Ti content and clay and silt fractions is associated with intensive lessivage and texture differentiation of brown forest soils (mollic cambisols) and sod-podzolic soils. In this case, titanium is not susceptible to migration along the soil profile. The results of the studies do not confirm the widespread accumulation of titanium in soil formations.
titanium, average content, parent rocks, soils, Samland Peninsula.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальными задачами прикладной геохимии являются эколого-геохими-ческая оценка почв, установление региональных фоновых содержаний элементов, влияния антропогенного воздействия на их поведение в ландшафтах [1 -3]. С помощью современных методов исследования можно довольно точно определить содержание элементов, а почвенно-экологический подход позволяет выявить закономерности их распределения по профилю почв в конкретных условиях почвообразования.
Кларк титана в литосфере 4,5 • 10-1 %. Элемент накапливается в основных магматических породах. Ti устойчив к выветриванию и образует россыпи. В осадочных породах среднее содержание его зависит от состава и химизма: в глинах и сланцах 4,5 • 10-1 %, в песчаниках 1,5 • 10-1, в карбонатных породах 4 • 10-1 [1, 4].
В геохимической классификации по особенностям гипергенной миграции (автор А. И. Перельман) титан входит в группу элементов, малоподвижных в большинстве обстановок [4, с. 329].
В сильнокислых водах Ti мигрирует в катионной форме, образует растворимые сульфаты, в сильнощелочных водах - комплексные соединения с железом, органическим веществами, гидроксокомплексы. В слабокислых, нейтральных и слабощелочных средах интенсивность миграции наименьшая [4-5].
Кларк Ti в почвах мира 4,6-10-1 %. Минералы титана (оксиды и ильменит) устойчивы при выветривании, поэтому присутствуют в почвах почти в неизменном виде. По данным Бейка, в подзолах, развивающихся на ледниковых моренах,
титан почти полностью находится в виде скрытокристаллического анатаза. Есть сведения, что Ti может входить в структуру некоторых слоистых силикатов.
Абсолютные количества титана могут возрастать в верхних горизонтах почв из-за потери глинистых минералов в результате выветривания. Остаточная аккумуляция характерна и для других лесных почв, а также каолиновых кор выветривания. В поверхностном слое почв содержание Ti 0,1 - 0,9 % (в среднем 0,35 %) [6, с. 244].
Повышенное количество Ti установлено для тундровых и лесотундровых почв Кольского полуострова (0,54 %), черноземов (0,47 %), лесных почв тайги (0,40 %) и европейской части СССР (0,44 %) [7, с. 168]. По данным В. В. Добровольского, титан является ведущим элементом всех групп почвенных новообразований [8].
На содержание титана влияют местные ландшафтные условия, в частности состав почвообразующих пород. Так, исследования В. Д. Василевской и А. И. Тюрюканова в Смоленской области показали, что в зандровых ландшафтах в песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почвах содержится 2950 мг/кг титана, а в легкосуглинистых почвах конечно-моренных гряд и моренных равнин -7150 мг/кг [7, с.175].
Для условий Калининградской области данные о количестве и поведении титана в почвах крайне ограничены. В задачи исследования входило: 1) изучить содержание титана в разных группах почвообразующих пород западной части Калининградской области - Замландского полуострова; 2) установить среднее содержание титана в преобладающих и сопутствующих типах почв; 3) выяснить особенности его распределения по профилю почв.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Отбор образцов почв осуществлялся в моренных, водно-ледниковых, озер-но-ледниковых и аллювиальных ландшафтах Замландского полуострова в ходе почвенного обследования. Для диагностики почв закладывались разрезы глубиной 150-220 см. Названия почв даны по классификации 1977 г. [9].
Валовое содержание титана определено рентгенфлуоресцентным энергодисперсионным методом в Почвенном институте им. В.В. Докучаева (г. Москва) на приборах ТЕFА-6111 и РеСПЕКТ. Погрешность анализа соответствует требованиям третьей категории точности согласно правилам Научного совета по аналитическим методам.
