CC BY
21Ученые записки Таврического национального университета имени В. И. Вернадского Серия «География». Том 26 (65), № 2. 2013 г. С. 68-80.
УДК 631.445.1:631.415.1
ОСОБЛИВОСТ1 КИСЛОТНО-ОСНОВНО1 Р1ВНОВАГИ ПОХОВАНИХ НИЗИННИХ ТОРФОВИЩ П1Д Р1ЗНИМИ ТИПАМИ РОСЛИННОСТ1
Партика Т. В., Гамкало З. Г.
Льв/'вський нацюнальний ушверситет iMeHi 1вана Франка, м. Львiв, Укра/на E-mail: tetyana.partyka@gmail.com, zenon.hamkalo@gmail.com
Дослвджеш особливост кислотно-основно! piBHOBara (КОР) похованих торфовищ пiд деревним (вшьховий лгс) i лучним ценозами. У пpофiлi 0-50 см максимальний вмiст обмшного Алюмiнiю виявлено у нaмулi - 70-85 ммоль (+)-кг-1, який стpибкоподiбно зменшуеться до 4,8-6,4 ммоль (+)-кг-1 у верхньому 16-20 см шapi торфу. КОР органогенно! частини Грунту е чутлившою до впливу фггогенного чинника, поршняно з намулом.
Ключовi слова: поховаш торфовища, намул, кислотно-основна ршновага, актуальна кислотнiсть, потенцшна кислоттсть, обмiнний Алюмiнiй
ВСТУП
Теоретико-методолопчш засади дослщження
Грунтова кислотшсть, як здатшсть Грунпв проявляти властивосп кислот або донор1в протошв, пов'язана з р1зними х1м1чними сполуками, яю при взаемоди з водою проявляють властивосп кислот, основ i амфол1то!д1в. Кислотш компоненти можуть знаходитися в рщкш фаз1 Грунпв, на поверхш частинок Грунтового вбирного комплексу (ГВК), у склад1 комплекшв з оргашчними сполуками, а також як самостшш тверд1 фази [1].Залежно вщ складу i стану кислотних компонента вони можуть зумовлювати р1зн1 види Грунтово! кислотности актуальну, обмшну i гщрол^ичну. Актуальна (у заруб1жн1й л1тератур1 - активна) кислотшсть пов'язана з актившстю юшв Пдрогену в рщких фазах Грунтових систем i характеризуеться величиною рНводне. Ушбраш твердою фазою юни Пдрогену i Алюмшда зумовлюють обмшну або солеобмшну кислотшсть, яку визначають обробкою Грунпв небуферними розчинами солей сильних кислот i сильних основ (KCl, CaCl2).
Природа обмшно! кислотносп пол^енетична, оскшьки !! утворюють юни Пдрогену i Алюмшю, вв1бран1 ГВК. Численш дослщження шдтверджують ппотезу обмшного А13+ як головного джерела кислотност в мшеральних горизонтах бiльшостi Гpунтiв. Проте, в органогенних горизонтах Гpунтiв, що мають значення рН фiльтpaтiв KCl суспензш 2,5-4,0, обмiннa кислотнiсть зумовлена неспецифiчними кислотами i розчинними фульвокислотами, а роль Алюмшю (III) як кислоти, згщно класичного хiмiчного pозумiння теpмiну "кислотшсть" - здaтнiсть бути донором протошв, в aнaлiзовaних об'ектах невелика [22]. Вщомо також, що будь-яю види потенцшно! Грунтово! кислотностi, пов'язано! з донорною здaтнiстю Гpунтiв стосовно протошв, знаходяться в тюнш, практично функцюнальнш зaлежностi вiд вмiсту гумусових кислот, що екстрагують 0,1 н розчином NaOH, тобто вщ першо! фракцп (ГК1 + ФК1а +1) [3].
О^м традицшно згадуваних кислотоутворювальниюв, ще одним кислотним компонентом е iони Бе (III), вмiст яких в КС1 суспензiях органогенних горизонтiв пiдзолистих i болотно-пiдзолистих rрунтiв, незалежно вiд !х генези, становить 0,050,11 ммоль-л-1 [14]. 1они Бе3+ порiвняно з А13+ е бiльш сильною кислотою (рКац = 2,19, Лiндсей за [2]). Крiм iонiв Феруму (III), серед катюшв, що екстрагуються в значних кiлькостях розчином КС1 та беруть участь у кислотно-основних рiвновагах, можуть бути Ка+, Са2+, Mg2+ i Мп2+, константи кислотностi катюшв вщповщно рiвнi 14,8, 12,6, 11,5 (Янсон за [2]) i 10,1 [16]. Виражешсть властивостей катiонiв, як кислот по Бренстеду-Лоур^ в поданому ряду закономiрно зростае. Щодо юшв Мп2+, якi зустрiчаються в органогенних горизонтах автоморфних грунпв [19, 22], то вони виявляють настiльки слабю властивостi кислот, що практично не впливають на значення рН розчину [23].
Кислотнють грунту - штегральна динамiчна величина, що залежить вщ хiмiчного i мiнералогiчного складу материнсько! породи, мiсцевого клiмату, вмiсту i якостi оргашчно! речовини, життедiяльностi органiзмiв. Процес природного пiдкислення грунтiв е постшним i пов'язаний з флуктуащями фiзико-хiмiчних, хiмiчних i бiологiчних процешв, яке нейтралiзуеться багатьма буферними мехашзмами грунтового середовища..
