CC BY
55
ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
Стандартное отклонение должно вычисляться по данным запасов
£(x. - x)2
а = \---!-----.
V n
о может быть рассчитано приближенно с условием, что распределение запасов подчиняется кривой нормального распределения. В этом случае о рассчитывается формуле о = (X - X ) / 6. Цифра 6 означает диапазон кривой нормального распределения (+/-3о), а это 6 стандартных отклонений.
Итак, определение необходимого числа пробных площадей производится по формуле n = (Cd-t / P)2.
Для основных лесообразующих пород модели необходимого числа пробных площадей представляются регрессией вида
N = exp {7,013 - 2,0 lnP + 2,0 lnt}, где N - необходимое число лесотаксационных выделов в зависимости от заданной точности определения среднего запаса (P) и уровня доверительной вероятности (t);
k0, k1, к2 - численные коэффициенты уравнения.
Коэффициент детерминации равен 1.0, что свидетельствует о функциональных взаимосвязях.
Для практического использования рекомендованы модели, представленные на рис. 1, и затабулированное количество лесотаксационных участков для соответствующей точности определения среднего запаса в лесных массивах при трех пороговых уровнях доверительной вероятности (0,68; 0,95 и 0,99).
о НЕОДНОРОДНОСТИ ПОЧВЕННЫХ ГЕЛЕЙ
Г.Н. ФЕДОТОВ, проф. Российского федерального центра судебной экспертизы при Минюсте РФ, д-р биол. наук,
ОН. БЫСТРОВА, ст. эксперт Российского федерального центра судебной экспертизы при Минюсте РФ,
Е.А. МАРТЫНКИНА, ст. эксперт Российского федерального центра судебной экспертизы при Минюсте РФ,
В.И. ПУТЛЯЕВ, доц. химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, канд. хим. наук,
В.С. ШАЛАЕВ, проф. МГУЛ, д-р техн. наук
В ряде работ [1, 2, 19] исследовалась структурная организация почвенных гелей, выделяемых из почв прессованием, а также почвенных гелей, которые поднимались на поверхность воды, отрываясь от сухих почвенных агрегатов. Изучалась структурная организация илистой фракции дерново-подзолистой почвы, полученной в результате диспергирования почвы с пирофосфатом натрия [1]. Кроме того, методом малоуглового рассеяния нейтронов исследовалис почвенные гели в самих почвах без их выделения [3]. Все полученные результаты свидетельствовали о наноструктурной организации почв в виде армированных гумусовых студней [1].
В то же время ранее было показано, что слабое воздействие позволяет перевести в состояние устойчивой суспензии меньшее количество вещества почвы, как бы долго не
gennadiy.fedotov@gmail.com продолжался эксперимент [4]. Был сделан вывод о сосуществовании в почвах гелей нескольких типов с разной энергией связи. Первым обратил внимание на существование в почвах активного и пассивного ила А.Н. Соколовский [5]. Активный и пассивный гумус изучал Н.И. Лактионов [6]. Неоднородность почвенных гелей активно исследовал А.Ф. Тюлин, разработав для этого метод дробной пептизации [7, 11]. Аналогичные результаты о сосуществовании нескольких видов коллоидно-илистых фракций в различных почвах получали и другие исследователи [4, 8, 9].
Таким образом, с одной стороны, эксперименты свидетельствуют о коллоидной организации почв в виде армированных гумусовых студней, а с другой стороны, в почвах одновременно присутствует несколько
66
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009
ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
видов гелевых структур, имеющих разную прочность связи и разный состав [7].
Целью работы было уточнение представлений о структурной организации почвенных гелей.
В качестве объектов были выбраны образцы кубанского и курского черноземов, серой лесной почвы Владимирского ополья, дерново-подзолистой почвы из окрестностей поймы р. Клязьма. Свойства почв приведены в работе [1].