Статистическая обработка данных проведена в программе Excel.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Калининградская область располагается в пределах Юго-Восточной Прибалтики и граничит с территорией Польши и Литвы. В почвах Литвы и Латвии содержание и распределение титана сходно. Минимальные количества элемента характерны для подзолов на песчаных породах: 0,19 - 0,23 % ПО2, в суглинистых почвах содержание выше [10]. В почвах Европы среднее содержание элемента оценивается в 0,609 % ПО2 (0,36 % Ti) [2].
На территории Калининградской области распределение титана в породах неравномерное. Есть указания, что в корневой части Куршской косы имеется промышленная залежь абразивного материала. По генезису это прибрежно-
морская россыпь ильменит-цирконового типа. Песчаный материал обогащен ильменитом, гранатом, цирконом и рутилом. В шлихе месторождения горы Белой количество ильменита достигает 71% [11].
По данным А.А. Завалишина и Б.В. Надеждина [12, с. 16-32], содержание титана в разных группах почвообразующих пород Калининградской области следующее:
- моренные суглинки 0,38 - 0,65 % Ti02 (0,23 - 0,39 % Ti);
- безвалунные глины 0,61 - 1,03 % Ti02 (0,37 - 0,62 % Ti);
- песчаные породы 0,18 - 0,33 % Ti02 (0,11 - 0,20 % Ti).
В минералогическом составе пород обнаруживаются рутил, сфен, анатаз и другие титансодержащие минералы. Все они приурочены к фракции 0,25 - 0,01 мм. Однако содержание титана закономерно увеличивается от песчаных пород к глинистым. Результаты наших исследований отражены в табл. 1 [13].
Таблица 1. Статистические показатели содержания валового титана в почвообразующих породах Замландского полуострова
Table 1. Statistical indices of the content of total titanium (%) in the parent rocks of the Samland Peninsula
Породы n М m lim (по Ti02) V
Ti Ti02
Водно-ледниковые пески и супеси 28 0,25 0,42 0,04 0,10 - 0,89 47,6
Моренные супеси и пески 18 0,32 0,53 0,05 0,15 - 0,75 35,8
Выщелоченные моренные суглинки 50 0,44 0,73 0,01 0,44 - 0,95 12,3
Карбонатные моренные суглинки 15 0,41 0,68 0,02 0,62 - 0,73 5,9
Выщелоченные озерно-ледниковые и озерно-морские 15 0,49 0,81 0,03 0,65 - 0,97 12,3
Карбонатные озерно-ледниковые и озерно-морские 15 0,40 0,66 0,06 0,45 - 0,81 16,7
Древнеаллювиальные пески и супеси 20 0,11 0,19 0,03 0,08 - 0,44 68,4
Аллювиальные 20 0,31 0,51 0,05 0,10 - 0,93 47,0
Эоловые пески Балтийской и Курш-ской кос 6 0,16 0,26 0,11 0,05 - 0,60 111,5
Все породы (без кос) 181 0,34 0,57 0,02 0,08 - 0,97 40,3
Примечание: n - объем выборки; М - среднее арифметическое; m - ошибка средней; lim - размах выборки: минимальное и максимальное содержание элемента; V - коэффициент вариации, %.
Среднее содержание титана в породах ниже кларкового значения в литосфере, однако в отдельных группах пород приближается к кларку (моренные суглинки), а в выщелоченных озерно-ледниковых и озерно-морских породах превышает его.
По сравнению с четвертичными отложениями Беларуси породы Замланд-ского полуострова богаче титаном и, по-видимому, ближе к таковым Польши, так как имеют общий генезис.
В эоловых песках песчаных кос (Балтийской и Куршской) выявился большой разброс по содержанию титана. Образцы с аномально высоким количеством элемента отобраны на Куршской косе. В разрезе 107 (песчаный карликовый подзол) содержание титана максимально (0,6 % ПО2) именно в почвообразующей породе. В разрезе 449, заложенном на участке археологического памятника Корал-ленберге (Хвойное), количество титана 0,69 % (1,152 % ПО2) в горизонте, подстилающем культурный слой. Этот разрез не вошел в выборку, так как почвы на археологических памятниках изучаются нами отдельно. В результате можно сделать вывод, что столь высокие значения связаны с титан-цирконовой россыпью, на которую указывает Г.Н. Ельцина. По-видимому, данная россыпь частично развеяна ввиду передвижения дюн, и материал переотложен.