Серед прiоритетних чинниюв природного пiдкислення грунтiв е рослини, особливо деревш. Поява гумусових кислот, зокрема фульвокислот, фенолiв i полiфенолiв та iнших кислотоутворювальних метаболiтiв, внаслщок функцiонування системи хрунт-рослина, значно пришвидшила розклад первинних i вторинних мiнералiв. Необхiдно також врахувати, що сам процес мшерального живлення автотрофно! бюти, внаслiдок зарядкомпенсуючого еквiвалентного йонообмiну катюшв Пдрогену коренево! системи на катюни КИ4, К, Са, Mg та шш^ супроводжуеться пiдкисленням педосфери. Враховуючи атрибутивну роль протонгенеруючого процесу у кореневому живленш автотрофних органiзмiв, на наш погляд, заслуговуе на виокремлення в рамках природного тдкислення - процес троф!чного тдкислення [6, 7]. Важливо, що е^валентне, щодо катюшв поживних речовин, видшення рослинами йошв Гiдрогену, пов'язане не тiльки з шдтриманням певного трансмембранного електростатичного потенщалу на мембранi клiтини кореня з метою !х захисту вiд електричного ушкодження, але стало також головним мехашзмом добування поживних мiнеральних речовин iз природного середовища, шляхом кислотного гiдролiзу мiнералiв. Оскiльки, корiння деревних рослин у процесi засвоення сполук Штрогену краще вбирають катiони амошю, нiж штрат-анiони, реакцiя грунтового розчину люового едафотопу зсуваеться в бш пiдвищення його кислотностi. Саме з впливом деревно! рослинностi, яка видшяе у грунт у 10-15 разiв бiльшi кiлькостi йонiв Пдрогену, шж трав'янистi рослини [8], пов'язують процес опiдзолення грунтiв. За шдрахунками 1.М. Гоголева [8] один гектар хвойних насаджень у процесi життедiяльностi видiляе у метрову товщу грунту таку кшьюсть йонiв Гiдрогену, яка е^валентна 10-12 тонам сульфатно! кислоти. Ефект тдкислення залежить вщ породи дерева: найбшьше пiдкислюють грунт (серед дослщжених автором) ялина i бук [36].
69
Особливий вплив на кислотшсть грунту мае вшьха як азотфшсатор. За сприятливих для штрифшацп умов у грунп, пiд вiльхою сiрою (Alnus incana L.), нагромаджуються значш кiлькостi нiтратiв, якi не тшьки сильно його пiдкислюють, а також вимиваються у поверхневi води [27].
Подiбний вплив на грунт мае також вшьха червона (Alnus rubra Bong.), яка у процес нприфшацл утворюе HNO3, що зумовлюе пiдкислення грунту, причому анiони штрату утворюють з катiонами водорозчиннi сполуки, що вимиваються з грунту. Щц цим деревом штенсившсть мiнералiзащ! сполук Штрогену втричi вища, а нприфшацл - у 4 рази, порiвняно з непокритими дiлянками. Удвiчi бшьший вмiст загального Нiтрогену пiд вшьхою стимулював прирiст бiомаси i додаткове засвоення катюшв поживних речовин, що також сприяло пiдкисленню грунту до глибини 20 см, зокрема зменшення рНН2о вiд 5,1 до 4,5 (2-6 см) i 5,2 до 4,9 (15-20 см). За цих умов, обмшна кислотшсть, як i вмют рухомого Алюмшю, збшьшувалися до глибини 35 см. Еколопчно важливо, що максимальний вмiст N-NO3 у водi, яка витiкае з тд вiльхи червоно!, досягав 12,8 мг • л-1, що е вищим за стандарт питно! води (10,0 мг • л-1), а атмосферш опади (65-85 мм) вимивали з грунту у 3 рази бшьше Калда, 2 рази Кальщю i Натрда та 1,6 рази - Магшю [37].
Ще один еколопчний аспект впливу рослин на кислотшсть середовища - це !хня здатнiсть, залежно вiд фенологiчного стану i кислотност атмосферних опадiв, шдлуговувати кислi i сильнокислi дощi. Так, показники рН опадiв, що пройшли через покрив орляка (Pterídium aquilínum), тдвищувалися на 0,7-1,5 одиниць рН, а стоки з анемони байкальсько! (Anemone baicalensis) - на 0,6-1,4 од. 1з представникiв чагарникового ярусу аналопчно впливае чорниця (Vaccinium myrtillus L.), зменшуючи кислотнiсть опадiв на 0,4-1,2 од. рН [11].
Варто зауважити, що природнi бiогеохiмiчнi процеси значно сильнiше впливають на шдкислення грунтiв, нiж атмосфернi опади [30]. Важлива роль у регулюванш кислотно-основно! рiвноваги грунту належить СО2, який надходить до грунту з атмосфери, утворюеться при диханнi коршня i мiнералiзацi! оргашчно! речовини. Карбон (IV) оксиду посилюе розчиншсть кальцш карбонату i вимивання катiонiв Са, Mg, K, мiсце яких у ГВК займае спочатку Н+, а в процеш подальшо! кислотно! деградаци - Al3+ i Mn2+.
За дефщиту кисню у грунтi (волопсть, ущiльнення) мiкроорганiзми використовують для окиснення оргашчно! речовини, як джерело кисню, штрати, сульфати, оксиди Мангану i Феруму, що сприяе нейтралiзуванню кислотносп, тодi як процеси аеробного окиснення, навпаки, супроводжуються посиленням кислотностi середовища. Пiдкислення мшрооргашзмами життевого середовища е важливим регуляторним механiзмiв !хньо! активностi. Вважають, що незворотне падшня рiвня активностi грунтових мiкроорганiзмiв визначае реакцiя грунтового середовища: пороговим !! значенням вважають рН < 3,5 [15].
При дослщженш механiзмiв формування кислотно-основно! рiвноваги похованих торфовищ важливо ощнити роль обмшного Алюмiнiю, з яким пов'язують формування потенцшно! кислотностi едафiчного середовища. Вщомо, що за рН 4,4-5,0 Алюмшш знаходиться в декiлькох хiмiчних станах - Ali3 ([AlO4 Alj2(OH)24(H2O)12]7+), AlOH2+, Al(OH)2+ i Al(OH)3, AlF3, Al2(SO4)3, AlPO4 та
70
алюмшш-оргашчних комплексах. Найбшьший вмют алюмооргашчних сполук утворюсться при рН 4,5-5,0, причому комплексоутворення вiдбуваeться як з гумусовими речовинами так i з низькомолекулярними оргашчними кислотами (особливо стiйкий комплекс з оксалатною i формiатною кислотами). Нижче рН 4,0 -головною формою Алюмшю е А1(Н2О)63+ або А13+ [24, 25].