При изучении распределения тяжелых металлов по агрегатам воздушно-сухие почвы рассевали на ситах на фракции (мм): больше 10, 7-10, 5-7, 3-5, 2-3, 1-2, 0,5-1, 0,25-0,5 и менее 0,25. Полученные образцы растирали в ступке до частиц размером менее 1 мм, разделяли на две части и обрабатывали для перевода в вытяжки тяжелых металлов одну часть 1 н азотной кислотой, а другую ацетатно-аммонийным буфером по стандартным методикам [10]. Тяжелые металлы, выделяемые 1 н азотной кислотой, относят к потенциально подвижным соединениям. Считается, что в раствор переходят ионы, входящие в почвенный поглощающий комплекс в виде обменных катионов, сорбированные минеральными почвенными компонентами, находящиеся в составе комплексных соединений с почвенным органическим веществом. Ацетатно-аммонийный буфер извлекает подвижные формы тяжелых металлов, способных к миграции по почвенному профилю. Установлена высокая степень корреляции между количеством тяжелых металлов, извлекаемых из почв ацетатно-аммонийным буфером, и количеством этих элементов в растениях, произрастающих на исследуемых почвах [10]. Считается, что по сравнению с 1 н азотной кислотой, ацетатно-аммонийный буфер с рН 4,8 не затрагивает более прочно связанные с почвой и, следовательно, менее подвижные соединения тяжелых металлов.
При приготовлении объектов для определения содержания тяжелых металлов в почвенных гелях воздушно-сухие почвенные агрегаты размером 3-5 мм помещали в чашки Петри, капиллярно увлажняли, а затем поднимали уровень воды в чашке Петри. Это приводило к отделению от агрегатов и подъему на поверхность воды гелевых пленок. Затем
гелевые пленки помещали на стекло или бумажный фильтр и высушивали при 40 °С.
Определение тяжелых металлов проводили в вытяжках в 1 н азотной кислоте из пленок на бумажном фильтре и в вытяжках в 1 н азотной кислоте и в ацетатно-аммонийном буфере из почв на атомно-абсорбционных спектрофотометрах «AAnalyst200» и «AAnalyst 600» фирмы Perkin Elmer, электронно-микроскопическое - на растровом электронном микроскопе LEO SUPRA - 50 VP.
Для экспериментальной проверки сосуществования в почвах нескольких типов почвенных гелей решили использовать присутствие в почве подвижных форм тяжелых металлов. Было проведено сравнение их концентраций в почве и в гелевых пленках, самопроизвольно поднимающихся на поверхность воды при увлажнении сухих почвенных агрегатов. Логика подобного подхода довольно очевидна, так как подвижные формы тяжелых металлов должны закрепляться почвенными гелями, причем в различных типах почвенных гелей, имеющих разный состав, они должны закрепляться по-разному.
Концентрации тяжелых металлов в почвах и гелевых пленках, выделенных из этих почв, сильно отличаются (табл. 1). Если бы концентрация в пленках была выше, чем в почвах, а соотношение между определяемыми элементами сохранялось примерно постоянным, это свидетельствовало бы о существовании в почвах гелей одного типа. Однако результаты свидетельствуют об огромных колебаниях соотношений содержания тяжелых металлов в почвах и гелевых пленках. Отличия столь значительны, что на качественную картину не оказывает влияния пересчет на содержание гелей, которых в черноземах содержится около 50 % вес., а в дерново-подзолистых почвах - 25-30 % вес. [7].
