Введение

Данное исследование поднимает проблему воздействия различных факторов на динамику соединений железа в почвенном профиле, а также описывает механизмы изменения состояния железа в разных горизонтах почвы и механизмы миграции железа в почвенном профиле.

Объекты исследования:

Болото Бобровое (Белозерский заказник) имеет координаты 55.823 с.ш и 65.588 в.д. Участок располагается в Белозерском районе.  Район расположен в северной части Курганской области и граничит с Шатровским, Каргапольским, Варгашинским, Кетовским районами. Исследуемая область расположена в лесном сообществе, где присутствую участки холмистой местности, особенно вблизи водных объектов.

Звериноголовский район (Сосновая роща) расположен в южной части Курганской области и граничит с Республикой Казахстан, а также с Куртамышским, Притобольным, районами области. Исследуемая область расположена в лесном сообществе. Территория района находится преимущественно в зоне лесостепей — одной из природных зон, входящих в состав умеренного климатического пояса.

Модель динамики железа в почве:

Даннаямодель динамики железа представляет собой цепочку от механизмов, происходящих внутри почвенного профиля, до внутренних и внешних факторов, влияющих на его дальнейшую вертикальную или горизонтальную миграцию в почвенном профиле. Рассмотрим ядро модели. Железо, входящие в состав ядра системы, связано в первую очередь с солями, оксидами и гидроксидами, а также в почве обязательно присутствуют органические и органоминеральные комплексы, тоже содержащие железо. Естественно, что железо не находится в определенных соединениях постоянно, в почве, особенно в почвенном растворе происходит множество реакций.

Корреляционный анализ динамики железа в почве:

Корреляционные зависимости в системе горизонтальной миграции соединений железа в почве (Белозерский район):

m1=cor(data1)
corrplot::corrplot(m1,
    type="upper", 
    order = "original",
    diag = FALSE,
    col =  corrplot::COL2('RdYlBu', 10)[10:1], 
    sig.level = 0.05)

Сильные прямые корреляционные связи с железом наблюдаются только с сульфатами, то есть чем больше сульфатов, тем больше соединений железа в почве и наоборот. Это связано с тем, что в почве двухвалентное железо способно окисляться до трёхвалентного. Поэтому в кислых сульфатных почвах может наблюдаться избыток железа. В этом случае в кислых сульфатных почвах происходит высвобождение железа из-за реакции сульфидов с кислородом с образованием серной кислоты, поэтому и среда становится кислой, так как увеличивается количество ионов водорода.

Сильные обратные корреляционные связи с железом наблюдаются со следующими показателями: гидрокарбонатами, плотностью, влажностью, pH в твердой фазе почвы и сульфатами в твердой фазе почвы. Между содержанием железа и гидрокарбонатами складывается сильная отрицательная корреляция. Такая взаимосвязь обусловлена низкой растворимостью соединений железа в ще лочных условиях рН, которые обеспечиваются присутствием гидрокарбонатов. Между содержанием железа и плотность наблюдается сильная обратная корреляция. Такая взаимосвязь обусловлена, тем что при уплотнении почвы и соответственно уменьшении её объёма, растёт доля твёрдой фазы и доля, занимаемая недоступной влагой, что приводит к снижению возможности миграции различных соединений, в том числе и соединений железа. Между концентрацией соединений железа и влажностью наблюдается сильная обратная корреляция. Если при увеличении влажности почвы происходит активизация процессов восстановления железа, это нарушает соотношение окисленных и восстановленных форм, которые существенно различаются по своим функциональным особенностям, роли в процессах почвообразования. Между содержанием железа и pH в ППК почвы складывается сильная отрицательная корреляция. Такая взаимосвязь обусловлена низкой способность к миграции различных соединений железа в щелочных и нейтральных условиях среды, что приводит к их осаждению в различных почвенных горизонтах, в результате чего со временем их концентрация становится меньше. Между концентрацией соединений железа и сульфатами в ППК почвы наблюдается сильная обратная корреляция. Так как сульфаты связывают железо и делают его менее подвижным, если рассматривать миграцию в месте с почвенным раствором, в этом случае сульфаты железа осаждаются