Среди аллювиальных пород выделяется один образец с высоким содержанием титана. Разрез 373 заложен в пойме лесного ручья - притока р. Медвежьей. Интересен разрез тем, что в этом месте близко к поверхности подходят палеогеновые янтароносные породы. Аллювиальные отложения прикрывают их, и в слоях неоднородного гранулометрического состава обнаруживается повышенное содержание титана. Возможно, это результат размыва локального рудопроявления.
Корреляционный анализ показывает, что в выборке из всех пород связь титана с илом близка к сильной (г = 0,69), а с фракцией «физической глины» (менее 0,01 мм) - сильная (г = 0,75). Внутри отдельных групп коэффициенты корреляции варьируют (г = 0,42 - 0,77), но с глиной связь немного теснее, чем с илом.
При изучении корреляции содержания валового титана с фракцией 0,25 -0,01 мм (мелкий песок + крупная пыль) коэффициенты корреляции не выше 0,66.
Валовой титан тесно связан с цирконием (г = 0,80) и железом (г = 0,83). Этот факт свидетельствует о том, что эти элементы присутствуют в совместных минералах и преимущественно в тонкодисперсной части почвы.
По результатам исследований в среднем в почвах Замландского полуострова содержится валового П 0,35 % (0,59% ПО2) [13], в том числе:
- в гумусовых горизонтах (среднее по всем почвам) - 0,34 % П (0,575%
^О2);
- в гумусовом горизонте лесных почв - 0,35 П (0,59% ПО2);
- в гумусовом горизонте почв сельскохозяйственных угодий - 0,355 (0,56% ПО2).
Следовательно, среднее содержание титана: 1) ниже кларка в почвах мира; 2) выше, чем в почвах Беларуси, Литвы, Латвии, и ближе всего (но несколько выше) к таковому почв Польши [6; 14]; практически равно среднему значению почв Европы; 3) почти равно количеству его в почвообразующих породах Замландско-го полуострова (табл. 1); 4) не выявлено его достоверных различий между лесными и окультуренными почвами; 5) в гумусовых горизонтах и в почвах в целом почти равно, что указывает на очень слабую внутрипочвенную миграцию.
Распределение титана по группам почв отражено в табл. 2.
Таблица 2. Статистические показатели содержания валового титана (%) в гумусовых горизонтах почв Замландского полуострова
Table 2. Statistical indices of the content of total titanium (%) in the humus horizons of the soils of the Samland Peninsula
Почвы Угодье n М m lim (по Ti02) V
Ti Ti02
Дерново-подзолистые песчаные и супесчаные Лес 22 0,25 0,41 0,05 0,16 - 0,83 51,2
С/х* 25 0,22 0,36 0,03 0,18 - 0,55 33,3
Дерново-подзолистые суглинистые С/х 22 0,45 0,75 0,02 0,67 - 0,82 8,0
Буроземы песчаные и супесчаные Лес 30 0,40 0,67 0,04 0,22 - 1,02 25,4
С/х 22 0,35 0,58 0,03 0,49 - 0,70 17,2
Буроземы суглинистые Лес 20 0,45 0,75 0,04 0,60 - 0,88 13,4
С/х 22 0,41 0,69 0,02 0,55 - 0,80 26,1
Дерново-глеевые Лес 13 0,35 0,59 0,06 0,30 - 0,80 25,4
С/х 16 0,41 0,68 0,03 0,45 - 0,82 16,2
Аллю виальные Лес 12 0,32 0,53 0,02 0,49 - 0,59 9,4
С/х 16 0,42 0,70 0,04 0,52 - 0,76 15,7
Болотные низинные осушенные С/х 20 0,25 0,42 0,08 0,02 - 0,81 71,4
* - сельскохозяйственные угодья (пашни, залежи, сенокосы, пастбища)
Достоверных различий по содержанию титана в гумусовых горизонтах почв песчаного, супесчаного и среднесуглинистого состава не обнаружено. Максимальное количество выявлено в пылеватых супесчаных почвах, сформированных на обогащенных титаном породах. По генезису это водно-ледниковые отложения.