Цинка в почвах содержится примерно в 40-400 раз больше, чем в гелевых пленках, а меди, кадмия и свинца соответственно в 10150, 50-1000, 5-10 раз меньше. Это однозначно свидетельствует, что, кроме выделяемых нами гелевых пленок, которые накапливают медь, кадмий и в меньшей степени свинец, существуют еще какие-то коллоидные образования, накапливающие цинк.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009
67
ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
Таблица 1
Содержание тяжелых металлов в гелевых пленках и почвах
Почвы Горизонты Содержание металла в почве / Содержание металла в гелевой пленке, мкг / г
Cu Zn Ni Co Pb Cd Mn
0-10 8,84 28,6 10.94 8,23 8,64 0,0014 575
726 0,19 73,3 13,64 37,33 0,299 1352
10-20 8,39 22,6 11,52 6,95 10,15 0,0014 567
317 0,05 37,78 8,64 21,81 0,066 554
Серая 30-40 8,26 24,4 10,34 5,83 7,76 0,0004 305
лесная 857 0,26 64,33 10,37 26,01 0,441 732
40-50 8,68 24,2 10,56 4,87 7,35 0,0005 300
250 0,14 13,75 3,91 13,95 0,063 225
50-60 8,34 24,4 12,10 4,77 7,88 0,0004 297
1390 0,64 164 38,89 70,05 0,437 240
А 6,65 24,0 12,19 4,13 7,40 0,0008 367
510 0,23 36,9 7,10 55,18 0,52 536
Курский В1 6,15 20,6 11,22 3,79 8,12 0,0007 300
чернозем 140 0,135 23,3 1,96 44,48 0,391 508
В2 6,40 20,5 11,15 3,80 8,18 0,0008 310
87,5 0,039 12,57 3,21 62,05 0,402 270
Кубанский А 63 90 48 270
чернозем 432 22,4 44,0 324
Дерново- А 22 2,26 10,4 357
подзолистая 545 13,7 13,5 147
Обращает на себя внимание одинаковое поведение тяжелых металлов в гелях различных почв и почвенных горизонтов. Цинка во всех почвах содержится значительно больше, чем в гелевых пленках, а меди и кадмия - значительно меньше.
Исследование гелей почвенных агрегатов методом рентгено-локального анализа путем сканирования по линии в различных направлениях внутри агрегатов не дало возможности обнаружить отличий в их химическом составе и не подтвердило существования микроагрегатов со значимо отличающимся составом [12].
Можно предположить послойное образование гелевых пленок разного состава на крупных частицах минералов. Частицы 2 группы выделяются после частиц 1 группы. Следовательно, именно они должны образовывать внутренние гелевые пленки. При рассмотрении системы (почвы) в статике такое объяснение можно признать приемлемым. Однако почва - динамичная система, в ней существует сезонная динамика перехода микроагрегатов 1 группы в микроагрегаты 2 группы и обратно. При уменьшении влажности почвы в течение сезона происходит увеличение доли
микроагрегатов 2 группы. Наблюдаемую сезонную динамику содержания микроагрегатов 1 и 2 групп А.Ф. Тюлин объяснил окислением двухвалентного железа до трехвалентного. С позиций армированного гумусового студня это должно приводить к увеличению количества связей в гумусовой сетке, упрочнению и сжатию гелей) [7]. Это позволяет усомниться в возможности реализации такого вида неоднородности.
Можно также предположить существование мозаичности гелевых пленок из-за их возникновения на различных минералах и последовательное выделение из этих пленок блоков, имеющих различную прочность связи. Полученные нами электронные микрофотографии гелевых пленок подтверждают их неоднородность [19].
С целью уточнения вопроса о механизме реализации неоднородности рассмотрим данные А.Ф. Тюлина по составу микроагрегатов 1 и 2 групп (табл. 2, 3). Из представленных данных следует, что:
1. Частицы 2 группы содержат больше гумуса по сравнению с частицами 1 группы.
2. Частицы 1 группы обогащены алюмосиликатами по сравнению с исходной почвой.
68
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009
ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
3. Гумус частиц 2 группы содержит большее число полярных группировок.
4. Частицы 2 группы связывают значительно больше гидрооксидов железа и алюминия и меньше алюмосиликатов по сравнению с частицами 1 группы.
5. Частицы 2 группы связывают значительно больше гидрооксидов железа и алюминия и меньше алюмосиликатов по сравнению с частицами 1 группы.