Корреляционные зависимости в системе вертикальной миграции соединений железа в почве (Белозерский район):

m1=cor(data2)
corrplot::corrplot(m1,
    type="upper", 
    order = "original",
    diag = FALSE,
    col =  corrplot::COL2('RdYlBu', 10)[10:1], 
    sig.level = 0.05)

Прямые корреляционные связи с железом наблюдаются с кальцием, магнием, влажностью, гумусом и сульфатами. Между содержанием железа и магнием складывается сильная положительная корреляция. Такая взаимосвязь обусловлена тем, что магний может очень легко вымываться из почв особенно с кислой средой, так же кислая среда способствует и миграции различных соединений железа, соответственно соединения этих элементов в результате миграции могут активно накапливаться в различных почвенных горизонтах, соответственно большая концентрация одного подразумевает большую концентрацию другого. Между содержанием железа и влажностью складывается сильная положительная корреляция. Такая взаимосвязь обусловлена тем, что при переувлажнении почв отмечается увеличение содержания железо-органических комплексных соединений, отличающихся наибольшей подвижностью и устойчивостью к осаждению. Это происходит из-за низкого окислительно-восстановительного потенциала переувлажнённых почв, что приводит к растворению соединений железа. Между содержанием железа и гумусом складывается сильная положительная корреляция. Такая взаимосвязь обусловлена тем, что железо может образовывать с гумусом подвижные, активно мигрирующие в пространстве комплексные соединения.
Между содержанием железа и кальцием складывается сильная положительная корреляция. Такая взаимосвязь обусловлена тем, что в процессе почвообразования кальций связывает ионы, отвечающие, за кислую реакцию. Поэтому богатые им почвы имеют нейтральную либо слабощелочную реакцию почвенного раствора. А при щелочной или нейтральной pH соединения железа очень плохо мигрируют по почвенному профилю вместе с почвенным раствором, ведь железо образует комплексы различных соединений, плохо растворимых при щелочных и нейтральных уровнях pH.
Между содержанием железа и сульфатами складывается сильная положительная корреляция. Такая взаимосвязь обусловлена тем, что увеличивается кислотность почвы, а в таких условиях железо переходит в двухвалентные формы, что приводит к активным геохимическим миграциям. Обратные корреляционные связи с железом наблюдаются с pH, pH в ППК, хлоридами, фосфором и плотностью Между концентрацией соединений железа и pH почвы наблюдается сильная обратная корреляция. Так как такая взаимосвязь обусловлена низкой способность к миграции различных соединений железа в щелочных и нейтральных условиях среды, что приводит к их осаждению в различных почвенных горизонтах, в результате чего со временем их концентрация становится меньше. Между концентрацией соединений железа и pH в ППК почвы наблюдается сильная обратная корреляция. Так как возможность миграции различных соединений железа ограничена в щелочных и нейтральных условиях среды, они оседают в различных слоях почвы, что со временем приводит к уменьшению их концентрации. Между концентрацией соединений железа и хлоридами почвы наблюдается сильная обратная корреляция. Так как, чем больше хлорсодержащих соединений в почве, тем кислотность почвы выше, а чем выше кислотность, тем выше вероятность растворения различных соединений железа и соответственно больше вероятность их миграции, в те почвенные горизонты где хлоридов меньше. Между концентрацией соединений железа и фосфором почвы наблюдается сильная обратная корреляция. Так как в почве и почвенном растворе могут образовываться различные фосфаты железа и чаще всего такие соли плохо растворимы, особенно если они переходят из средних в основные и чаще всего этот переход усиливается в связи с подкислением почвы. Получается, что сам фосфор обладает слабой способностью к миграции, а если рассматривать какие-то производные соединения с различными металлами, в том числе и с железом, то динамика этих веществ будет замедляться, особенно если почвенная среда кислая, в связи с этим благодаря кислой среде фосфатные соединения железа аккумулируются, а все остальные соединения железа мигрируют в другие почвенные горизонты, переносясь в месте с почвенным раствором. Между концентрацией соединений железа и плотностью почвы наблюдается сильная обратная корреляция. Такая взаимосвязь обусловлена, тем, что при уплотнении почвы и соответственно уменьшении её объёма, растёт доля твёрдой фазы и доля, занимаемая недоступной влагой, что приводит к снижению возможности миграции различных соединений, в том числе и соединений железа.