Оскiльки геохiмiчна рухомiсть Алюмiнiю залежить вiд рН середовища, то за кислотностi люово! пiдстилки близько! до 4,0, вмют його обмшно! форми зростае до концентрацш токсичних для проростання насшня та розвитку в нiй тонких корешв рослин. За сильнiшого шдкислення пiдстилок та rрунтiв пiдзолистого типу спостершали повне винесення з них обмшного Магнiю, масове вилуговування обмшних форм Кальцiю i Калiю життево необхiдних рослинам елементiв. Закрiплення в ГВК юшв Алюмiнiю за рахунок витюнення обмiнних основ - один з головних негативних впливiв шдкислення ландшафта [9]. У кислих грунтах (рН <5,5) Алюмшш блокуе сорбцшний комплекс, оскшьки сорбцiя A1 е кращою за Са чи Mg [29].
Зважаючи на важливу роль, яку вщшрае рослинний чинник у змшах кислотностi грунтiв гумiдноï зони, нашi дослiдження спрямованi на вивчення особливостей впливу деревноï i лучноï рослинностi на кислотно-основний стан та мехашзми його регулювання у торфовищах, як дного з найважливiших резервуарiв Карбону - потужного джерела стоку i емюи клiматорегулювальних газiв.
1. ОБ'еКТИ I МЕТОДИ
Дослiдження кислотно-основних властивостей торфовищ низинних глибоких осоково-очеретяних мiлкопохованих на давньоалювiальних вiдкладах тд лiсовою (вiльховий лiс) та лучно-болотною трав'янистою рослиннiстю виконано поблизу сш Чайковичi та Велика Бiлина Самбiрського району Львiвськоï областi в межах Верхньоднютерсь^' низовини. Цi грунти покрит шаром алювiальних сильнооглеених наносiв товщиною 15-20 см. Нижче залягае горизонт добре розкладеного торфу, що з глибиною змiнюеться на середньорозкладений.
Зразки грунту вщбирали до глибини 50 см через кожш 5 см. Пщготовку грунтових зразкiв до фiзико-хiмiчних дослiджень виконували вiдповiдно до ISO 11464. Репрезентативну частину зразка вщбирали з повiтряно-сухого грунту, розтертого i просяного крiзь сито з дiаметром отвору 1 мм.
Ступiнь кислотност визначали у воднiй та сольових (1:10 1М KC1 та 1:10 0,01M CaC12) суспензiях грунту за допомогою iономiра рН-150. Обмiнну кислотнють (Н++А13) та вмiст обмiнного Алюмшш за Соколовим. Вмют водорозчинних оргашчних речовин за A. Ghani [26]. Статистичну обробку експериментальних даних та графiчне оформлення виконали допомогою програмного забезпечення Microsoft Exce1 2010.
71
2. РЕЗУЛЬТАТИ ТА 1ХНе ОБГОВОРЕННЯ
Торфовище низинне поховане пщ вшьховим лiсом. У профiлi грунту 0-50 см найменш пiдкисленим е поверхневий 0-5 см шар намулу (рНвод. = 5,60 од. i рНКС1 = 4,75 од.); у його нижче розташованому середньому шарi - 6-10 см ступеш актуально! i обмiнноi кислотностей збiльшуються на 0,44 од. рНвод. i 0,37 од. рНКС1 (Рис. 1)
0-5
5-10
3 10-15
" 15-20
•в 20-25
& 25-30 Д 30-35 35-40 40-45 45-50
3,8 4,3 4,8 5,3 5,8
рН, од.
Рис. 1. Особливост профiльних змш показникiв кислотностi у торфовищах низинних похованих пiд деревною рослиннiстю (вшьховий лiс); стрiлкою позначена товщина намулу.
Пщкислення шару намулу 6-10 см пов'язано зi збiльшенням вмiсту обмшного Алюмiнiю вiд 19,0 до 85,0 ммоль(+)-кг-1, який зумовив збiльшення обмшно! кислотностi вiд 30,0 до 91,0 ммоль(+)-кг-1 на фонi зменшення вмюту обмiнного Гiдрогену з 11,0 до 6,0 ммоль (+)-кг-1 та водорозчинно! (ЕХВОР i ЕГВОР) органiчноi речовини (табл. 1). Високий вмют обмшного Алюмшю - 68,0 ммоль (+) • кг-1 характерний також для нижче розташованого шару намулу 11-15 см за рНвод.= 5,10 i рНКС1 = 3,97 од. - мшмального значення у профiлi грунту.
Звертае увагу, що пiд намулом, у шарi 15-20 см торфу вщбуваеться стрибкоподiбне зменшення величини обмшно! кислотносп (вiд 75,0 до 7,2 ммоль (+) •кг-1 за рахунок вмюту як обмшного Алюмшю (вщ 68,0 до 4,8 ммоль (+) •кг-1) так i обмшного Пдрогену (вщ 7,0 до 2,4 ммоль (+) •кг-1).
Як вважае Шамрикова [22], для таких об'ектiв, як лiсовi пiдстилки або торфовi горизонти поняття "обмшний А13+" необхiдно використовувати умовно, оскшьки в !х речовинному складi переважають нерозкладенi i слаборозкладеш рослиннi залишки, в тому чи^ живий моховий очiс i залишки сфагнових мохiв. Саме цей фiтоматерiал е головним джерелом iонiв Алюмшш (III), представленого алюмооорганiчними комплексними юнами рiзноi стiйкостi. Але найбiльш мщно зв'язанi з органiчними лiгандами йони А13+ не витiсняються в рщку фазу при
72
обробщ розчином KCl [35], який ми застосували у робота Необхщно врахувати, що переходу Al3+ в розчин wai перешкоджае також зменшення розчинност оргашчно! речовини за умов кислого середовища [17, 32]. У той же час, за низьких значень рН i великий iоннiй силi розчину, розчиннiсть деяких сполук Al, малорозчинних у водi, в розчиш KCl може пiдвищуватися.
