CC BY
158
БОТАНИКА И ПОЧВОВЕДЕНИЕ
УДК 631.48
ЦВЕТ И ГИДРОМОРФИЗМ ПОЧВ ПЕРМСКОГО КРАЯ
A.А. Васильев, канд. с.-х. наук, доцент; А.В. Романова, канд. биол. наук;
B.Ю. Г илев, канд. с.-х. наук, доцент, ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, ул. Петропавловская, 23, г. Пермь, Россия, 614990,
E-mail: [email protected]
Аннотация. Объекты исследования: почвы пойм и зональные почвы разной степени гидроморфизма. Почвы сформировались на разных почвообразующих породах: современном аллювии, покровных элювиально-делювиальных отложениях, элювии пермских глин, делювиальных отложениях. Качественный учет сельскохозяйственных угодий на территории Пермского края не осуществлялся на протяжении последних 25 лет . Это связано как с рядом социальноэкономических факторов, так и с несовершенством методов диагностики почв. В связи с этим, совершенствование методов диагностики и гидроморфизма почв является актуальной проблемой почвоведения и мелиорации.
Цель исследований - оценка влияния гидроморфизма на цвет почв Пермского края.
В работе приведены результаты измерения цвета почв с использованием спектрофотометрической системы CIE-L*a*b*. Изучено 16 разрезов почв на разных геоморфологических позициях рельефа. В образцах мелкозема почв из генетических горизонтов и почвообразующих пород каждого разреза количественно определены оптические показатели: степень красноты а*, степень желтизны b*, светлота L*. Установлено влияние гидроморфизма на показатели цвета аллювиальных почв в трансектах пойм рек Камы, Обвы и Верхней Мулянки и зональных почв катен на водосборных территориях Ильинского, Пермского и Карагайского районов Пермского края.
Оценка влияния гидроморфизма на цвет почв проведена по индексу красноцветности R(Lab), отношению красноты к желтизне a*/b* и абсолютным значениям степени красноты а*. Временное избыточное увлажнение почв и восстановительные фазы пойменного осадконакопле-ния снижают величины всех использованных оценочных показателей. Высокая красноцветность почв Пермского края проявляется на продуктах выветривания красноцветных пермских глин. На хорошо дренированных элементах рельефа основной красный пигмент почв - гематит aFe2O3 не разрушается, а в пониженных элементах рельефа трансект и катен происходит редукция железа в составе красноцветного гематита и его трансформация в желтый гематит SFeOOH.
Ключевые слова: почва, оглеение, оптические показатели цвета, трансекта, катена, пойма, пермские глины.
Введение. Одной из проблем рационального использования почвенного покрова Пермского края является гидроморфизм почв. На территории Пермского края площадь переувлажненных земель составляет по разным оценкам 10-20% [1, 2, 3, 4]. Специфика почвообразовательных процессов на продуктах выветривания пермских красноцветных отложений ограничивает применение критериев степени гидроморфизма, заболоченности и их количественных параметров, установленных для
аналогичных по генезису почв других регионов России [5, 6]. Качественный учет сельскохозяйственных угодий на территории Пермского края не осуществляется на протяжении последних 25 лет [7]. Это связано как с рядом социально-экономических факторов, так и с несовершенством методов диагностики почв. В связи с этим, совершенствование методов диагностики и гидроморфизма почв является актуальной проблемой почвоведения и мелиорации. На современном этапе развития науки особое
значение приобретают инструментальные методы диагностики как наиболее точные и эффективные.
Окраска почвы используется как один из ключевых признаков для классификации и диагностики переувлажненных почв. Диагностика почв в России чаще всего проводится словесным описанием цвета почвенных горизонтов, в том числе с использованием стандартной цветовой шкалы Росгипрозема [8]. Например, в Классификации и диагностике... [9], индекс g придается горизонту с пятнами разных тонов: как сизых - холодного тона, так и охристоржавых - теплого. В Международной базе почвенных данных [10] цвет оценивается по шкале Манселла, с использованием альбома цветовых эталонов, то есть так же как в России, субъективно.
Количественное определение цвета почв, и на его основе диагностику оглеения, проводят, в основном, спектрофотометрически [11, 12, 13]. Для численной оценки цвета почв часто используют систему С1Е-Ь*а*Ь* [14, 15, 16, 17, 18]. Система С1Е-Ь*а*Ь* в декартовых координатах количественно отражает вклад четырех цветов: ось абсцисс характеризует степень красноты (+а*) и зелености (-а*), а ось ординат - степень желтизны (+Ь*) и синевы (-Ь*). Точка в начале координат обозначает серый цветовой тон. Третья ось, перпендикулярная плоскости а* ~ Ь*, определяет светлоту почвы Ь* от 0 до 100 [19].
Цветовые особенности почв во многом формируют (гидр)оксиды железа, которые отражают цвет неравномерно по спектру. По цветовым характеристикам в системе С1Е-Ь*а*Ь* среди минералов железа гематит аБе203 выделяется значительной краснотой (а* = 16,4), гетит аБеООН - желтизной (Ь* = 43,8). Магнетит Бе304 характеризуется низкими значениями красноты, светлоты и желтизны [20].
По величине цветового тона шкалы Ман-селла основным красным пигментом в почвах является гематит, вторым по силе пигментом служит фероксигит ЗБеООН, затем ферри-гидрит Ре203 2Бе00Н2,5Н20 и гетит [21]. В то же время, в чистом виде красный цвет почвы встречается редко. В большей степени проявляются различные тона бурого цвета, которые
определяются соотношением в почве гематита и гетита, и характером их связи с глинистыми минералами. Н.А. Михайлова [13] предполагает, что свободные частицы (гидр)оксидов железа придают почве красный и желтый цвета, а адсорбированные на поверхности глинистых минералов - бурый.