Корреляционные зависимости в системе горизонтальной миграции соединений железа в почве (Звериноголовский район):

m1=cor(data3)
corrplot::corrplot(m1,
    type="upper", 
    order = "original",
    diag = FALSE,
    col =  corrplot::COL2('RdYlBu', 10)[10:1], 
    sig.level = 0.05)

Прямые корреляционные связи с железом наблюдаются с кальцием и хлоридами. Между содержанием железа и кальцием складывается слабая положительная корреляция. Такая взаимосвязь обусловлена тем, что в процессе почвообразования кальций связывает ионы, отвечающие, за кислую реакцию. Поэтому богатые им почвы имеют нейтральную либо слабощелочную реакцию почвенного раствора. А при щелочной или нейтральной pH соединения железа очень плохо мигрируют по почвенному профилю вместе с почвенным раствором, ведь железо образует комплексы различных соединений, плохо растворимых при щелочных и нейтральных уровнях pH. Между содержанием железа и хлоридами складывается слабая положительная корреляция. Такая взаимосвязь обусловлена тем, что хлорсодержащие соединения, попадая в почву, усиливают ее кислотность, ухудшает действие минеральных и органических веществ. Соответственно, чем больше хлорсодержащих соединений в почве, тем кислотность почвы выше, а чем выше кислотность, тем выше вероятность растворения различных соединений железа и увеличения их концентрации в определенных почвенных горизонтах.

Обратные корреляционные связи с железом, наблюдаются со следующими показателями: магний, pH в почвенном растворе, гидрокарбонаты и сульфаты. Между концентрацией соединений железа и магния наблюдается слабая обратная корреляция. Такая взаимосвязь объясняется тем, что магний легко вымывается из почв, особенно при кислой среде, которая также способствует миграции различных соединений железа. Это приводит к активному накоплению соединений магния в тех почвенных горизонтах, где соединений железа меньше, поскольку они все мигрировали в нижние почвенные горизонты. Поэтому в этом случае высокая концентрация одного элемента предполагает низкую концентрацию другого.
Между концентрацией соединений железа и pH в почвенном растворе наблюдается слабая обратная корреляция. Такая взаимосвязь обусловлена, низкой способностью к миграции различных соединений железа в щелочных и нейтральных условиях среды, что приводит к их осаждению в различных почвенных горизонтах, в результате чего со временем их концентрация становится меньше. Между концентрацией соединений железа и гидрокарбонатами наблюдается слабая обратная корреляция. Такая взаимосвязь объясняется тем, что такая взаимосвязь обусловлена низкой растворимостью соединений железа в щелочных условиях рН, которые обеспечиваются присутствием гидрокарбонатов. Между концентрацией соединений железа и сульфатами наблюдается слабая обратная корреляция. Так как сульфаты связывают железо и делают его менее подвижным, соответственно, если рассматривать миграцию в месте с почвенным раствором, в этом случае сульфаты железа осаждаются.

Заключение

В данной работе были проведены эксперименты и опыты по изучению влияния различных факторов на динамику железа в почве. Было определено содержание железа в различных фазах и горизонтах почвы на территории Звериноголовского и Белозерского районов Курганской области.