Однако при проведении анализа результатов с учетом поведения армированного гумусового студня при различных воздействиях на него представления несколько меняются. Связано это, прежде всего, с тем, что гели армированы частицами минералов различных размеров. Поэтому при выделении микроагрегатов 2 группы при механическом воздействии может происходить выделение наиболее крупных частиц минералов из пленок гелей, аналогичное тому, какое наблюдается при центрифугировании [13].
В первую очередь, может идти потеря крупных частиц кварца и полевых шпатов, а это должно приводить к обогащению фракции 2 группы по сравнению с фракцией 1 группы гумусом, азотом, фосфором и несиликатными формами полуторных окислов. Причем возрастание их содержания, если оно обусловлено только потерей частиц первичных минера-
лов при выделении микроагрегатов 2 группы, должно происходить пропорционально друг другу. Однако подобной пропорциональности не наблюдается (табл. 2, 3).
Для слабовыщелоченного чернозема содержание гумуса в агрегатах 2 группы по сравнению с агрегатами 1 группы возрастает примерно в 2 раза, азота в 2,3, фосфора в 1,4. Для окислов железа: валовое содержание не меняется, а содержание несиликатного железа возрастает в 2,5 раза. Для окислов алюминия: валовое содержание возрастает в 1,3, несиликатное - в 2,9 раз. Для лугово-черноземной почвы: содержание гумуса возрастает в 1,5, азота в 1,4, фосфора в 1,06 раз.
Таким образом, микроагрегаты 2 группы слабовыщелоченного чернозема в исходном состоянии обогащены несиликатными формами железа и алюминия, обеднены фосфором (в 1,4 раза), валовым железом (в 2 раза) и валовым алюминием (в 1,3 раза). Это позволяет сделать однозначный вывод о сильном обеднении гумуса силикатными формами железа и алюминия, что подтверждает предположение о потере частиц минералов при выделении микроагрегатов 2 группы.
С учетом этого процесса при пересчете представленных данных на гумус следует, что микроагрегаты 2 группы изначально отличаются по составу от микроагрегатов 1 группы.
Т а б л и ц а 2
Содержание гумуса, азота, фосфора в 1 и 2 группах частиц (в % от веса почвы или от веса каждой группы) [7]
Почва Гумус (по Тюрину) Азот (по Кьельдалю) Р2О5 (по Лоренцу)
Слабовыщелочен- Почва в целом 4,97 0,21 0,08
1 группа частиц 10,39 0,47 0,23
ныи чернозем 2 группа частиц 20,95 1,10 0,32
Лугово-черноземная Почва в целом 1 группа частиц 2 группа частиц 13,96 0,78 0,23
солонцеватая почва 14,38 21,99 0,80 1,14 0,34 0,32
Т а б л и ц а 3
Содержание несиликатного железа и алюминия в слабовыщелоченном черноземе (в % от веса почвы или каждой группы) [7]
Объект Fe2Оз А12О3
валовое несиликатное валовое несиликатное
Почва в целом 2,96 0,37 5,98 1,11
1 группа 6,10 0,68 17,47 1,51
2 группа 6,04 1,68 23,19 4,41
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009
69
ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
В них на единицу гумуса приходится значительно больше несиликатных форм железа и алюминия и меньше фосфора. Гумус микроагрегатов 2 группы обогащен частицами полуторных окислов и обеднен фосфатами. Это приводит к его сжатию и увеличению прочности связи. Необходимо отметить некоторую условность выводов о существовании двух групп микроагрегатов, связанную с двумя экспериментальными методами их выделения. В почвах, по-видимому, существует довольно широкий спектр энергий связи блоков гелей в единую матрицу армированного гумусового студня и использование большего набора методов воздействий дает возможность выделить большее число групп гелей [4].
Все представленные экспериментальные данные позволяют предположить, что в почвенных гелях существуют локальные области с повышенным содержанием железа, относительно равномерно распределенные по гелю. По-видимому, их существование связано с минералами, способными при выветривании образовывать оксиды железа.
