Процесс разрушения алюмо-феррисиликатов происходит под влиянием накапливающихся активных органических соединений с кислыми свойствами. Кроме того, можно предполагать (А. М. Можейко, Б. А. Неунылов и др.), что под влиянием образующихся при анаэробном брожении таких активных акцепторов кислорода, как метан, сероводород, водород, некоторых восстанавливающих экзоферментных систем микроорганизмов возможно отщепление внешних кислородов от кристаллической решетки алюмо- и феррисиликатов, что вызовет нарушение электростатических связей в кристаллической решетки и последующее ее разрушение с переходом в раствор ионов железа, алюминия и др. Из коллоидных и ионных растворов, содержащих железо, кремнекислоту, гидроокиси алюминия и другие соединения, при смене ОВ-условий реакции дегидратации возможен ресинтез вторичных минералов (И. Н. Антипов-Каратаев, Е. И. Парфенова, Е. А. Ярилова). Ресинтез вторичных минералов при оглеении наиболее выражен в условиях ослабленного выноса продуктов глеевого процесса и почти не имеет места при хорошо выраженных нисходящих токах воды в условиях кислой реакции почвенных растворов.
Одной из наиболее характерных особенностей глееобразования является восстановление железа. Соединения окисного железа, восстанавливаясь, переходят в соединения двухвалентного, закисного железа.
Восстановление окисного железа в закисное может происходить, по-видимому, как в результате ферментативной деятельности микроорганизмов, так и вследствие воздействия продуктов жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов. К таким продуктам могут относиться газообразные соединения (СН4, Н2, Н2S), низкомолекулярные органические и гуминовые кислоты. По данным В.Ф.Непомилуева и М.А.Козырева, в оглеенных почвах широко распространены масляно-кислые бактерии рода Clostridium и так называемые железовосстанавливающие микроорганизмы, которые способны переводить окисные соединения железа в закисные. В зависимости от характера увлажнения судьба соединений закисного железа будет разной.
При переодическом переувлажнении соединения железа могут находиться то в окисной, то в закисной форме, в зависимости от продолжительности периода увлажнения и периода аэрации.
Первым соединением, которое образуется при восстановлении железа, является более мобильное двууглекислое железо Fe(HCO3)2, которое в природных условиях довольно хорошо растворимо в воде и при смене восстановительных условий на окислительные легко окисляется с образованием гидроокиси железа:
4Fe(HCO3)2 +O2 +2H2O = 4Fe(OH)3 +8CO2.
Ржавые и охристые пятна, примазки и другие железистые образования в слабозаболоченных почвах обусловлены соединениями гидрата окиси железа, образующимися при смене окислительно-восстановительных явлений.
При длительном и тем более постоянном избыточном увлажнении в условиях устойчивого развития глеевого процесса ионы закисного железа вступают в реакцию с кремнеземом и глиноземом, образуя с ними, как отмечено выше, вторичные алюмо-ферросиликаты, в состав которых входит закисное железо.
Такие минералы в отличие от минералов, содержащих окисное железо, имеют сизоватую, грязно-зеленоватую или голубоватую окраску. Почвенные горизонты, в которых накапливаются эти минералы, называются глеевыми. Если избыточное увлажнение непродолжительное, то сплошной глеевой горизонт может и не образоваться, а вместо него в почвенном профиле появляются отдельные сизоватые или зелено-голубоватые пятна. Такие горизонты называются глееватыми.
Приобретение глеевыми горизонтами специфической окраски связано также с потерей пленок окисного железа с поверхности почвенных минералов, собственная окраска которых придает характерный цвет глею.
В процессе оглеения, кроме вторичных минералов, являющихся более устойчивыми к окислению, образуются и менее устойчивые минералы, к которым можно отнести сидерит (FeCO3) и вивианит [Fe3(PO4)2 х 8Н2О]. При оглеении почва относительно обогащается кремнекислотой и обедняется железом и в меньшей степени алюминием. Сопоставление данных по составу глеевого и подзолистого горизонтов показывает, что последний в равной степени обеднен окислами железа и алюминия, тогда, как из глеевого горизонта выщелачивается преимущественно железо, а алюминий является более устойчивым.
При оглеении наряду с восстановлением железа происходит восстановление марганца и образование подвижных его соединений. Продуктами восстановления серы при развитии устойчивого оглеения являются H2S и FeS. Значительным превращениям при оглеении подвергаются соединения азота и фосфора. Превращения азота связаны с развитием процессов денитрификации, которые приводят к быстрому исчезновению нитратных форм азота и могут вызвать при длительном и устойчивом развитии восстановительных процессов значительную потерю азота из почвы. Изменение фосфатного режима связано с образованием в оглеенных горизонтах фосфатов закиси железа типа вивианита, а при переодической смене восстановительных процессов окислительными – накоплением труднорастворимых фосфатов окиси железа. При переувлажнении почв в первую очередь происходит восстановление нитратов и сульфатов и уже затем восстанавливаются окисные соединения железа и марганца.