Таблиця 1
Параметри обмшно! кислотностi (ммоль (+)-кг-1) та вмiст (г-кг-1) водорозчинних оргашчних речовин (ЕХВОР, ЕГВОР) за профшем похованого торфовища пiд деревною рослиннютю (вiльховий лiс); 0-15 - намул
Глибини, Обмшна Обмшний Обмшний ЕХВОР ЕГВОР
см кислотшсть Пдроген Алюмшш
0-5 30,0 11,0 19,0 10 7,5
6-10 91,0 6,0 85,0 0,6 2,1
11-15 75,0 7,0 68,0 0,8 4,5
16-20 7,2 2,4 4,8 0,8 7,8
21-25 6,8 2,0 4,8 0.6 6,8
26-30 5,6 3,2 2,4 0,8 7,4
31-35 5,2 3,2 2,0 1,0 8,0
36-40 5,2 3,2 2,0 1,0 7,6
41-45 5,2 3,2 2,0 0,9 6,6
46-50 4,8 2,8 2,0 1,0 6,1
Оскшьки, суттеве накопичення обмiнного Алюмшда в наших дослiдженнях спостерiгалося тшьки в сильнооглееному намулi, воно, ймовiрно, пов'язане з впливом комплексу грунтоутворювальних процесiв: болотного (торфоутворення i оглеення), заплавного i алювiального. Вiдомо, що при глееутворенш вiдбуваеться руйнування первинних i вторинних мiнералiв, iстотним змшам пiдлягають елементи зi змiнною валентшстю (Бе, Мп, 8 i К), утворюються високоактивнi органiчнi сполуки з кислими властивостями. Ц сполуки i продукти руйнування та вiдновлення мшерально! частини грунту, вступаючи у взаемодда, утворюють складнi органо-мiнеральнi комплекси, як можуть впливати на мiграцiю Алюмшю, Феруму, Мангану з оглеених горизош!в [12]. При оглееннi також спостершаеться збiльшення щiльностi будови, зменшення пористост i водопроникностi за рахунок руйнування грунтово! структури. За нашими даними, у шарi намулу (0-15 см) щшьшсть його твердо! фази (2,0-2,39 г/см3) наближаеться до параметрiв мшеральних грунтiв на територi! дослiджень (2,52-2,58 г/см3), тодi як у нижче розташованих шарах торфовища зменшуеться до 1,35-1,60 г/см3. Збшьшення щiльностi твердо! фази намулу тдтверджуеться його пилувато-мулуватим важкоглинистим гранулометричним складом.
73
Вiдoмo татож, щo частина Алюмшда, винесенoгo з гpyнтiв тpанселювiальних дазицш, oсiдаe в пoвеpхневoмy гopизoнтi алювiальних гpyнтiв, а iнша (у склащ алюмoopганiчних спoлyк i мoнoмеpних аквагiдpoксoкoмплексiв) пoтpапляe у гiдpoсфеpy та зyмoвлюe збiльшення вмiстy Алюмiнiю у пpиpoдних вoдах [21]. За даними учасниюв експедицiï «Дшстер» [2Q] у говерхневих вoдах басейну р. Днiстеp бшьшють мiкpoелементiв знахoдяться у кoнцентpацiях кшьтох oдиниць, piдше десяткiв мiкpoгpамiв на л^р, i лише вмiст Алюмшда, Феруму та Барда дoсягаe кшьтох мiлiгpамiв на лiтp за ГДК - Q,5 мг/л. Зoкpема, ^н^траци Алюмiнiю (мг/л), щo перевищують ГДК, виявлеш на дoслiджyванiй теpитopiï у вoдi дoпливy Днiстpа - p. Orprnirop (Q,72) та самoмy Дшстр^ перед впадiнням р. Cтpивiгop (Q,59).
Кpiм тpадицiйнoгo визначення pHB(W i pHKCl, нами такoж дoслiдженi pH Q,Q1 M CaCl2 сyспензiй ipymÍB. Викopистання кальцiй хлopидy дoзвoляe мiнiмiзyвати вплив сoлей i сезoнних толивань кислoтнoстi грунту i зменшye дахибки, щo виникають внаслiдoк сyспензiйнoгo ефекту за рахудак зв'язування кoлoïдiв. pHCaCl2 зазвичай менше вiд pH вoднoгo на Q,5-1 oдиницю [27, 31].
Як видда з рис. 1, пpoфiльнi змiни ступеня кислoтнoстi CаCI2-сyспензiй грунту в загальнoмy пoдiбнi дo КCI-сyспензiй, а величина pHC3CI2 e меншoю на Q,12-Q,36 oд., пpичoмy, максимальна piзниця встанoвлена у шаpi 5-1Q см за максимальдаго вмiстy oбмiннoгo Алюмiнiю. Останнe yзгoджyeться з тим, щo гoлoвне застосування pHKCl, на думку американських дoслiдникiв [34], e пеpевipка на наявшсть у мiнеpальних грунтах oбмiннoгo Алюмшда, oœ^m, абсoлютне значення pHKCl сильда кopелюe з йoгo вмiстoм. Кoнцентpoванiший poзчин Q,1 M KCl Bm-k^e пoвнiше йoни гiдpoксoнiю (H30) та юни Алюмiнiю з ГВК, шж Q,Q1 M CaCl2. Як пpавилo, oбмiнний Алюмiнiй наявний у rpymi, кoли pH 1 M KCl-суспензп станoвить 5,2 абo менше; у pазi pH > 5,2, Алюмшш пеpестаe бути oбмiнним, внаслiдoк гiдpoлiзy, пoлiмеpизацiï i oсадження. Оскiльки, 1 M KCl ютотда змiнюe пpиpoдне сеpедoвище грунту пoказник pH KCl не e надiйним iндикатopoм poдючoстi грунту та йoгo екoлoгiчнoï ятосп, тoмy у свiтoвiй пpактицi ширше викopистoвyють кальцiй-хлopиднy сyспензiю.
