Органические кислоты, поступающие из подстилки способствуют разрушению первичных, а также вторичных силикатов, к трансформации глинистых минералов и десиликации из верхних горизонтов, что вместе с активным лессиважем формирует элювиальные горизонты EL. В весенние сезоны, когда почвы переувлажнены, сюда добавляется элювиально-глеевый процесс, а также связанная с ним окислительная сегрегация – формирование конкреций. В иллювиальных горизонтах Bt получают развитие «иммобилизационные» этапы указанных процессов, а также признаки партлювации в виде многочисленных песчано-пылеватых кутан.
Непременным атрибутом формирования этих почв являются процессы комрессионно-гидротермического, биогенного и коагуляционного оструктуривания, которые создают сложную многопорядковую структурную организацию. К фоновым процессам можно отнести выщелачивание (кальциевая миграция) и вынос солей, поступающих из атмосферы, а также партлювацию. К процессам, которые могут проявляться, а могут не проявляться относятся дезинтеграция и глинообразование (на субстратах с «резервом выветривания» первичных минералов), а также карбонатная сегрегация (Элементарные…, 1992).
3. Краткая характеристика ЭПП дерново-подзолистых почв
В этой главе остановимся на краткой характеристике основных ЭПП участвующих в формировании профиля дерново-подзолистых почв.
Метаморфизм органического вещества.
Разнообразие процессов метаморфизма органического вещества, различная их интенсивность и сочетания с другими группами ЭПП формируют многообразие реальных органопрофилей почв.
1) Поступление органических остатков.
Процесс автохтонного и аллохтонного поступления органического вещества на поверхность почвы или в почву в виде растительных и животных остатков (надземных, подземных), экскрементов животных, хитиновых покровов насекомых. Ежегодно с опадом поступает около 55 ц/га (Родин, Базилевич, 1965; Ершов Ю. И., 2004).
2) Трансформация растительных остатков и их гумификация.
Процесс, складывающийся из множества физических (механическое измельчение), химических (окисление), фотохимических (разложение под действием солнечного света) и прежде всего биохимических (ферментативное расщепление биополимеров) реакций (Элементарные…, 1992). Достаточное количество солнечной радиации, режим увлажнения, растительный покров, богатый видовой состав почвенной микрофлоры, её относительно высокая биохимическая активность в течение довольно продолжительного периода биологической активности способствуют более глубокой трансформации растительных остатков, чем, например, в подзолистых почвах. Но, всё же, распад растительных остатков не заходит слишком глубоко. Крупные фрагменты лигнина, белков, полисахаридов, пигментов путем карбоксилирования и деметоксилирования постепенно трансформируются в гумусовые кислоты (Орлов Д. С. и др., 2005).
3) Минерализация органического вещества.
Процесс минерализации - это комплекс физико-химических и биохимических окислительно-восстановительных микропроцессов, приводящих к полному разложения органического материала и собственно гумусовых веществ до конечных продуктов окисления – оксидов и солей.
4) Комплексообразование и миграция продуктов гумификации.
Это процессы взаимодействия образующихся при гумификации органических кислот специфической (гумусовой) природы и неспецифических соединений с минеральной частью почвы, приводящие к её частичной или полной мобилизации. Так, например, Иванилова С. В. (2007) обнаружила корреляционную связь между содержанием водорастворимых соединений некоторых химических элементов (Fe, Mn, Zn, K, Na, Si, Al) с соединениями фенольной природы, что указывают на возможность их совместной миграции. При этом основным фактором максимального действия для содержания водорастворимых форм изученных металлов и фенолов является степень разложенности опада в подгоризонтах подстилки и положением в ландшафте.
5) Иммобилизация органо-минеральных соединений.
Органические и органо-минеральные соединения почв обладают не только миграционной, но иммобилизационной способностью, т. е. могут осаждаться из растворов и суспензий и закрепляться на различных геохимических барьерах – биогеохимических, физико-химических, механических и др. В дерново-подзолистых почвах основными механизмами иммобилизации являются осаждение на поверхностях порово-трещинного пространства, проникновение органических молекул в межслоевые промежутки смектитовых минералов и их сорбционное закрепление; увеличение отношения R2O3/фульвокислоты (при соотношении выше 2 происходит осаждение как растворимых соединений, так и золей); изменение ОВП в профиле; способность ионов кальция осаждать органические соединения (Элементарные…, 1992; Ершов Ю. И., 2004).
Метаморфизм минерального вещества.
Метаморфизм минерального вещества протекает под воздействием большой группы процессов, приводящих к трансформации ее вещественного состава и/или структуры по сравнению с почвообразующей породой без существенного перемещения унаследованного и новообразованного минерального материала и органического вещества.
1) Трансформация глинистых минералов.