Почвенная масса дерново-подзолистой почвы неоднородна [14]. Она включает крупнокристаллические частицы, покрытые тонким слоем геля, и блоки, образованные из более мелких частиц и геля. При рассеве почвенная масса распадается. В крупных агрегатах сохраняется структурное состояние исходной почвы.
Т а б л и ц а 4
Содержание тяжелых металлов в дерново-подзолистой почве (по фракциям)
Разм. агре- гатов, мм Цинк, мкг/г Медь, мкг/г Марганец, мкг/г Свинец, мкг/г Кобальт, мкг/г Никель, мкг/г Кадмий, мкг/г
Отношение количества элементов, выходящих из агрегатов в 1 н HNO3 и в ААБ
HNO3 ААБ HNO3 ААБ HNO3 ААБ HNO3 ААБ HNO3 ААБ HNO3 ААБ HNO3 ААБ
3-5 196,5 8,17 22,0 1,37 357.4 63.1 10,14 0,51 1,11 0,100 2,26 0,208 0,23 0,147
22,6 16 5,66 19,9 11,1 10,9 1,56
2-3 214,5 7,62 26,1 1,12 389.7 59.1 8,76 0,39 1,61 0,088 2,62 0,160 0,25 0,218
28,1 23,3 6,59 22,5 18,3 16,4 1,15
1-2 284,2 7,91 33,3 1,43 431.0 62.2 25,84 0,44 1,64 0,088 3,18 0,209 0,28 0,232
35,9 23,3 6,93 58,7 18,6 15,2 1,21
0,5-1 147,4 6,88 19,4 1,30 249.6 45.4 7,56 0,40 0,74 0,075 1,72 0,149 0,17 0,153
21,4 14,9 5,50 18,9 9,9 11,5 1,11
0,5- 0,25 151,4 5,85 17,0 1,99 226.3 38.4 5,82 0,72 0,68 0,059 1,39 0,115 0,13 0,129
25,9 8,5 5,89 8,1 11,5 12,1 1
0,25 229,7 8,17 30,6 1,43 436.4 54.7 11,24 0,13 1,66 0,080 2,73 0,199 0,24 0,168
28,1 21,4 7,98 86,5 20,75 13,7 1,43
Таблица 5
Содержание тяжелых металлов в черноземе (по фракциям)
Разм. агре- гатов, мм Цинк мкг/г Медь, мкг/г Марганец, мкг/г Свинец, мкг/г Кобальт, мкг/г Никель, мкг/г Кадмий, мкг/г
Отношение содержаний элементов, выходящих из агрегатов в 1 н HNO3 и в ААБ
HNO3 ААБ HNO3 ААБ HNO3 ААБ HNO3 ААБ HNO3 ААБ HNO3 ААБ HNO3 ААБ
5-7 12,6 1,40 6,30 0,63 277,6 55,80 5,00 0,036 2,39 0,053 9,92 0,40 0,11 0,0027
9 10 4,97 139 45,1 24,8 40,7
3-5 8,7 0,98 5,00 0,38 260,9 54,96 4,72 0,020 2,20 0,052 8,99 0,37 0,10 0,0026
8,88 13,16 4,75 236 42,3 24,3 38,5
2-3 8,3 0,84 5,00 0,38 251,2 54,96 4,63 0,033 2,50 0,053 12,56 0,37 0,10 0,0021
9,88 13,16 4,57 140 47,2 33,9 47,6
1-2 9,0 0,80 5,20 0,50 252,6 64,12 4,65 0,036 2,28 0,070 9,53 0,41 0,09 0,0023
11,25 10,4 3,94 129 32,6 23,2 39,1
1-0,25 8,5 0,85 5,30 0,50 251,2 55,38 4,69 0,043 2,11 0,049 9,20 0,37 0,10 0,0018
10 10,6 4,54 109 43,1 24,9 55,6
0,25 7,7 0,74 5,40 0,75 234,6 48,72 4,65 0,039 2,09 0,048 8,60 0,33 0,09 0,0020
10,41 7,2 4,82 119 43,5 26,1 45
70
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009
ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
Размер агрегатов, мм
Рис. 1. Изменение содержания меди и свинца в азотнокислой вытяжке из различных фракций агрегатов дерново-подзолистой почвы*
Размер агрегатов, мм
Рис. 3. Изменение содержания меди и цинка в вытяжке ацетатно-аммонийным буфером из различных фракций агрегатов дерново-подзолистой почвы*
* 0,25 - фракция меньше 0,25; 0,5 - фракция 0,25-0,5; 1 5 - фракция 3-5