Рейтер i ствавт. [33] використовуючи дат з ceimoeoï грунтовог бази даних WISE, запропонували таю лттт функцИ' залежностi pHCaC¡2, pHH20 i pHKC¡:
pHcacl2 = Q,9761 pHH2Q - Q,427 (R2 = Q.92, n=1997) pHcacl2 = 1,Q572^ pHkci + Q,123 (R2 = Q.9Q, n =377)
Тopфoвище noxoBaHe пiд лучнoю poслиннiстю. Як i в poзглянyтoмy вище тopфoвищi, найбiльшi пoказники актyальнoï та oбмiннoï кислoтнoстей (рис. 2) характерш для намулу Q-5 см (pH вoд.= 4,92-5,1Q oд., а pHKCl= 4,Q1-4,45oд.). Йoмy такoж властива найбшьша oбмiнна кислoтнiсть (27-79 ммoль (+) • кг-1) зyмoвлена гoлoвнo oбмiнним Алюмiнieм, а такoж oбмiнним Гiдpoгенoм. У пoвеpхневoмy шаpi намулу Q-5 см, як i в пoпеpедньo poзглянyтoмy тopфoвищi, вмiст Аloбм. e найменшим (пopiвнянo дo iнших даго шаpiв), щo спiвпадаe з меншим вмютом вoдopoзчиннoï opганiчнoï pечoвини, як за хoлoднoгo (ЕХВОР), так i гаpячoгo (ЕГВОР) екстрагування (табл. 2).
74
0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50
3
^^^^^^^ ^ OpH вoднe
"""Т"-.................1 "pH CaCl2
^^^""".................гттттп _DpH KCl
3,5 4 pH, од. 4,5 5
pH, од.
I
5,5
Рис. 2. Осoбливoстi пpoфiльних змiн пoказникiв кислoтнoстi y тopфoвищах низинних пoхoваних пiд лyчнoю poслиннiстю; стpiлкoю пoзначe на тoвщина намулу.
У зв'язку з внyтpiшньoпpoфiльнoю дифepe нцiацieю вмiстy кислoтних чинникiв (Н+, Al3) нeoбхiднo звepнyти увагу на мoжливий вплив oкиснo-вiднoвних yмoв у pe гулюванш КОР гiдpoмopфних фуш1в. Як вважае Зайдeльман [12], rae eyтвopeння в анаepoбнo-аepoбнoмy сepeдoвищi, на фoнi застiйнo-пpoмивнoгo вoднoгo peжимy, виявилoся единoю пpичинoю piзкoгo збiльшeння актуаль^!' кислoтнoстi лe сoпoдiбнoгo суглинку за yмoв мoдe льнoгo e кспepимe нту (на 1,5 oдиниць pH), шго гiдpoлiтичнoï кислoтнoстi (у 4 p^^, oбмiннoгo Алюмiнiю (в 62 p^^, SiO2 (на 1,3%), Fe2+ (у 2,8 pази).
Як виднo з pис.2, для шаpiв власш пoхoванoгo тopфy хаpактepнi мeншi значeння пoказникiв актyальнoï i oбмiннoï rnCToraocre^ пopiвнянo з намyлoм, пpичoмy спoстepiгаеться тeндeнцiя дo збiльшeння стyпeня rnCToraocri з глибинoю, oсoбливo oбмiннoï. Звepтають увагу стpибкoпoдiбнi змeншe ння у дoбpe poзкладe нoмy тopфi (16-20 см) вмюив oбмiннoгo Алюмiнiю i T^pore^ : дo 6,4 i 3,2 ммoль (+)^кг-1 вiдпoвiднo. На глибиш 35-40 см вмiст Al обм. знoвy збiльшyеться дo 29,2 з пoстyпoвим змeншeнням дo 11,2 ммoль (+)^кг-1 у шаpi 46-50 см. Дpyгий максимум oбмiннoï rnCToraocri на глибинi 36-40 см, щo сyпpoвoджyеться накoпичeнням Aloбм. i газначш oбмiннoгo Н+, мoжe бути гов'язаний з йoгo вимиванням з намулу, oскiльки алюмiнiевий «шлeйф» пpoстeжyеться вжe у вepхнiх шаpах тopфy, дe йoгo вмiст у 1,43,8 pазiв бiльший, нiж у тopфoвищi пiд вiльхoвим лiсoм. Джepeлoм накoпичeння oбмiнних фopм Алюмiнiю i T^pore^ у дoслiджyванoмy тopфoвищi пiд лучшю poслиннiстю на глибинi 36-40 см тагож мoжyть бути мeнш poзкладeнi opганiчнi peштки. Пoдiбний хаpактep пpoфiльнoгo poзпoдiлy oбмiннoгo Алюмiнiю у ripcb^-лyчнoмy Гpyнтi встанoвив I.B. Koarerno: у пoвepхнeвoмy шаpi Al мютагося бiльшe пiд лiсoм (штyчнi насаджeння сoсни звичайнoï), а в нижнш частинi пpoфiлю - пiд лучшю poслиннiстю [13]. Для тopфy, пopiвнянo з намyлoм, хаpактepнi такoж дeщo бiльшi пoказники вмiстy ЕХВОР i ЕГВОР (табл. 2).