Целью исследований является оценка влияния гидроморфизма на цвет почв Пермского края.
Объекты и методика исследований.
Изучались дерново-подзолистые, дерновые и аллювиальные почвы разной степени гидроморфизма в Пермском, Ильинском и Карагай-ском районах Пермского края. Аллювиальные почвы разной степени гидроморфизма на современном аллювии изучены в трансектах в правобережной части пойм рек Камы, в пределах Воткинского водохранилища (разр. 41, 42, 43), Обвы (разр. 51, 52, 53) и Верхней Мулянки (разр. 32, 33, 34). Пунктирные трансекты протяженностью около 400-500 м расположены по направлению от первой надпойменной террасы к руслу. Цвет зональных почв изучался в трех катенах. Катена «Соболи» расположена в Пермском районе на водораздельном плато с прилегающим склоном пологой экспозиции. Изучались почвы тяжелого гранулометрического состава: агродерново-подзолистая глее-ватая почва на покровных элювиальноделювиальных отложениях плато (разр. 62) и агросерогумусовая почва на элювии пермских глин в верхней части склона (разр. 63) и темногумусовая глеевая почва у подножья склона (разр. 64). В Ильинском районе катена «Орлы» заложена на склоне юго-восточной экспозиции. Агросерогумусовая (разр. 72) и темногумусовая глеевая (разр. 73) почвы катены «Орлы» сформировались, соответственно, в верхней и нижней частях склона на элювии пермских глин и делювиальных отложениях. В Карагай-ском районе изучена катена «Ния», которая охватывает агродерново-подзолистые тяжелосуглинистые почвы на покровных элювиальноделювиальных отложениях: неоглеенная (разр. 40) на верхней части водораздельного склона и поверхностно-глееватая (разр. 14) на выровненном водораздельном плато.
Спектрофотометрическая характеристика почв получена на спектроколориметре "Пульсар". Прибор определяет коэффициенты отражения на 24 фиксированных длинах волн в видимой части спектра 380-720 нм за одну вспышку импульсной лампы. Образец мелкозема почвы массой 8-10 г насыпают в кювету и уплотняют. Затем кювету вставляют в прибор, и на нее направляют луч лампы. После каждой вспышки лампы кювету немного сдвигают для того чтобы при последующей вспышке луч попадал на другой участок образца. В результате прибор снимает спектральную кривую с трех участков образца, а затем компьютер суммирует и усредняет полученную информацию о цвете почвы. Дальнейший анализ информации
о полной спектральной кривой выполняется с помощью специальной компьютерной программы и выявляет вклад четырех основных цветов и светлоты в координатах системы С1Е-Ь*а*Ь* [19]. Для оценки влияния гидроморфизма на цвет почв были использованы два основных оптических показателя: отношение красноты к желтизне (а*/Ь*) почвы [15, 16] и индекс красноцветности почвы ЩЬаЬ) [18]:
а • Vа2 + Ъ • 1010
Я( ЬаЪ) = ■
ь ■ ь
(1)
Визуальное определение цвета проведено в полевых условиях по стандартной шкале Росгипрозема [8].
Валовое содержание железа определено рентгенфлуоресцентным методом, Tefa-6111, содержание подвижных форм железа - атомноабсорбционным методом в вытяжках Тамма и Мера-Джексона, ЛЛ8-3.
Результаты. Морфологические признаки гидроморфизма в изученных почвах проявляются в виде холодных тонов окраски. Морфологически близкие холодные тона почвенных горизонтов могут иметь разную минералогическую природу. В одних почвах сизый цвет может быть определен тоном глинистых минералов, лишенных красно-бурых пленок
(гидр)оксидов железа [6]. В других почвах красно-бурые (гидр)оксиды железа и другие частицы покрыты сизой пленкой Fe(П)-соединений, например, грин растом [22, 23, 24, 25, 26]. В-третьих, в почвах холодный тон может быть естественным цветом зеленоцветных почвообразующих пород, например прослойки элювия зеленоватого или серо-зеленого медистого песчаника, зеленоватого элювия мергеля пермской геологической системы. Такие горизонты иногда ошибочно принимают за оглеен-ные. Описание цвета в разрезах изученных почв по шкале Росгипрозема не позволяет различить оглеенные горизонты по окраске количественно (табл.1). Набор эталонов цвета почв в шкале ограничен.
