Материал: Pochvovedenie_Kovda_chast1

OB (в мВ) условий для процессов превращения азотных соеди­ нений:

В работах других авторов (Н. Пирсол, 1950) указываются более высокие значения ОВП почв, при которых нитраты пере­ ходят в нитриты (450—400), а нитриты — в аммиак (400— 350 мВ). Различие показателей Eh, характеризующих рубеж про­ цессов нитрификации и денитрификации, связано с ярко выра­ женной микрозональностью, биологической очаговостью почвен­ ных горизонтов.

И. П. Сердобольским предложена также схема граничных условий нормального питания высших растений марганцем, же­ лезом и нитратами в зависимости от Eh и рН. На графике (рис. 42) прямоугольник ABCD охватывает условия, обычные для большинства культурных почв. Прямая RS ограничивает об­ ласть нормального снабжения растений марганцем. Если Eh и рН таковы, что условия питания попадают в область, распо­ ложенную выше и правей прямой RS, то растения могут испы­ тывать марганцевое голодание. Аналогично, прямая KL ограни­ чивает область нормального обеспечения железом. Линия MN, проведенная на уровне 340 мВ, отделяет область усиленной денитрификации. Таким образом, наиболее благоприятные для питания Мn и Fe условия ограничиваются заштрихованной площадью, а с учетом денитрификационных процессов — пло­ щадью, отмеченной двойной штриховкой.

Подавляющее большинство сельскохозяйственных культур ис­ пытывают угнетение при возникновении в почвах устойчивой восстановительной обстановки. Но не редки случаи, когда даже кратковременное создание ана­ эробной обстановки крайне не­ благоприятно отражается на сос­

тоянии растений.

Для создания оптимальных для развития растений условий возникает необходимость регули­ рования ОВ процессов в поч­ вах.

Основные приемы регулиро­ вания связаны в первую очередь с регулированием их структурно­ го состояния, водного и воздуш­ ного режимов. Осуществляется это с помощью агротехнических приемов (вспашка, рыхление, прикатывание), полива и дрени­ рования почв.

216

Глава двенадцатая

РАДИОАКТИВНОСТЬ ПОЧВ

Радиоактивность почв обусловлена присутствием в них широ­ кого набора радиоактивных элементов естественного и антропо­ генного происхождения. Она выражается количеством ядерных превращений (распадов) в единицу времени. В качестве единицы измерения количества радиоактивности применяется в системе СИ—беккерель (1 Бк = 1 распад/с) или используется специальная единица активности — кюри (1 Ки = 3,7•1010 Бк).

Основная часть радиоактивности почв связана с естественны­ ми радиоактивными элементами (ЕРЭ), которые подразделяются на 2 группы — первичные (т. е. перешедшие в почву из почвообразующей породы или с геохимическим потоком) и космогенные — попадающие в почву из атмосферы, где они возни­ кают в результате взаимодействия космического излучения с ядрами стабильных элементов. Среднемировые значения концент­ раций ЕРЭ в почвах создают активность около 1000 Бк/кг (25•10-9 Ки/кг), но сами концентрации варьируют в очень ши­ роких пределах (не менее чем в 100 раз) в зависимости от содержания ЕРЭ в почвообразующих породах

12.1.Естественные радиоактивные изотопы

впочвах

Значительная часть естественной радиоактивности почв свя­ зана с радиоизотопами (радионуклидами) тяжелых элементов с порядковыми номерами z » 82, которые образуют три радио­

×1010 лет) Эти семейства включают соответственно 17, 14 и 12 ра­ диоактивных изотопов, распадающихся в основном с испускани­ ем альфа-частиц (ядер гелия); некоторые из членов семейств относятся к бета- и гамма-излучателям.

Конечные продукты распада в этих трех семействах пред­ ставлены стабильными изотопами свинца — 2 0 б РЬ; 2 0 7 Pb; 208Pb. Большая часть промежуточных продуктов распада — короткоживущие изотопы, а их наличие в среде обусловлено постоянным

семействе наблюдается состояние радиоактивного равновесия, при котором количество радиоактивности каждого члена данного семейства одинаково. В почвах радиоактивное равновесие нару­ шено вследствие разной миграционной подвижности различных элементов, образующих радиоактивные семейства. В частности, в каждом из семейств одним из промежуточных продуктов рас-

217

Т а б л и ц а 41. Концентрация основных естественных радиоизотопов в почвообразующих породах

пада является газообразный радон, значительная часть которого может улетучиваться из почвы в атмосферу.