75
Таблиця 2
Параметри обмшно! кислотносп (ммоль (+)-кг-1) та bmíct (г-кг-1) водорозчинних органiчних речовин за профшем торфовища похованого пiд лучною рослиннютю;
0-15 - намул
Глибини, Обмшна Обмшний Обмшний ЕХВОР ЕГВОР
см кислотшсть Пдроген Алюмшш
0-5 27,0 11,5 15,5 10 6,0
6-10 79,0 9,0 70,0 0,7 37
11-15 57,0 10,0 47,0 0,8 5,0
16-20 9,6 3,2 6,4 1,1 6,8
21-25 10,0 2,8 7,2 1,1 6,8
26-30 14,8 5,6 9,2 1,2 6,1
31-35 20,0 5,2 14,8 1,2 7,2
36-40 34,0 4,8 29,2 1,1 6,6
41-45 26,4 6,8 19,6 1,8 6,7
46-50 17,2 6,0 11,2 1,6 8,2
При оцшщ профiльних змiн кислотно-основно! рiвноваги дослщжуваних торфовищ, за умов впливу рослинного покриву, звертае увагу бiльша чутливють показникiв обмшно! кислотностi (за методом А.В. Соколова), порiвняно з ступенями кислотносп (рНвод. i рНКС1). Порiвнюючи стан кислотно-основно! рiвноваги похованих торфовищ шд деревним i лучним ценозами, видно, що шар намулу шд вiльхою е менш кислим, шж пiд лучною рослиннiстю, не дивлячись на те, що ця порода дерев вважаеться ацидифiкатором i повинна сприяти пiдкисленню грунту. Цей ефект також тдтверджений дослiдженнями Г. Долгово! [10], де у процесi росту шд рослинами вiльхи чорно! (Alnus glutinosa (L.) Gaerth.) та вшьхи шро! (Alnus incana L.) зменшувалася кислотнiсть грунту, причому, органiчно! речовини тд вiльхою чорною накопичувалося менше, а рН грунту був нижчим, нiж пiд вiльхою сiрою. Встановлено також, що з вшом дерев вмют органiчно! речовини в грунт пiд вiльхою чорною та вшьхою сiрою збiльшувався вiдповiдно в 1,5 i 2,0 рази, а рН - вщ 4,8 до 5,8 i 6,1 до 6,8 од.
Останшм часом [34], у грунтознавсга почали використовувати показник "дельта рН", за допомогою якого ми ощнили кшьюсш змiни ступенiв кислотностi (ДрН) за профiлем похованих торфовищ. Як видно з табл. 3, для намулу найбiльшi вщхилення рНвод. i рНСаС12 виявленi у його поверхневому шарi 0-5 см, вiдповiдно на 0,64 i 0,21 од. Особливо чутливими до впливу рослинного покриву, за винятком верхнього шару, е органогенна частина похованих торфовищ, де зсув рН вод. коливався в межах 0,71-1,04. Рiзницi рНСаС12 i рНКС1 поступово збшьшувалися з глибиною вщ 0,17 до 0,86 од. i 0,04 до 1,05 од. За характером цих змш можна стверджувати, що активний пул Пдрогену чутливше реагуе на специфшу рослинного покриву, шж увiбранi пули кислотоутворювачiв (Н+ i А13).
76
Таблиця 3
Зсув ступешв кислотносп (АрН) водних i сольових суспензiй грунту похованих торфовищ пiд вiльховим люом, порiвняно з сiнокосом; 0-15 см - намул
Глибини, см АрНн20 АрНсаС12 АрНка
0-5 0,64 0,21 0,06
6-10 0,06 0,18 0,13
11-15 0,18 0,02 0,15
16-20 0,71 0,17 0,04
21-25 0,92 0,41 0,15
26-30 0,81 0,54 0,45
31-35 0,97 0,56 0,38
36-40 0,91 0,65 0,57
41-45 1,04 0,84 0,84
46-50 0,81 0,86 1,05
Звертае увагу, особливо стшкють до дослiджуваних змiн верхнього шару 16-25 см добре розкладеного торфу, який безпосередньо контактуе з намулом, де практично не виявлено змш рН сольових суспензш, або вони були мшмальними. В цшому, змiни кислотностi намулу були менш вираженими, нiж торфово! маси, що свiдчить про його сильнiшу буфернють до пiдкислення.
Бiльшi значення рН поверхневого шару намулу тд вшьховим лiсом також можуть бути зумовлет нейтралiзацiею йонiв Гiдрогену гiдроксидними групами новоутворених мономерiв целюлози i пдрогенкарбонат-йонами (НС03-), якi утворюються при мшератзацп опаду вiльхи, що добре розкладаеться [4].
Для розробки експрес-оцiнки здатност грунту вбирати протони i йони А13+ з грунтового розчину, за даними концентрацш активного (САПГ) i обмiнного (СОПГ) пулiв Гiдрогену - значень антилогарифмiв вiдповiдно рНН2О i рНКС1, розрахованi коефiцiенти сорбцп (Кс) кислотоутворювачiв як спiввiдношення Сопг/СдпГ. Чим бiльшi значення Кс, тим краще тверда фаза грунту здатна вбирати Н+ +А13+ [5].
Як видно з рис. 3, для торфовищ тд вшьховим люом характерт набагато вищi значення коефiцiента Кс, що свщчить про значно сильнiшу сорбцшну (буферну) здатнiсть !х твердо! фази, шж пiд трав'янистою рослиннiстю. Ця висока Н -вбирна здатнiсть е одшею з причин меншо! актуально! кислотносп торфовищ пiд деревною рослиннютю.
ВИСНОВКИ
1. У профiлi 0-50 см торфовищ похованих максимальш вмюти обмiнних форм Гiдрогену i Алюмшю виявлено у намулi - 11,0-11,5 i 70-85 ммоль (+)-кг-1, як стрибкоподiбно зменшуються до 2,4-3,2 i 4,8-6,4 ммоль (+)-кг-1 у верхньому 16-20 см шарi похованого торфу.
77
0-5
5-10
10-15
я
и 15-20
т 20-25
^ 25-30
а
я а 30-35
35-40
40-45
45-50
10
ОПГ/АПГ
12
14
I
□ Вшьховий лю
■ Трав'яниста рослиншсть
16
18
20
Рис. 3. Профшьт змши коефщента Кс у торфовищах низинних похованих тд
р1зними типами рослинносп.
0
2
4
6
8
2. КОР органогенно! частини грунту, пор1вняно з намулом, е чутлившою до впливу ф1тогенного чинника, що проявляеться, в першу чергу, у змш рНвод. { рНСаС12, а також накопичент обмшного Алюмш1ю у торф1 на глибинах нижче 30-35 см тд лучною рослиншстю.