Оптические свойства почв Пермского края
Таблица 1
Г оризонт, глубина, см Цвет (по шкале Росгипрозем) Ь* а* Ь* а/Ь Я(ЬаЬ)
Аллювиальная перегнойно-глеевая типичная тяжелосуглинистая, разр.41, Кама
Н 0-23 Буровато-черный 41,8 4,8 13,8 0,35 9,5
[Т] 23-89 Очень темно-бурый 36,7 5,4 9,9 0,55 25,2
о~~ 89-110 Темно-оливково-серый 44,5 2,6 9,9 0,26 3,5
110 и > Темно-оливково-бурый* 54,7 2,9 15,9 0,18 1,1
Аллювиальная серогумусовая глеевая оруденелая легкоглинистая, разр. 42, Кама
AYg 0-25 Буровато-серый 47,6 6,0 19,2 0,31 5,4
25-31 Темно-бурый* 49,0 6,4 18,6 0,34 4,9
о&~~ 31-55 Светло-буровато-серый 53,5 7,0 21,4 0,33 3,1
C2g~~ 55 и > Охристо-бурый* 53,3 7,1 20,3 0,35 3,3
Аллювиальная серогумусовая глееватая легкоглинистая, разр. 43, Кама
AY 0-20 Буровато-серый 45,2 5,3 14,5 0,37 6,6
сцш]- 20-30 Буровато-серый 47,1 4,5 12,0 0,38 4,4
С2[Ш]~~ 30-53 Очень темно-серый 56,8 4,9 16,5 0,30 1,5
С3~~ 53-75 Бурый 49,3 7,4 19,0 0,39 5,5
C4g~~ 75-100 Бурый* 51,9 7,2 17,8 0,40 4,0
C5g~~ 100-150 Охристо-бурый* 52,5 8,0 21,2 0,38 4,1
C6g~~ 150 и > Бурый* 55,1 5,8 16,1 0,36 2,2
Продолжение таблицы 1
Г оризонт, глубина, см Цвет (по шкале Росгипрозем) L* a* b* а/b R(Lab)
Аллювиальная серогумусовая глеевая оруденелая, разр. 51, Обва
AYg 0-22 Очень темно-серый 50,0 б,8 18,9 0,36 4,6
Gi[hh]g~~ 22-37 Бурый* 48,8 б,5 17,7 0,37 5,1
G2g,fn~~ 37-75 Бурый* 57,5 3,9 16,0 0,24 i,i
G~~ 75 и > Зеленовато-серый 5б,7 3,б i 5,9 0,23 i,i
Аллювиальная серогумусовая типичная, разр. 52, Обва
AY 0-24 Буровато-серый 47,4 7,3 i 8,0 0,41 7,0
Gi~~ 24-47 Бурый 51,0 8,2 20,1 0,41 5,0
G2~~ 47-70 Темно-бурый 52,б 8,0 2i,0 0,38 4,0
G3~~ 70-101 Бурый 51,2 8,2 20,8 0,39 4,9
G4~~ 101 и > Темно-бурый 51,3 7,9 20,2 0,39 4,7
Аллювиальная слоистая типичная, разр. 53, Обва
наилок Буровато-серый 49,3 5,3 17,0 0,3i 3,9
W(AY) 0-20 Буровато-серый 48,3 7,0 i 8,3 0,38 5,9
G2~~ 27-3б Бурый 47,8 7,4 i 8,7 0,40 6,7
G3~~ 3б-52 Бурый 48,1 7,5 i 8,5 0,4i 6,5
G4~~ 52-71 Бурый 48,1 7,4 i 8,4 0,40 6,4
G6~~ 7S-90 Бурый 48,0 7,4 i 8,6 0,40 6,5
G7~~ 90 и > Бурый 4б,2 7,1 17,1 0,42 7,9
Аллювиальная иловато-перегнойно-глеевая типичная, разр. 32, В. Мулянка
Hmr 0-i5 Очень темно-бурый 38,3 4,б 9,4 0,49 16,2
H 15-32 Буровато-черный 40,2 5,0 10,7 0,47 13,1
Gig" 32-49 Темно-бурый* 48,8 б,2 13,9 0,45 5,0
G2g~~ 49-7S Буровато-серый* 48,5 б,5 14,3 0,45 5,5
G~~ 7S-92 Зеленовато-сизый 45,8 5,0 11,4 0,44 5,9
[Ti] 92-i 10 Черный 2б,0 4,7 2,i 2,24 -
[T2] 110 и > Очень темно-бурый 25,б б,4 4,6 1,39 -
Г оризонт, глубина, см Цвет (по шкале Росгипрозем) L* a* b* а/b R(Lab)
Постагрогумусовая аллювиальная глееватая, разр. 33, В. Мулянка
AYpa 0-29 Интенсивно-бурый 38,8 3,8 10,5 0,36 ii ,8
Gi~~ 29-49 Охристо-бурый 47,8 б,0 16,4 0,37 5,4
G2~~ 49-75 Буровато-серый 48,4 б,4 17,6 0,36 5,3
G3~~ 75-107 Буровато-серый 47,0 б,4 17,4 0,37 6,3
G4g~~ 107-137 Темно-охристо-бурый* 50,б 5,8 17,0 0,34 3,7
G5g~~ 137 и > Темно-охристо-бурый* 50,7 8,0 i 9,0 0,42 5,1
Аллювиальная слоистая типичная, разр. 34, В. Мулянка
W(AY) 0-30 Буровато-серый 42,3 4,9 13,7 0,36 9,1
Gi~~ 30-41 Бурый 45,8 5,3 12,2 0,43 6,3
G2~~ 41-48 Темно-бурый 43,б 5,0 14,7 0,34 7,7
G3~~ 48-7б Бурый 42,9 5,1 14,3 0,36 8,7
G4~~ 7б-100 Бурый 44,9 5,7 12,5 0,46 7,7
G5~~ 100-108 Серый, темно-охристо-бурый 48,8 5,0 14,3 0,35 3,9
G6~~ 108-130 Серовато-зеленый 4б,3 4,б 14,0 0,33 4,9
G7~~ 130 и > Бурый, охристо-бурый 43,б 5,8 13,0 0,45 9,3
Окончание таблицы 1
Г оризонт, глубина, см Цвет (по шкале Росгипрозем) Ь* а* Ь* а/Ь К(ЬаЬ)
Агродерново-подзолистая глееватая почва, разр. 62, Соболи
PYg 0-30 - 44,1 3,9 12,6 0,31 5,6
беь8 30-50 - 52,2 6,7 18,9 0,35 3,5
ВТ1 50-70 - 52,0 8,2 20,6 0,40 4,5
С 140-160 - 48,5 8,7 19,4 0,45 7,3
Агросерогумусовая почва, разр. 63, Соболи
PY 0-30 - 42,9 7,0 13,6 0,51 12,6