Поскольку при оглеении образуются активные органические соединения с кислыми свойствами и подвижные компоненты разрушения и восстановления минеральной части почвы, то создаются благоприятные условия для образования разнообразных органо-минеральных соединений, которые имеют важное значение в миграции железа, марганца и алюминия из оглеенных горизонтов. Особенно сильно процессы миграции развиваются в почвах поверхностного временного избыточного увлажнения под влиянием сезонного оглеения при сочетании с нисходящими токами воды. Такой элювиально-глеевый процесс имеет важное значение в формировании элювиальных горизонтов в различных типах почв – глеево-подзолистых, солодях, “подбелах” и др. (Ю.А.Ливеровский, И.С.Кауричев).
В тех случаях, когда оглеение развивается в условиях близкого залегания грунтовых вод или под влиянием избыточного увлажнения водами внутрипочвенного стока, наблюдается обратный процесс – гидрогенной аккумуляции в верхних горизонтах подвижных продуктов глеевого процесса и в особенности соединений железа.
Таким образом, развитие глеевого процесса приводит к существенному ухудшению агрономических свойств почв и для их улучшения требуется коренное изменение водно-воздушного режима путем осушительных мелиораций, а для почв временного поверхностного переувлажнения (минеральные полугидроморфные почвы) применением комплекса агротехнических мероприятий.
Основные типы заболачивания
Согласно трудам В.С.Доктуровского, Г.И.Танфильева, В.Р.Вильямса, В.Н.Сукачева принято различать два основных типа заболачивания или болотообразования: 1) заболачивания суши и 2) заторфовывание водоемов. В свою очередь, заболачивание суши проявляется по-разному в зависимости от происхождения и состава вызывающей его влаги.
Заболачивание суши
Поверхностное заболачивание атмосферными водами происходит главным образом на тяжелых по механическому составу породах и на выровненных территориях, лишенных значительных уклонов местности. Заболачивание почвы атмосферными осдками имеет ту отличитеольную способность, что атмосферные осадки содержат в своем составе очень небольшое количество минеральных соединений, необходимых для питания растений. В начальный период поверхностного заболачивания атмосферными водами, когда в почве создаются анаэробные условия, происходит замедленное разложение растительных остатков и, как следствие этого, повышение содержания органического вещества в гумусовом горизонте (до 15-20%), которое отличается, как правило, широким соотношением между углеродом и азотом. Наряду с увеличением содержания органического вещества происходит и оглеение верхних горизонтов, приводящее к химическим и морфологическим изменениям, характерным для глееватых горизонтов. При этой начальной стадии заболачивания атмосферными водами в таежно-лесной зоне формируется перегнойно-глеево-подзолистая почва. При дальнейшем заболачивании почвы происходит прогрессивное нарастание торфяного горизонта и усиление процесса оглеения, в результате чего образуется торфянисто- или торфяно-подзолисто-глеевые почвы.
Усиление поверхностного заболачивания приводит к образованию торфяно-глеевой почвы, состоящей из торфяного горизонта мощностью не более 50 см и сплошного глеевого горизонта, залягающего ниже торфяного слоя. В дальнейщем при нарастании мощности слоя торфа торфяно-глеевая почва превращается в болотную торфяную почву.
Заболачивание пресными (мягкими) грунтовыми водами происходит на бескарбонатных, чаще всего легких материнских породах, подстилаемых водоупорными, более тяжелыми по механическому составу отложениями (например, супеси и пески, подстилаемые моренными тяжелыми суглинками и глинами). Заболачивание такого типа имеет место, как правило, на водораздельных пространствах на бескарбонатных породах с близким залеганием почвенно-грунтовых вод. Хотя грунтовые воды и более минерализованы, нежели воды атмосферных осадков, все же в этих условиях увлажнения растительный покров представлен главным образом сфагновым мхом и болотными полукустарниками (багульник, клюква, брусника и др.), а также пушицей, осокой и другими травами. Из древесных пород здесь могут встречаться угнетенные сосна, береза, ель, которые при нарастании торфяных отложений последовательно выпадают: сначала береза, затем ель и, наконец, сосна.
В таежно-лесной зоне при грунтовом заболачивании мягкими водами на первой стадии формируются торфянистые подзолистые почвы, несущие признаки оглеения в материнской породе и в горизонте В и имеющие на поверхности почвы торфянистый горизонт мощностью 10-12 см.