Корреляционный анализ показал, что преобладающие почвы Замландского полуострова характеризуются нечёткими связями валового титана (г менее 0,5) с илистой и глинистой фракциями по сравнению с материнскими породами. Причина видится в интенсивном выносе ила из профиля подзолистых и буроземных почв. Этот факт подтверждается тем, что в группах дерново-глеевых и аллювиальных почв коэффициенты корреляции с илом и глиной варьируют в пределах 0,53 - 0,88.
Корреляция количества титана с валовым железом и цирконием в гумусовых горизонтах варьирует в широких пределах по разным группам почв, а в общей выборке связь слабая. С органическим веществом нет связи, а в болотных почвах корреляция резко отрицательная.
В почвенных Бе- и Бе-Мп-новообразованиях титан преимущественно не накапливается. Лишь изредка обнаруживается его незначительная недостоверная аккумуляция (коэффициент накопления 1,2 - 1,4).
ВЫВОДЫ
1. Среднее содержание валового титана в почвообразующих породах составляет 0,34 % (0,57 % ТЮ2), сильно варьирует и зависит от генезиса (0,08 - 0,97 %).
2. Повышенные количества элемента в песчаных породах Куршской косы и отдельных аллювиальных отложениях связаны с локальными россыпями предположительно ильменит-цирконового типа, их размыванием и переотложением.
3. В выборке из всех пород связь титана с фракцией физической глины сильнее (r = 0,75), чем с илом (r = 0,69).
4. Корреляционный анализ подтвердил тесную связь валового титана с цирконием (r = 0,80) и железом (r = 0,83). Следовательно, эти элементы присутствуют в совместных минералах и преимущественно в тонкодисперсной части поч-вообразующих пород.
5. Среднее количество титана в гумусовых горизонтах всех почв совпало с содержанием в породах 0,34 % Ti (0,575 % Ti02). Между гумусовыми горизонтами лесных и окультуренных почв не обнаружено достоверных различий. Титан характеризуется очень слабой миграционной способностью в почвенно-клима-тических условиях региона.
6. В почвах Замландского полуострова (суммарно по всем типам почв и по горизонтам) содержится 0,35 % Ti (0,59 % Ti02). Это выше, чем в почвах Беларуси, Литвы, Латвии, ближе всего к показателям для Польши; практически равно среднему значению для почв Европы.
7. Количество титана в почвах региона наследуется от почвообразующих пород. Недостоверность корреляции содержания элемента с фракциями глины и ила связана с интенсивным лессиважем и текстурной дифференциацией бурозем-ных и дерново-подзолистых почв. При этом титан не подвержен миграции по профилю почв.
8. Наши данные не подтверждают повсеместное накопление титана в почвенных новообразованиях.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Алексеенко, В. А. Экологическая геохимия / В. А. Алексеенко. -Москва, 2000. - 627 с.
2. Geochemical Atlas of Europe [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.gtk.fi/publ/foregsatlas/.
3. Lindsay, W. L. Chemical equilibria in soils / W. L. Lindsay. - 1979. - 449 р.
4. Перельман, А. И. Геохимия / А. И. Перельман. - Москва, 1979. - 423 с.
5. Перельман, А. И. Геохимия ландшафта/ А. И. Перельман, Н. С. Касимов. -Москва, 1999. - 610 с.
6. Кабата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас. - Москва: Мир, 1989. - 439 с.
7. Беус, А. А. Геохимия окружающей среды / А. А. Беус, Л. И. Грабовская, Н. В. Тихонова. - Москва: Недра, 1976. - 248 с.