ВМ1 30-49 - 45,9 7,8 15,2 0,51 9,4
ВМ2 49-74 - 44,8 10,1 15,1 0,67 15,0
ВС 74-91 - 43,7 9,3 15,3 0,61 15,6
Б 100-140 - 42,8 7,8 13,0 0,60 14,8
Темногумусовая глеевая почва, разр. 64, Соболи
ли 5-31 - 35,6 4,2 9,1
Вg 31-52 - 39,8 4,8 10,7
О 52-79 - 31,9 2,6 6,1
С 120-130 - 45,1 9,1 18,3
Агросерогумусовая почва, разр.72, Орлы
PY 0-29 - 44,5 9,9 18,0 0,55 14,6
ВМ1 29-40 - 43,8 12,3 19,2 0,64 20,7
ВМ2 40-70 - 41,7 13,4 18,4 0,73 31,5
ВС 70-110 - 39,3 14,1 18,0 0,78 48,6
С 110-130 - 42,1 15,7 19,4 0,81 36,3
Темногумусовая глеевая почва, разр. 73, Орлы
ЛИ 2-30 - 34,2 3,8 9,1 0,42 25,7
ВТg 30-45 - 51,9 6,2 18,8 0,33 3,3
О 45-59 - 47,7 3,7 13,2 0,28 3,3
ВТ 59-71 - 51,4 10,3 21,3 0,48 6,2
С1 105-120 - 42,0 12,3 19,1 0,64 26,7
С2 120-140 53,1 10,7 23,1 0,46 5,3
Агродерново-подзолистая профильно-глееватая почва, разр. 14, Ния
PYg 0-10 - 58,8 4,8 17,8 0,27 1,2
PYg 10-20 - 59,7 4,8 17,6 0,27 1,1
PYg 20-30 - 59,4 5,7 17,9 0,32 1,4
ВТ^ 30-40 - 58,3 8,9 22,1 0,40 2,4
BT1g 40-50 - 55,3 10,5 23,7 0,44 4,0
ВТ g 50-60 - 56,7 11,0 24,5 0,45 3,6
BT2g 60-70 - 56,7 11,9 24,6 0,48 4,0
BT2g 70-80 - 56,9 11,9 24,0 0,50 3,9
BT2g 80-90 - 56,4 12,1 24,4 0,50 4,2
BT2g 90-100 - 55,6 12,1 24,1 0,50 4,6
Cg 140-150 - 59,4 5,7 17,9 0,32 1,4
Агродерново-подзолистая почва, разр. 40, Ния
PY 0-10 - 58,1 6,2 18,6 0,33 1,7
PY 10-20 - 56,4 6,2 17,9 0,35 2,0
ELBT1 20-30 - 59,0 6,4 18,7 0,34 1,6
ELBT1 30-40 - 58,9 8,9 21,4 0,42 2,3
BT1 40-50 - 52,7 11,8 23,0 0,51 6,2
BT2 50-60 - 52,0 12,3 23,3 0,53 7,0
BT2 60-70 - 54,7 12,4 22,8 0,54 5,3
BT2 70-80 - 53,6 12,9 24,0 0,54 6,2
BT2C 80-90 - 54,6 13,3 24,9 0,53 5,7
BT2C 90-100 - 54,1 12,7 24,8 0,51 5,7
С 150-160 - 54,2 13,0 25,3 0,51 5,8
Примечание: * - основной цвет почвы характеризуется сизоватым оттенком, «-» - не определяли.
Анализ спектрофотометрических количественных характеристик показал следующее. Гидроморфизм в почвах Пермского края влияет, прежде всего, на содержание гидроксидов железа и, соответственно, на оптические показатели: степень красноты а*, отношение а*/Ъ* и индекс красноцветности ЩЬаЪ).
Среди изученных почв наиболее высокими значениями степени красноты а* обладают агросерогумусовые почвы на элювии пермских глин (разр. 63, 72), где величина а* изменяется и интервале от 7,0 до 15,7 (табл. 1). По данным мессбауэровской спектроскопии, именно в этих почвах среди оксидов железа преобладает литогенный гематит [27].
Различия в оптических показателях гид-роморфных и автоморфных почв наиболее существенны по значениям степени красноты а*, так как закисные условия почвообразования приводят к восстановлению железа в составе гематита. В изученных почвах Пермского края оптический показатель степень красноты а* изменяется по горизонтам почв в интервале от 2,6 до 15,7 единиц. Минимальные значения а* в почвах всех катен и трансект характерны для оглеенных и оподзоленных горизонтов. Светлота Ь* и желтизна Ъ* варьируют в меньшей степени. В агродерново-подзолистых, темногумусовых глеевых и ал-
лювиальных почвах степень красноты а* значительно ниже, чем в агросерогумусовых, так как в этих почвах содержание литогенного гематита значительно меньше. Почвообразующие породы почв пойм, выровненных водоразделов и подножий склонов образовались в результате многократного перемывания и пе-реотложения элювия красноцветных гематитсодержащих осадочных пород Предуралья. При проявлении этих геологических процессов с восстановительными условиями осадко-накопления и в современных гидроморфных условиях почвообразования оксидогенез железа заключается в частичном разрушении литогенного гематита. На вершинах склонов, где формируются агросерогумусовые почвы, условия почвообразования автоморфные, и железо в составе литогенного гематита не подвергается процессу редукции.