Из микроскопических наблюдений следует, что агрегаты размером 1-2 мм состоят преимущественно из мелких частиц и геля, а размером 0,25-1 мм содержат большое количество крупнокристаллических частиц, покрытых слоем геля. Фракция агрегатов размером менее 0,25 мм обогащена гелем. Таким образом, количество армированного гумусового студня во фракциях агрегатов должно отличаться. Данные по максимальному выходу тяжелых металлов из фракции агрегатов 1-2 мм при их обработке 1 н азотной кислотой и по пониженному выходу тяжелых металлов из фракций 0,25-0,5 мм и 0,5-1 мм (рис. 1, 2, табл. 4) коррелируют с результатами микроскопических исследований по содержанию гелей в этих фракциях и свидетельствуют о переходе в вытяжку тяжелых металлов из всего геля, содержащегося в агрегатах.
Размер агрегатов, мм
Рис. 2. Изменение содержания никеля, кобальта и кадмия в азотнокислой вытяжке из различных фракций агрегатов дерново-подзолистой почвы*
Рис. 4. Изменение содержания свинца, никеля, кадмия и кобальта в вытяжке ацетатно-аммонийным буфером из различных фракций агрегатов дерново-подзолистой почвы*
- фракция 0,5-1; 2 - фракция 1-2; 3 - фракция 2-3;
Несколько иную картину мы наблюдаем для вытяжек тяжелых металлов ацетатноаммонийным буфером из агрегатов различных фракций дерново-подзолистой почвы.
Из полученных результатов (рис. 3, 4, табл. 4) следует, что тяжелые металлы можно условно разбить на две группы. К первой группе можно отнести свинец и медь, а ко второй - цинк и остальные исследуемые элементы. Для меди и особенно свинца максимум их содержания приходится на фракцию 0,250,5 мм, в то время как для элементов второй группы на эту фракцию приходится минимум их содержания. В этой фракции, как было отмечено выше, повышено содержание частиц, соответствующих по размеру песчаным.
Для объяснения этих данных была необходима информация об удержании тяжелых металлов различными компонентами
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009
71
ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
армированного гумусового студня. Такие результаты были получены для ряда тяжелых металлов методом EXAFS-спектроскопии [15]. Свинец в основном удерживается органическим веществом почв, причем предпочтительнее он хелатируется функциональными группами ароматических колец, формируя бидентантные комплексы. Цинк удерживается почвенными глинистыми минералами и гидроксидами железа [16].
Данные EXAFS-спектроскопии [15] и полученные нами результаты подтверждают неоднородность армированного гумусового студня, а также то, что с разными минералами контактирует армированный гумусовый студень иной природы.
Армированный гумусовый студень, находящийся на поверхности частиц песка, по-видимому, обладает повышенной способностью к удерживанию катионов меди и свинца. Можно сделать вывод, что он относительно богаче органическим веществом и беднее армирующими гумусовый студень гидрооксидами железа. Это согласуется с ранее полученными данными [18]. Гумусовый студень других фракций почвенных агрегатов, по-видимому, обогащен соединениями железа и глинистыми минералами, что увеличивает его способность удерживать другие тяжелые металлы.
В черноземе не наблюдается ярко выраженных отличий по выходу тяжелых металлов из агрегатов различных фракций, а отношение выходов тяжелых металлов в азотную кислоту и ацетатно-аммонийный буфер практически постоянно (табл. 5). Полученные результаты могут быть объяснены отсутствием аккумуляции в отдельных фракциях агрегатов частиц, соответствующих по размеру песчаным.