горных пород и постоянно присутствует в почвах. Особенно высоко его содержание в фосфатных породах (до 1,2•10-4 г/г), что определяет высокую концентрацию урана в фосфорных удоб­ рениях и в почвах, формирующихся на богатых фосфатами породах.

Радий. Из промежуточных продуктов распада 2 3 8 U следует выделить присутствующий в почвах в следовых (по массе) ко­ личествах 226Ra (T1/2=1600 лет), который относится к группе щелочно-земельных элементов, т. е. является химическим ана­ логом элементов-биофилов Са и Mg.

Торий. Содержание тория в горных породах варьирует более чем в 10 раз (табл. 41). Сам торий химически относительно мало подвижен в почвах и в системе почва — растения, но этот элемент представляет интерес при изучении радиоактивности почвы, если рассматривать его совместно с дочерними продукта­ ми распада.

Актиниды — торий и уран сходны по многим химическим свойствам, например по размерам ионов. Поэтому они приуроче­ ны к одним и тем же родственным минералам. По меньшей мере 2/з урана и тория в литосфере содержится в виде мине­

Калий-40 и рубидий-87. Существенный вклад (до 50%) в ес­ тественную радиоактивность почв вносят долгоживущий радио­ активный изотоп 4 0 К (T1 / 2 =1,3•109 лет), распадающийся с ис-

218

пусканием бета-частиц и гамма-излучения, и, отчасти, 87Rb ( T 1 / 2 = =5•101 0 лет), не являющиеся членами радиоактивных семейств. Концентрацию 4 0 К в почвах легко определить, если известно со­ держание в них общего калия (40К составляет 0,0119% общей мас­ сы калия); кларковое содержание этого радиоизотопа в литосфере составляет 3•10-6 г/г. Рубидий-87 наиболее распространен в лито­ сфере из всех природных радиоактивных ядер (кларк равен 75•10-6 г/г). Однако вследствие большого периода полураспада и наличия только бета-излучения его вклад в суммарную радио­ активность мал.

Углерод-14 и тритий — космогенные радиоизотопы. Из сравни­ тельно короткоживущих естественных радиоизотопов, присутству­ ющих в почвах, интерес для почвоведения представляют радиоуг­ лерод 14C(T1/2 = 5760 лет) и тритий — сверхтяжелый изотоп водо­ рода (T1/2 = 12,3 лет), образующиеся в атмосфере при взаимо­ действии нейтронов космического излучения с ядрами азота (14N) и поступающие в почву из атмосферы, благодаря чему их содержание поддерживается примерно на постоянном уровне.

12.2.Распределение ЕРЭ в почвах

Вцелом обнаруживается корреляция между содержанием долгоживущих ЕРЭ в почвах (табл. 42) и почвообразующих горных

породах (табл. 41). В наиболее распространенных породах лито­ сферы— гранитах и глинах — содержится (11 — 18)•10-6 г/г Th, 75•10-6 г/г87 Rb, 3•10- 6 г/г40 K, (3—4)•10-6 г/г U И 10-12г/г Ra. Эти концентрации близки к кларковым значениям для всей доступ­ ной части литосферы, поскольку распространенность других гор­ ных пород сравнительно мала.

Другой важный фактор, от которого зависит содержание ЕРЭ

впочвах, — степень изменения материнской горной породы в процессе почвообразования. Например, в почвах, образованных на элювии карбонатных пород, концентрация ЕРЭ в несколько раз выше, чем в почвообразующих породах: выветривание карбонатов

впроцессе почвообразования приводит к относительному накопле­ нию ЕРЭ в почвах. Еще более выраженное несоответствие между содержанием ЕРЭ в почвах и породах наблюдается в тех случаях, когда почвы по составу резко отличаются от подстилающих пород, например торфянистые почвы.

Вертикальное распределение ЕРЭ по глубине почвенного про­ филя определяется спецификой почвообразовательного процесса. Карбонатные почвы на остаточной коре выветривания имеют наи­ большие концентрации ЕРЭ в верхнем гумусовом горизонте с убыванием в более глубоких слоях. Оподзоливание, лессивирование, осолонцевание, осолодение и оглеение сопровождаются выносом ЕРЭ из элювиальных горизонтов и накоплением в иллю­ виальном и глеевом горизонтах, где концентрация ЕРЭ повышает­ ся в 1,5—3 раза. Слабо дифференцировано распределение ЕРЭ по профилю серых лесных, черноземных, каштановых, полупустын-

219