Диагностическим признаком проявления гидроморфизма в оглеенных и оподзоленных почвах Пермского края являются низкие значения показателя а*/Ъ* - 0,18-0,64, тогда как в агросерогумусовых почвах этот показатель составляет от 0,51 до 0,81 единиц (табл. 2, рис. 1). Минимальные значения а*/Ъ* в профилях почв характерны для глееватых и глеевых горизонтов - 0,18-0,27 единиц.
Таблица 2
Оптические показатели и гидроморфизм почв Пермского края
Оптические показатели Горизонты без признаков гидроморфизма Горизонты с признаками гидроморфизма
М Нш М | 11ш
Аллювиальные почвы
а* 6,3 3,8-8,2 5,9 2,6-8
Я(ЬаЪ) 6,3 1,50-11,8 4,0 1,1-6,3
а*/Ъ* 0,38 0,30-0,46 0,35 0,18-0,45
Агродерново-подзолистые почвы
а* 10,2 6,2-13,3 8,5 3,9-12,1
Я(ЬаЪ) 4,7 1,6-7,3 3,1 1,1-5,6
а*/Ъ* 0,46 0,33-0,54 0,39 0,27-0,50
Агросерогумусовые почвы
а* 10,7 7,0-15,7 - -
ЩЬаЪ) 21,9 9,4-48,6 - -
а*/Ъ* 0,64 0,51-0,81 - -
Темногумусовые глеевые почвы
а* - - 6,8 2,6-12,3
ЩЬаЪ) - - 11,8 3,3-26,7
а*/Ъ* - - 0,44 0,28-0,64
Примечание: «-» - означает отсутствие горизонтов с соответствующими признаками.
И(1-аЬ)
35
30
25
20
15
1
Л г-г1 1
гГП г!1 1 Г1 1 НИ
I
III
Рис. 1. Среднепрофильные показатели цвета минеральных горизонтов почв в системе СШ-Ь*а*Ь*: степень красноты а*, отношение а*/Ь* и индекс красноцветности ЩЬаЪ). Аллювиальные почвы пойм рек Кама (а), Обва (Ь) и Мулянка (с) и зональные почвы катен Соболи (ё), Орлы (е), Ния (Г).
I - разрезы почв без признаков гидроморфизма;
II - разрезы гидроморфных вариантов почв
Среднепрофильный индекс красноцвет-ности ЩЬаЪ) в профилях аллювиальных и аг-родерново-подзолистых почв в несколько раз ниже, чем в почвах на элювии пермских глин. Снижение индекса красноцветности ЩЬаЪ) в почвах с восстановительными условиями происходит как за счет снижения степени красноты а*, так и за счет увеличения светлоты почвы Ь* в результате процессов оподзоливания и оглеения (табл. 2, рис. 1). В оглеенных типах почв (разр. 14, 32, 33, 41, 42, 43, 51, 62, 64, 73) средневзвешенный профильный индекс крас-ноцветности ЩЬаЪ) ниже, чем в неоглеенных (разр. 34, 40, 52, 53, 63, 72,). Индекс красноцветности ЩЬаЪ) в почвах трансекты поймы р. В. Мулянки в два раза выше, чем в почвах трансекты поймы р. Камы (рис. 1 ). В современном аллювии поймы р. Камы продукты выветривания гематитсодержащих пород сильнее «разбавлены» перемытым и переот-ложенным аллювием камских террас. Павод-
ковые воды р. В. Мулянки размывают породы, обогащенные в большей степени красноцветными пермскими отложениями уфимского яруса.
Зависимость окраски от состава почвы чаще всего устанавливают с применением корреляционного анализа связи цвета с главными пигментами [9, 11, 12]. В наших статистических расчетах были использованы данные химического анализа содержания железистых минералов в стандартных вытяжках Ме-ра-Джексона и Тамма (табл. 3). Выявлено, что оптические показатели взаимосвязаны с химическими показателями интенсивности ок-сидогенеза железа. В аллювиальных почвах существует тесная положительная корреляция между степенью красноты а*, содержанием свободного ^дит), окристаллизованного
^окрыст) железа и интенсивностью оксидоге-неза что подтверждает влияние
(гидр)оксидов железа на цвет почв.
Таблица 3
Коэффициенты парной корреляции (г) по Спирмену между оптическими свойствами почв и показателями оксидогенеза железа в минеральных горизонтах аллювиальных почв Пермского края, п = 43
^ДИТ ^ОКС ^ОКРИСТ Feoкc/Feдит ^ДИТ^ВАЛ
а* 0,48і 0,08 0,54і -0,27 0,59і
Я(ЬаЬ) 0,02 -0,31і 0,02 -0,53і 0,04
В дитионитовую вытяжку переходят, в том числе, красноцветные минералы железа: гематит и фероксигит. Возрастание количества аморфных слабоокристаллизованных форм железа ^жс) достоверно понижает индекс красноцветности ЩЬаЪ), так как в их составе преобладает гидроксид с низкой краснотой а* - гетит. В почвах Предуралья гетит образуется при восстановлении гематита [28].