Обращает на себя внимание влияние природы гумуса на удерживание тяжелых металлов армированными гумусовыми студнями различных почв. Так в дерново-подзолистой почве выход кадмия в азотнокислую вытяжку сравним с выходом этого элемента в ацетатноаммонийный буфер, в то время как для чернозема эти величины отличаются более чем на два порядка. Однако найти четкие корреляции и сделать какие-либо выводы по этому вопросу пока не представляется возможным.
Основываясь на существовании в почвах нескольких видов почвенных гелей, обладающих различными составами и свойствами, рассмотрим модель образования армированного гумусового студня при возникновении почв. На начальном этапе почвообразования в грунте или породе имеется большое число минералов, обладающих различными поверхностными свойствами и различной способностью к адсорбции. Положительно заряженные минералы более активно адсорбируют органические молекулы с большим числом отрицательно заряженных групп. В результате на их поверхности образуется гумусовый студень с определенным набором свойств.
Обнаружить неоднородность в распределении гелей на макроуровне удается только для дерново-подзолистой почвы, минералы в которой имеют достаточно большие размеры и сегрегируются на макроуровне. В большинстве же почв минералы имеют микронные размеры, и обнаружить подобную неоднородность можно, только выделяя пылеватые и илистые фракции. Таким образом, процесс формирования почвенных гелей, их распределение по минеральной матрице и состав должны зависеть от минералогического и гранулометрического состава минералов.
Вид и количество органических веществ, поступающих в почву и взаимодействующих с почвенными минералами с образованием почвенных гелей, определяются произрастающей растительностью и микроорганизмами. В результате взаимодействия набора органических веществ, имеющих разные природу, размер молекул, набор функциональных групп и строение, с неоднородной минеральной матрицей должны возникать области концентрации определенного набора органических молекул вокруг определенных минералов. В таких условиях в почвах будут образовываться первичные органические студни различной природы, взаимодействующие между собой при большой их концентрации с образованием единой матрицы.
Во времени подобное образование должно изменяться. Экзогенные ферменты микроорганизмов будут трансформировать органический студень, превращая его в гумусовый студень и уменьшая его количество за
72
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009
ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
счет частичной минерализации. Движущаяся через почву вода будет захватывать и перемещать вглубь почвы отдельные органические молекулы, а также наиболее гидрофильные и наименее прочно связанные блоки образовавшихся гелей, создавая почвенный профиль.
Таким образом, можно сделать выводы о том, что в почве содержится несколько видов почвенных гелей, обладающих различными составом и свойствами.
Более прочно связанные с почвой гели обогащены несиликатными формами железа и алюминия и содержат меньше фосфора. Это приводит к их сжатию и увеличению прочности связи. Прочно связанные с почвой гели содержат в десятки раз больше цинка, а легко выделяемые из почв гели содержат в десятки раз больше меди и кадмия и в несколько раз больше свинца.
Представленные экспериментальные данные позволяют предположить, что в почвенных гелях существуют локальные области с повышенным содержанием железа, относительно равномерно распределенные по гелю, существование которых связано с минералами, способными при выветривании образовывать оксиды железа.
Неоднородные армированные гумусовые студни образуются в почвах при взаимодействии большого числа органических веществ, имеющих разные природу, размер молекул, состав функциональных групп и строение, с неоднородной минеральной матрицей вследствие возникновения областей концентрации определенных наборов органических молекул вокруг определенных минералов.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект 07-04-00144 а)
Библиографический список
1. Федотов, Г.Н. Гелевые структуры в почвах: дисс. ... докт. биол. наук / Г.Н. Федотов. - М.: МГУ, 2006.
- 345 с.
2. Федотов, Г.Н. Уточнение представлений о строении почвенных гелей / Г.Н. Федотов, Ю.Д. Третьяков, В.И. Путляев и др. // Доклады РАН. - 2006. - Т 411.