3. При ощнщ профшьних змш кислотно-основно! р1вноваги алюв1альних грунпв бшьша чутливють характерна для показниюв обмшно! кислотное^, пор1вняно з ступенями кислотност (рНвод. 1 рНКС1).
4. Запропонований експрес-критерш оцшки вбирно! здатносп грунту щодо кислотоутворювальниюв як сшввщношення !х обмшного 1 активного пул1в.
Список лiтератури
1. Авдонькин А. А. Потенциальная кислотность почв, зависимость от рН: дисс. ... кандидата биологических наук : 03.00.27 / Авдонькин А. А. - М., 2005. - 121 с.
2. Амельянчик О. А. Кислотные компоненты водных и солевых вытяжек из подзолистых почв / О. А. Амельянчик, Л. А. Воробьева // Почвоведение. - 2003. - № 3. - С. 289-300.
3. Бакина Л. Г. Влияние известкования на содержание, состав и свойства гумуса дерново-подзолистых глинистых почв: дисс. ... кандидата с.-х. наук / Бакина Л. Г. - Ленинград-Пушкин, 1987. - 230 с.
4. Бамбалов Н. Н. Содержание лигнина в целинных и окультуренных торфяных почвах белорусского полесья / Н. Н. Бамбалов // Почвоведение. - 2007. - № 11. - С. 1316-1322.
5. Бедершчек Т. Ю., Партика Т.В., Гамкало З.Г. Юльюст змши грунтового пулу пдрогену в процес знелюнення / Т. Ю. Бедершчек, Т. В. Партика, З. Г. Гамкало // Питання бюшдикацп та екологп. - Запор1жжя: ЗНУ, 2009. - Вип. 14, № 2. - С. 44-54.
6. Гамкало З. Г. Теоретико-методолопчний анал1з процесу тдкислення педосфери: причини [ наслщки / З. Г. Гамкало. М. З. Гамкало // Зб. наук. праць м1жн. конф. "Генеза, геогр. та екологш грунтш". - Львш: ЛНУ, 2008. - С. 144-159.
7. Гамкало З. Г. Функциональна роль зв'язування йонш кислотоутворювач1в твердою фазою грунту. Теор.-методолопчш аспекти / З. Г. Гамкало // Вюник ХНАУ. - 2003. - № 1. - С. 96-101.
8. Гоголев И. Н. Бурые горно-лесные почвы Советских Карпат: автореф. дисс. на соискание уч. степени доктора с.-х. наук / И. Н. Гоголев. - М., 1965. - 39 с.
78
9. Гришина Л. А. Влияние кислотных осадков на свойства почв лесных экосистем южной тайги / Л. А. Гришина, Т. А. Баранова // Почвоведение. - 1990. - № 10. - С. 121-136.
10. Долгова Л. Н. Почвоулучшающая роль и семеноводство ольхи черной (Alnus glutinosa (L.) Gaerth.) и ольхи серой (Alnus incana (L.) Moench.) в Республике Марий Эл: автореф. дисс. на соискание уч. степени кандид. с.-х. наук : спец. 06.03.01 «Лесные культуры, селекция, семеноводство» / Л. Н. Долгова. - С.-Петербург, 2003. - 150 с.
11. Ермакова О. Д. Влияние закисления ландшафтов на состояние биологической активности бурозёмов Байкальского заповедника / О. Д. Ермакова // Материалы исследований природных комплексов Южного Прибайкалья: Труды Государственного природного биосферного заповедника «Байкальский». - Улан-Удэ, 2000. - С. 52-64.
12. Зайдельман Ф. Р. Формы кислотного гидролиза и глееобразования и их роль в возникновении светлых кислых элювиальных (подзолистых) горизонтов / Ф. Р. Зайдельман // Почвоведение. -2010. - № 4. - С. 387-398.
13. Костенко I. В. Потенцшна кислотшсть Грунпв Прського Криму та И зв'язок з шшими Грунтовими показниками / I. В. Костенко // Агроымш i Грунтознавство. М1жтдомчий тематичний науковий збiрник - Харюв, 2010. - Вип. 73. - С. 51-57.
14. Лаптева Е. М. Влияние степени гидроморфизма на содержание подвижных форм железа в болотно-подзолистых почвах / Е. М. Лаптева, Н. В. Грищенко, Ж. Н. Козачок // Структурно-функциональная организация почв и почвенного покрова Европейского Северо-Востока / Ф. Зайдельман, И. Забоева. - СПб.: Наука, 2001. - С. 85-91.
15. Лукомская К. А. Влияние техногенного загрязнения химкомбината НПО «Азот» на интенсивность дыхания дерново-подзолистой почвы лесной экосистемы / К. А. Лукомская // Экологические проблемы охраны живой природы: тез. докл. всесоюз. конф. - М., 1990. - Ч. 2. -С. 137-138.
16. Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии / Ю. Ю. Лурье. - М.: Химия, 1989. - 447 с.
17. Макаров М. И. Влияние кислотних осадков на подвижность органического вещества в лесных почвах / М. И. Макаров, Н. П. Недбаев // Почвоведение. - 1994. - № 8. - С. 111-118.
18. Михайлюк В. I. Грунти долин рiчок твшчно-захдаого Причорномор'я: еколопя, генеза, систематика, властивосп, проблеми використання: монографiя / В. I. Михайлюк. - Одеса: Астропринт, 2001. - 340 с.
19. Соколова Т. А. Взаимодействие лесных суглинистыхподзолистых почв с модельными кислыми осадками и кислотно-основная буферность подзолистых почв / Т. А. Соколова, Т. Я. Дронова, И. И. Толпешта, С. Е. Иванова. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 2001. - 208 с.
20. Спринський М. Гiдрохiмiчна та лiтохiмiчна характеристика басейну Дтстра та Дшстровського водосховища [Електронний ресурс] / М. Спринський, М. Балучинська, М. Пелипець. Режим доступу: dnistrove.narod.ru/Eko/DDHydroChem1.doc
21. Толпешта И. И. Подвижные соединения алюминия в почвах ненарушенных экосистем Южной тайги : автореф. дисс. на соискание уч. степени док. биол. наук : спец. 03.02.13 «Почвоведение» / И. И. Толпешта. - Москва, 2010. - 52 с.