Выводы. Гидроморфизм почв как в поймах, так и на водоразделах Пермского края, сопровождается снижением значений оптических показателей: степень красноты а*, отношение а*/Ъ* и индекс красноцветности Я(ЬаЪ). В гидроморфных условиях пойменного осад-
конакопления и развития оглеения, а также элювиально-глеевого и (или) подзолистого процессов при периодическом застое влаги на выровненных водоразделах, у подножий склонов и в поймах рек происходит восстановление железа в составе свободных частиц литогенного гематита, железосодержащих пленок фероксигита и тонкодисперсного пе-догенного гематита на поверхности глинистых алюмосиликатов.
Авторы выражают благодарность доктору технических наук Ю.Т. Платову за предоставленную возможность выполнения исследований на спектроколори-метре «Пульсар», а также признательны доктору с.-х. наук Ю.Н. Водяницкому за ценные консультации по формам железа в почвах.
Литература
1. Вологжанина Т.В., Москвитин Н.А., Бутенко В.Ф. Природно-климатические условия и почвенный покров Пермской области // Приемы повышения плодородия почв северо-востока Нечерноземной зоны. Пермь: ПСХИ, 1985. С. 3-6.
2. Ладыгин В.К. Географо-мелиоративное устройство территории (на примере Пермского Прикамья): автореф. дисс. ... канд. географ. наук. Пермь, 1981. 16 с.
3. Разорвин И.В. Мелиорация: опыт, проблемы. Свердловск: Сред.-Урал. кн. изд-во, 1987. 240 с.
4. Чазов Б.А., Ладыгин В.К. Актуальные аспекты географо-мелиоративного устройства основных хозяйственных звеньев Западно-Уральского Нечерноземья // Физико-геграф. основы развития и размещения производительных сил Нечерноземного Урала. Пермь, 1985. С. 3-13.
5. Зайдельман Ф.Р. Гидроморфные почвы // Почвоведение. 2003. No. 8. С. 911-920.
6. Зайдельман Ф.Р., Старцев А.Д. Окислительно-восстановительный и гидротермический режим неоглеенных и оглеенных почв на пермском карбонатном элювии // Науч. докл. Высш. школы. Биол. науки. 1987. No. 8. С. 102-109.
7. Желясков А.Л. Целевая программа проведения землеустройства и ведения кадастра как инструмент совершенствования системы сельскохозяйственного землепользования региона // Пермский аграрный вестник. 2013. No. 13. С. 43-49.
8. Андронова М.И. Стандартные цветовые шкалы для полевого определения и кодирования окраски почв. М.: ПКО «Картография», 1992. 12 с.
9. Классификация и диагностика почв России / Л.Л. ТТТитттов. В.Д. Тонконогов, И.И. Лебедева, М.И. Герасимова. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
10. World reference Base for Soil Resources. Draft. ISSS/ISRIC/FAO. Wageningen-Rome, 1994. 161 p.
11. Караванова Е.И. Оптические свойства почв и их природа. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2003. 152 с.
12. Карманов И.И. Спектральная отражающая способность и цвет почв как показатели их свойств. М.: Колос, 1974. 351 с.
13. Михайлова Н.А., Орлов Д.С. Оптические свойства почв и почвенных компонентов. М.: Наука, 1986. 118 с.
14. Водяницкий Ю.Н., ТТТитттов Л.Л. Изучение некоторых почвенных процессов по цвету почв. М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 2004. 85 с.
15. Егоров Д.Н. Оценка степени оглеения почв по их цветовой гамме и совокупности физико-химических свойств: автореф. дис. ... канд. биол. наук. М., 2008. 21 c.
16. Савич В.И., Батанов Б.Н., Егоров Д.Н. Агрономическая оценка окислительно-восстановительного состояния и оглеения почв. М.: ФГОУ ВПО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимизярева, 2008. 270 с.
17. Сатаев, Э.Ф. Режимы и оксидогенез почв на древнеаллювиальных отложениях Средне-Камской низменной равнины: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. М., 2005. 22 с.
18. Barron V., Torrent J. Use of the Kulbeka-Munk theory to study the influence of iron oxides on soil color // J. Soil Science. 1986. V. 37. P. 499-510.
19. Torrent J., Barron V. Diffuse reflectance spectroscopy of iron oxides // Encyclopedia of surface and Colloid Science, 2002. P. 1438-1446.
20. Водяницкий, Ю.Н. Химия, минералогия и цвет оглеенных почв. М.: ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 2006. 172 с.
21. Scheinost A.C., Schwertmann U. Color identification of iron oxides and hydroxysulfates: use and limitations // Soil Sci. Soc. Am. J. 1999. V. 63. P. 1463-1471.
22. Hansen H.C.B., Borgaard O.K., Sorensen J. Evaluation of the free energy of formation of iron(II)iron(III)-hydroxide-sulphate (Green Rust) and its reduction of nitrite // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1994. V. 58. P. 25992608.
23. Kostka J.E., Wu J., Nealson K.H., Stucki J.W. The impact of structural Fe(III) reduction by bacteria on the surfase chemistry of smectite clay minerals // Geochim. Cosmochim. Acta. 1999. V. 63. P. 3705-3713.
24. Trolard F., Abdelmoula M., Bourrie G., Genin M.R. Occurences and seasonal transformations of green rusts <foug-erite> mineral and lepidocrocite in soils // 16-th World Congress Soil Sci. Montpellier, France, 1998. Sum. V. 1. P. 450.