- № 2. - С. 203-205.
3. Федотов, Г.Н. К вопросу о механизме возникновения фрактальной организации у почвенных коллоидов / Г.Н. Федотов, Г.В. Добровольский, В.И. Путляев и др. // Почвоведение. - 2007. - № 7. - С. 823-830.
4. Беседин, П.Н. Состав и свойства коллоидно-илистых фракций и водопрочных агрегатов сероземов
и луговых почв / П.Н. Беседин. - Ташкент: Изд. САГУ, 1954. - 84 с.
5. Соколовский, А.Н. Из области явлений, связанных с коллоидной частью почвы А.Н. Соколовский // Известия Петровской сельскохозяйственной академии. - 1921. - Вып. 1-4.
6. Лактионов, Н.И. Закономерности трансформации органических коллоидов в черноземах при их сельскохозяйственном использовании: автореф. дисс. ... докт. с-х наук / Н.И. Лактионов. - Киев, 1974. - 36 с.
7. Тюлин, А.Ф. Органо-минеральные коллоиды в почве, их генезис и значение для корневого питания высших растений / А.Ф. Тюлин. - М.: АН СССР, 1958. - 52 с.
8. Винокуров, М.А. Содержание и состав органо-минеральных гелей в почвах / М.А. Винокуров // Почвоведение. - 1942. - № 3-4. - С. 73-88.
9. Данилова, Е.А. Качественный состав гидрофильных коллоидов почв юго-востока / Е.А. Данилова, В.Ф. Узун // Труды Саратовского сельскохозяйственного института. Пути повышения плодородия почв на юго-востоке. - Саратов: Изд. ССИ, 1969.
- Т. 24. - С. 98-110.
10. Теория и практика химического анализа почв / Под ред. Л.А. Воробьевой. - М.: ГЕОС, 2006. - 400 с.
11. Гедройц, К.К. Ультрамеханический состав почвы и зависимость его от рода катиона, находящегося в почве в поглощенном состоянии / К.К. Гедройц // Журн. оп. агрон. - 1922. - Т. 22.
12. Федотов, Г.Н. К вопросу о существовании анаэробных условий внутри почвенных агрегатов / Г.Н. Федотов, В.И. Путляев, С.Е. Сорокин // Материалы международной научно-практической конференции «Плодородие почв - уникальный ресурс - в нем будущее России», 26 февраля - 1 марта 2008 г. - СПб., 2008. - С. 125-126.
13. Федотов, Г.Н. Особенности наноструктурной организации почв / Г.Н. Федотов, В.И. Путляев, Т.Ф. Ру-дометкина и др. // Доклады РАН. - 2008. - Т. 422.
- № 6. - С. 767-770.
14. Воронин, А.Д. Основы физики почв / А.Д. Воронин. - М.: МГУ, 1986. - 244 с.
15. Водяницкий, Ю.Н. Изучение тяжелых металлов в почвах / Ю.Н. Водяницкий. - М.: ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева, 2005. - 110 с.
16. Водяницкий, Ю.Н. Изучение тяжелых металлов методами синхротронной техники / Ю.Н. Водяницкий // Сборник материалов «Современные проблемы загрязнения почв», 2 международная научная конференция. - М.: МГУ, 2007. - Т. 1. - С. 16-20.
17. Зубкова, Т.А. Матричная организация почв / Т.А. Зубкова, Л.О. Карпачевский. - М.: РУСАКИ, 2001. - 296 с.
18. Минкина, Т.М. Подвижность меди, цинка и свинца в загрязненных почвах степной зоны и способы ее оценки / Т.М. Минкина, О.Г. Назаренко, С.С. Манд-жиева // Современные проблемы загрязнения почв.
- М.: МГУ, 2007. - Т. 1. - С. 163-167.
19. Grossman R.B., Lynn W.C. Gel-Like Films that May Form at the Air-Water Interface in Soils. Soil Sci. Amer. Proc., vol. 31, 1967.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009
73