22. Шамрикова Е. В. Идентификация буферных реакций, протекающих при титровании целинных и пахотных почв кислотой и основанием / Е. В. Шамрикова, Т. А. Соколова, И. В. Забоева // Почвоведение. - 2002. - № 4. - С. 412-423.
23. Шамрикова Е. В. Кислотноосновная буферность органогенных горизонтов подзолистых и болотноподзолистых почв Республики Коми / Е. В. Шамрикова, Т. А. Соколова, И. В. Забоева // Почвоведение. - 2003. - № 7. - С. 714-723.
24. Fox T. R. Low-molecular-weight о^тс acid in selected forest soils of the Southeastern USA / T. R. Fox, N. B. Comerford // Soil Sci. Soc. Am.J. - 1990. - Vol. 54, No 4. - P. 1139-1143.
25. Gerke J. Aluminium complexation by humic substances and aluminium species in the soil solution / J. Gerke // Geoderma. - 1994. - Vol. 63. - P. 165-175.
26. Ghani A. Hot-water extractable C in soils: A sensitive measurement for determining impacts of fertilization, grazing and cultivation / A. Ghani, M. Dexter, K. W. Perrot // Soil Biol. Biochem. - 2003. - No 35. - P. 1231-1243.
27. Kissel E. D. Salt concentration and measurement of soil pH / E. D. Kissel, L. Sonon, P. F. Vendrell, R. A. Isaac // Communications in Soil Science and Plant Analysis. - 2009. - Vol. 40. - P. 179-187.
79
28. Kulig L. Wplyw zbiorowisk olszy szarej na glebe terenow porolnych w Karpatach / L. Kulig, Z. Rygiel, M. Hohenauer // Sylwan. - 1974. - Vol. 2. - S.52-57.
29. Labetowicz J. Sklad chemiczne roztworu glebowego w zroznicowanych warunkach glebowych I nawozowych / J. Labetowicz. - Warszawa: Fundacja "Rozwoj SGGW", 1995. - 103 p.
30. Mitchell M. J. Nutrient cycling in Huntington Forest and Turkey Lakes deciduous stands: nitrogen and sulfur / M. J. Mitchell, N. W. Foster, J. P. Shepard, I. K. Morrison // Can. .J. For. Res. - 1992. -Vol. 22. - P. 457-464.
31. Nilsson S. I. A horizontal standard for pH measurements - The influence on pH measurements of sample pretreatment, ionic composition / ionic strength of the extractant and centrifugation / filtration / S. I. Nilsson, L. Johnsson, P. Jennische. - Uppsala, 2005. - 10 p.
32. Rampazzo N. Changes in chemistry and mineralogy of forest soil by acid rain / N. Rampazzo, E. H. Winteried // Water, Air, and Soil Pollution. - 1992. - Vol. 61. - Р. 209-220.
33. Reuter H. I. Continental-scale digital soil mapping using European soil profile data: Soil pH / H. I. Reuter, L. R. Lado, T. Hengl, L. Montanarella // Hamburger Beitrage zur Physischen Geographie und Landschaftsokologie Heft. - 2008. - Vol. 19. - P. 91-102.
34. Soil Survey Technical Note No. 8. Use of Reaction (pH) in Soil Taxonomy, Available at: http://soils.usda.gov/technical/technotes/
35. Thomas G. W. The chemistry of soil acidity / G. W. Thomas, W. L. Hargrove // Soil acidity and Liming. 2nd ed. / F. Adams. - Madison, 1984. - P. 3-56.
36. Van Breemen N. Acidificatin and alkalinization of soils / N. van Breemen, J. Mulder, C. T. Driscoll // Plant and Soil. - 1983. - Vol. 7. - P. 283-308.
37. Van Miegroet H. Influence of nitrogen-fixing alder on acidification and cation leaching in a forest soil / H. van Miegroet, D. W. Cole // Forest Site Evaluation and Long-term Productivity / D. W. Cole, S. P. Gessel. - Seattle, 1989. - P. 113-124.
Партыка Т. В. Особенности кислотно-основного равновесия погребенных низинных торфяников под разными типами растительности / Т. В. Партыка, З. Г. Гамкало // Ученые записки Таврического национального университета имени В. И. Вернадского. Серия: География. - 2013. - Т. 26 (65), № 2. - С. 68-80.
Исследованы особенности кислотно-основного равновесия (КОР) погребенных торфяников под древесным (ольховый лес) и луговым ценозами. В профиле 0-50 см максимальное содержание обменных форм алюминия обнаружено в наилке - 70-85 ммоль (+) • кг-1, которое скачкообразно уменьшается до 4,8-6,4 ммоль (+) • кг-1 в верхнем 16-20 см слое торфа. КОР органогенной части почвы является более чувствительным к воздействию фитогенного фактора, по сравнению с наилком. Ключевые слова: погребенные торфяники, наилок, кислотно-основное равновесие, актуальная кислотность, потенциальная кислотность, обменный Алюминий
Partyka T. V. Acid-base balance peculiarities of buried peat soils under different types of vegetation / T. V. Partyka, Z. H. Hamkalo // Scientific Notes of Taurida National V. I. Vernadsky University. - Series : Geography. - 2013 - Vol. 26 (65), No. 2. - P. 68-80.
The acid-base balance (ABB) characteristics of buried peats under forest (alder forest) and meadow cenosis were investigated. In 0-50 cm soil profile maximum content of exchangeable aluminum found in silt deposits - 70-85 mmol (+) • kg-1, further it abruptly drops to 4,8-6,4 mmol (+) • kg-1 in the top 16-20 cm peat layer. ABB of organogenic soil part is more sensitive to the effects of phytogenous factor, compared to silt deposits. Keywords: buried peat, silt deposits, acid-base balance, active acidity, potential acidity, exchangeable aluminium.
Поступила в редакцию 03.04.2013 г.
80