25. Urrutia M.M., Roden E.E., Fredrickson J.K., Zachara J.M. Microbial and geochemical controls on syntetic Fe(III) oxide reduction by Shewanella alga strain BrY // Geo-microbiol J. 1998. V. 15. P. 269-191.
26. Zachara J.M., Fredrickson J. K., Li S., Kennedy D.W., Smith S.C., Gassman P.L. Bacterial reduction of crystalline Fe3+ oxides in single phase suspensions and subsurfase materials // Am. Miner. 1998. V. 83. P. 1426-1443
27. Гилёв В.Ю. Полевая диагностика форм оглеения в почвах Среднего Предуралья // Доклады РАСХН. 2007. No. 3. С. 31-33.
28. Водяницкий Ю.Н., Васильев А.А., Сатаев Э.Ф. и др. Влияние железосодержащих пигментов на цвет почв на аллювиальных отложениях Средне-Камской равнины // Почвоведение. 2007. No. 3. С. 318-330.
COLOUR AND SOIL HYDROMORPHISM IN THE PERMSKII KRAI
A.A. Vasiliev, Cand. Agr.Sci.
A.V. Romanova, Cand. Bio.Sci.;
V.Iu. Gilev, Cand.Agr.Sci.
Perm State Agricultural Academy, Perm, Russia E-mail: [email protected]
ABSTRACT
Objects of research are floodplain soils and zonal soils with diverse degrees of hydromorphism. These soils formed on different parent rock materials: modern alluvium, cover eluvial and diluvial deposits, eluvium of Permian clays, deluvium. Qualitative account of farmland in the Perm region was not carried out over the last 25 years. This is due to a number of socio-economic factors, and the imperfection of diagnostic methods of soil. In this regard, improved methods of diagnosis and hydromorphic soils is an urgent problem of Soil Science and Land Reclamation.
The purpose of research is assessment of the hydromorphism impact on the colour of soils in the Permskii krai.
The article contains the results of measuring the soil colour with using the CIE-L*a*b* spec-trophotometric system. We studied 16 soil profiles on different geomorphological positions of relief. The following optical indices: degree of redness a*, yellowness b*, lightness L* - have been determined quantitatively in samples of soil pit-run fines from genetic horizons and parent rock materials of each profile. The effect of the hydromorphism on colour indices of alluvial soils in transects of the Kama, the Obva and the Upper Mulyanka floodplains and zonal soils of catenas in the catchment areas of the Ilinskii, the Permskii and the Karagaiskii districts of the Permskii krai has been identified.
Assessment of hydromorphism impact on soils colour carried out according to index of red colour R (Lab), redness-to-yellowness ratio a*/b* and the absolute values of redness degree a*. Temporary overmoistening of soils and recovery phase of floodplains deposits accumulation reduce the size of all used estimated figures. High degree of redness of the Permskii krai soils appears on land wastes of red Permian clays. The main red soil pigment - hematite aFe2O3 do not destroyed on well-drained elements of the relief, but iron reduction in the composition of red hematite and its transformation into yellow hematite SFeOOH occurs in low relief elements of transects and catenas.
Key words: soil, gleization, colour optical indices, transect, catena, floodplain, Permian clay.
References
1. Vologzhanina T.V., Moskvitin N.A., Butenko V.F. Prirodno-klimaticheskie usloviya i pochvennyi pokrov Permskoi oblasti (Climatic conditions and soils in Permskaia oblast), Priemy povysheniya plodorodiya pochv severo-vostoka Necher-nozemnoi zony, Perm': PSKhI, 1985, P. 3-6.
2. Ladygin V.K. Geografo-meliorativnoe ustroistvo territorii (na primere Permskogo Prikam'ya), (Geographic-reclamation management of soils (case study: Permskoie Prikamie), avtoref. diss. ... kand. geograf. Nauk, Perm', 1981, 16 p.
3. Razorvin I.V. Melioratsiya: opyt, problem (Reclamation: experience, problems), Sverdlovsk: Sred.-Ural. kn. izd-vo, 1987, 240 p.
4. Chazov B.A., Ladygin V.K. Aktual'nye aspekty geografo-meliorativnogo ustroistva osnovnykh khozyaistvennykh zven'ev Zapadno-Ural'skogo Nechernozem'ya (Topical aspects of geographic-reclamation management of basic links), Fizi-ko-gegraf. osnovy razvitiya i razmeshcheniya proizvoditel'nykh sil Nechernozemnogo Urala. Perm', 1985, P. 3-13.
5. Zaidelman F.R. Gidromorfnye pochvy (Hydromorphic soils), Pochvovedenie, 2003, No. 8. P. 911-920.
6. Zaidelman F.R., Startsev A.D. Okislitel'no-vosstanovitel'nyi i gidrotermicheskii rezhim neogleennykh i ogleennykh pochv na permskom karbonatnom elyuvii (Oxidation-reduction and hydrotermic regime in non-gley and gley soils in perm carbonate eluviy), Nauch. dokl. Vyssh. shkoly. biol. Nauki, 1987, No. 8, P. 102-109.
7. Zhelyaskov A.L. Tselevaya programma provedeniya zemleustroistva i vedeniya kadastra kak instrument sovershenstvovaniya sistemy sel'skokhozyaistvennogo zemlepol'zovaniya regiona (Special programme of land management and cadaster as an instrument for improvement farm land management), Permskii agrarnyi vestnik, 2013, No. 13, P. 43-49.