8. Добровольский, В. В. Гипергенез четвертичного периода / В. В. Добровольский. - Москва: Недра, 1966. - 212 с.
9. Классификация и диагностика почв СССР / сост. В. В. Егоров [и др.]. -Москва: Колос, 1977. - 224 с.
10. Подзолистые почвы запада Европейской части СССР / отв. ред. Н. А. Ногина, А. А. Роде. - Москва: Колос, 1977. - 287 с.
11. Полезные ископаемые Калининградской области [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www2.gov39.ru/index.php?idpage=290
12. Завалишин, А. А. Почвенный покров Калининградской области / А. А. Завалишин, Б. В. Надеждин // Почвы Калининградской области. - Москва: Изд-во АН СССР, 1961. - С. 5 - 130.
13. Анциферова, О. А. Геохимия элементов в почвах Замландского полуострова: моногр. / О. А. Анциферова. - Калининград: Изд-во ФГБОУ ВПО «КГТУ», 2013. - 222 с.
14. Lis, J. Geochemical atlas of Poland / J. Lis, A. Pasieczna. - Warszawa, 1995.
12 p.
REFERENCES
1. Alekseenko V. A. Ekologicheskaya geokhimiya [Ecological geochemistry]. Moscow, 2000, 627 p.
2. Geochemical Atlas of Europe. Available at: http:// www.gtk.fi.publ.foregsatlas (Accessed 23 January 2013).
3. Lindsay W. L. Chemical equilibria in soils. New York, Wiley, 1979,
449 p.
4. Perel'man A. I. Geokhimiya [Geochemistry]. Moscow, 1979, 423 p.
5. Perel'man A. I., Kasimov N. S. Geokhimiya landshafta [Geochemistry of the landscape]. Moscow, 1999, 610 p.
6. Kabata-Pendias A., Pendias Kh. Mikroelementy v pochvakh i rasteniyakh [Microelements in soils and plants]. Moscow, Mir, 1989, 439 p.
7. Beus A. A., Grabovskaya L. I., Tikhonova N. V. Geokhimiya okruzhayushchey sredy [Geochemistry of the environment]. Moscow, Nedra, 1976, 248 p.
8. Dobrovol'skiy V. V. Gipergenez chetvertichnogo perioda [Hypergenesis of the Quaternary]. Moscow, Nedra, 1966, 212 p.
9. Klassifikatsiya i diagnostika pochv SSSR [Classification and diagnostics of soils of the USSR]. Sost. V.V. Egorov i dr. Moscow, Kolos, 1977, 224 p.
10. Podzolistye pochvy zapada Evropeyskoy chasti SSSR [Podzolic soils of the western part of the European part of the USSR]. Otv. red. N. A. Nogina, A. A. Rode. Moscow, Kolos, 1977, 287 p.
11. Poleznye iskopaemye Kaliningradskoy oblasti [Minerals of the Kaliningrad region]. Available at: http. www2.gov39.ru.index.php.idpage.290 (Accessed 12 December 2012).
12. Zavalishin A. A, Nadezhdin B. V. Pochvennyy pokrov Kaliningradskoy ob-lasti. Pochvy Kaliningradskoy oblasti [Soil cover of the Kaliningrad region. Soils of the Kaliningrad Region]. Moscow, Izd-vo AN SSSR, 1961, pp. 5 - 130.
13. Antsiferova O. A. Geokhimiya elementov v pochvakh Zamlandskogo polu-ostrova [Geochemistry of elements in the soils of the Samland Peninsula]. Kaliningrad, Izd-vo FGBOU VPO «KGTU», 2013, 222 p.
14. Lis J., Pasieczna А. Geochemical atlas of Poland. Сartographic material. Warszawa, Polish Geological Institute, 1995, 12 р.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ
Анциферова Ольга Алексеевна - Калининградский государственный технический университет; кандидат сельскохозяйственных наук, доцент; E-mail: anciferova@inbox.ru
Antsiferova Olga Alekseevna - Kaliningrad State Technical University; PhD in Agricultural Sciences, Associate Professor; E-mail: anciferova@inbox.ru