Это совокупность таких изменений кристаллических решеток минералов, при которых изменяется химический состав и величина заряда, но сохраняется окристаллизованность минерала и его принадлежность к подклассу слоистых силикатов (Соколова Т. А. и др., 2005).
Выделяют два вида трансформационных изменений: деградацию и аградацию. Результатом деградации является образование глинистых минералов с лабильной кристаллической решеткой, состоящей из глинистых минералов с жесткой структурой. В почвенной литературе подробно описаны деградация иллитов (слюдистых минералов) и хлоритов. Примером деградации может служить следующий ряд: иллит → смешаннослойный иллит-вермикулит → вермикулит → монтмориллонит. В дерново-подзолистых почвах распространена деградация иллитов и магнезиально-железистых хлоритов.
Из аградационных трансформаций в дерново-подзолистых почвах распространенным является процесс хлоритизации. Хлоритизация – это процесс формирования межпакетных прослоек гидроксидов Al (реже Fe) в трехслойных силикатах. В результате такого процесса возникают хлоритоподобные минералы. Наиболее оптимальные условия хлоритизации складываются при рН=5,0. Наиболее интенсивно почвенные хлориты накапливаются в верхней 30-50 см толщи почв, если значения рН укладываются в диапазон от 4 до 6, что имеет место в дерново-подзолистых почвах. Эта группа минералов обычно отсутствует в самом верхнем минеральном горизонте, залегающим непосредственно под подстилкой, т. к. этот горизонт может содержать достаточное количество органических кислот с высокой комплексообразующей способностью, растворяющих прослойки гидроксида алюминия в почвенных хлоритах.
Соколова Т. А. с соавторами (2005) предлагает рассматривать хлоритизацию как самостоятельный ЭПП состоящий из нескольких микропроцессов, число которых, в зависимости от принятой гипотезы механизма хлоритизации, изменяется от двух до пяти.
2) Разрушение глинистых силикатов.
Этот ЭПП предполагает такое изменение минералов, в результате которого они или теряют окристаллизованность, превращаясь в аморфные соединения, или полностью растворяются.
В глинистых минералах между ионами действуют различные типы химических связей. Наиболее прочная, преимущественно ковалентная, связь существует в тетраэдрах между ионами Si и О. Менее прочные, главным образом ионные, силы удерживают в решетке элементы первой и второй групп. Растворение минералов начинается обычно с выхода из решетки щелочных и щелочно-земельных катионов. Связи Al-О в тетраэдрах менее прочны, чем Si-О; поэтому при растворении в среде, обеспечивающей возможность миграции Al, наблюдается его преимущественный, по сравнению с Si переход в раствор и остаточное накопление кремния в виде рентгенаморфного минерала – опала. Переходу Al в раствор способствует кислая реакция среды и наличие в растворе органических кислот с высокой комплексообразующей способностью, включая фульвокислоты. Когда условия среды не способствуют переходу Al в раствор, наблюдается преимущественный вынос Si и остаточное накопление соединении Al, обычно представленных гидроксидами Al (Соколова Т. А. и др., 2005).
Диагностика процесса затруднена. Обычно приводятся лишь косвенные доказательства этого процесса в почвах: обеднение профиля по сравнению с почвообразующей породой гранулометрическими фракциями и химическими элементами (Элементарные…, 1992).
Оспариваемым является сам факт разрушения глинистых минералов. Но русская школа признаёт этот процесс, и основные дискуссии разворачиваются о природе причин процесса разрушения силикатов. Роде А. А., Пономарева В. В., Гедройц К. К. разработали теорию о растворении тонкодисперсных минералов благодаря воздействию специфических и неспецифических агрессивных органических кислот выделяемых из мортмассы биоценозов. Продукты разрушения предположительно должны были выноситься или в иллювиальный горизонт, либо за пределы почвенного профиля.
Альтернативной концепцией являются теоретические построения Зайдельмана Ф. Р. (1974, 1998). На основе оригинальных исследований и изучения литературных материалов автор приходит к выводу о том, что подзолообразование – частный случай оглеения, проявляющегося при кратковременном сезонном переувлажнении на фоне промывного водного режима. В его работах показано, что источником агрессивных кислот и хелатообразующих органических соединений являются не столько органические остатки, сколько специфическая анаэробная микрофлора, развивающаяся при наличии легкогидролизуемых органических соединений. Кратковременно развитие оглеения способствует проявлению элювиально-глеевого процесса, следствием которого является обезжелезивание почвенной массы. В то же время оглеение способствует диспергации минерального вещества и развитию лессиважа. Поэтому с позиции Зайдельмана важным профилеобразующим ЭПП является процесс глееобразования приводящий к формированию элювиального горизонта.