8. Andronova M.I. Standartnye tsvetovye shkaly dlya polevogo opredeleniya i kodirovaniya okraski pochv (Standard colour scales for field determination and coding soil colour), M.: PKO «Kartografiya», 1992, 12 p.
9. Klassifikatsiya i diagnostika pochv Rossii (Classification and diagnosis of Russia’s soils), L.L. Shishov, V.D. Tonkonogov, I.I. Lebedeva, M.I. Gerasimova. Smolensk: Oikumena, 2004, 342 p.
10. World reference Base for Soil Resource,. Draft, ISSS/ISRIC/FAO, Wageningen-Rome, 1994, 161 p.
11. Karavanova E.I. Opticheskie svoistva pochv i ikh priroda (Optical soils properties and their origin), M.: Izd-vo Mosk. un-ta, 2003, 152 p.
12. Karmanov I.I. Spektral'naya otrazhayushchaya sposobnost' i tsvet pochv kak pokazateli ikh svoistv (Spectral reflection ability and siol colour as their properties figures), M.: Kolos, 1974, 351 p.
13. Mikhailova N.A., Orlov D.S. Opticheskie svoistva pochv i pochvennykh komponentov (Optical properties of soils a nd their components) M.: Nauka, 1986, 118 p.
14. Vodyanitskii Yu.N., Shishov L.L. Izuchenie nekotorykh pochvennykh protsessov po tsvetu pochv (Study of some siol processes on soil colour), M.: Pochvennyi institut im. V.V. Dokuchaeva RASKhN, 2004, 85 p.
15. Egorov D.N. Otsenka stepeni ogleeniya pochv po ikh tsvetovoi gamme i sovokupnosti fiziko-khimicheskikh svoistv (Estimation of gleization degree of soils on their colour and physic-chemical properties): avtoref. dis. kand. biol. nauk, M., 2008, 21 p.
16. Savich V.I., Batanov B.N., Egorov D.N. Agronomicheskaya otsenka okislitel'no-vosstanovitel'nogo sostoyaniya i ogleeniya pochv (Agronomic estimation of oxidation-reduction condition and gleization of soils), M.: FGOU VPO RGAU-MSKhA imeni K.A. Timizyareva, 2008, 270 p.
17. Sataev, E.F. Rezhimy i oksidogenez pochv na drevneallyuvial'nykh otlozheniyakh Sredne-Kamskoi nizmennoi ravniny (Soil regimes and genesis of oxides in soils upon ancient illuvium sediments of Sredne-Kamskaia low plain): avtoref. dis. ... kand. s.-kh. nauk. M., 2005, 22 p.
18. Barron V., Torrent J. Use of the Kulbeka-Munk theory to study the influence of iron oxides on soil color, J. Soil Science, 1986, Vol. 37, P. 499-510.
19. Torrent J., Barron V. Diffuse reflectance spectroscopy of iron oxides, Encyclopedia of surface and Colloid Science, 2002, P. 1438-1446.
20. Vodyanitskii, Yu.N. Khimiya, mineralogiya i tsvet ogleennykh pochv, (Chemistry, minerology and colour of glein-ized soils), M.: GNU Pochvennyi institut im. V.V. Dokuchaeva RASKhN, 2006, 172 p.
21. Scheinost A.C., Schwertmann U. Color identification of iron oxides and hydroxysulfates: use and limitations, Soil Sci. Soc. Am. J. 1999, Vol. 63, P. 1463-471.
22. Hansen H.C.B., Borgaard O.K., Sorensen J. Evaluation of the free energy of formation of iron(II)iron(III)-hydroxide-sulphate (Green Rust) and its reduction of nitrite, Geochimica et Cosmochimica Acta, 1994, Vol. 58, P. 25992608.
23. Kostka J.E., Wu J., Nealson K.H., Stucki J.W. The impact of structural Fe(III) reduction by bacteria on the surfase chemistry of smectite clay minerals, Geochim. Cosmochim. Acta. 1999, Vol. 63, P. 3705-3713.
24. Trolard F., Abdelmoula M., Bourrie G., Genin M.R. Occurences and seasonal transformations of green rusts <foug-erite> mineral and lepidocrocite in soils, 16-th World Congress Soil Sci. Montpellier, France, 1998, Sum. Vol. 1, 450 p.
25. Urrutia M.M., Roden E.E., Fredrickson J.K., Zachara J.M. Microbial and geochemical controls on syntetic Fe(III) oxide reduction by Shewanella alga strain BrY, Geo-microbiol J. 1998, Vol. 15, P. 269-191.
26. Zachara J.M., Fredrickson J. K., Li S., Kennedy D.W., Smith S.C., Gassman P.L. Bacterial reduction of crystalline Fe3+ oxides in single phase suspensions and subsurfase materials, Am. Miner. 1998, Vol. 83, P. 1426-1443.
27. Gilev V.Yu. Polevaya diagnostika form ogleeniya v pochvakh Srednego Predural'ya (Field diagnosis of gleiniza-tion forms in soils of Middle Preduralie), Doklady RASKhN, 2007, No. 3, P. 31-33.
28. Vodyanitskii Yu.N., Vasil'ev A.A., Sataev E.F. i dr. Vliyanie zhelezosoderzhashchikh pigmentov na tsvet pochv na allyuvial'nykh otlozheniyakh Sredne-Kamskoi ravniny (Effect of ferrum containing pigments on soil colour in alluvial sediments of the Sredne-Kamskaia plain), Pochvovedenie, 2007, No. 3, P. 318-330.
