Роль диатомовых в накоплении аморфной кремнекислоты в солодях

27.08.2012

Возвращаясь к вопросу о роли диатомовых в накоплении аморфной кремнекислоты в солодях, следует отметить, что полного совпадения результатов определения кремнекислоты (по методу Гедройца) с результатами качественного определения обилия диатомовых в исследованных почвах не оказалось. В этом отношении особенно характерен образец № 2 глубокостолбчатого сильно осолоделого солонца, в котором кремнекислоты больше, чем в образце № 3; по содержанию же диатомовых этот образец оказался значительно беднее последнего: в нем нет ни одной формы, которая бы достигала массового распространения. Такое же несовпадение можно отметить и при сравнении образца № 1 с образцом №3; последний несколько богаче диатомоными, тогда как аморфной кремнекислоты в нем почти в два раза меньше, чем в первом. Таким образом, следовало предположить, что диатомовые не являются единственным фактором накопления кремнекислоты. В то же время приуроченность наиболее значительного содержания кремнекислоты к поверхностному слою, наиболее богатому органическим веществом, быстрое убывание ее с глубиной в пределах оподзоленного или «осоложенного» горизонта определенно показывают, что эти факторы имеют также биологический характер. Последующие изыскания подтвердили оба только что высказанных предположения.
Исследуя под микроскопом образцы отмученных фракций от 0,05 до 0,01 мм и от 0,01 до 0,005 мм для почв № 1, 2, 3 и 7, мы убедились, что, кроме сравнительно небольшого количества створок диатомовых (особенно в образце № 2), во всех указанных почвах наблюдается изобилие других образований, весьма разнообразной формы и размеров, то в виде палочек с ровными или зазубренными краями, то в виде неправильных бисквитообразных, сердцевидных, округлых или трапециевидных тел, иногда бесцветных, большей же частью желтоватых и изредка темно-бурых (рис. 1-4). Все эти образования сохранялись как после обработки образца хромовой смесью, для полного окисления гумуса, так и после обработки 5% КОН по Ван-Беммелену.

Роль диатомовых в накоплении аморфной кремнекислоты в солодях

В отношении оптических свойств эти образования характеризуются, как и створки диатомовых, низким показателем преломления; не только в канадском бальзаме, но даже в глицерине они обнаруживают отрицательное движение полоски Бекке; следовательно, показатель преломления их ниже 1,465. При скрещенных николях они также, как и створки диатомовых, во всех случаях показывают полное угасание, т. е. являются оптически изотропными. Все перечисленные признаки не оставляют сомнения в том, что эти образования состоят из аморфного кремнезема - опала. После обработки 5% КОН по Гедройцу относительное количество их в поле зрения (по сравнению с зернами кварца и других анизотропных минералов) заметно уменьшается, так же как и количество диатомовых. Однако по сравнению с последними они все же обладают большей устойчивостью к действию щелочи. Створки диатомовых полностью (за единичными исключениями) растворяются при обработке 5% КОН по методу Вревской, т. е. при нагревании на водяной бане в течение 1 чаш (следовательно, в 2 раза дольше, чем по методу Гедройца). Для растворения же описанных более массивных и компактных по сравнению с диатомовыми образований необходима повторная обработка по методу Вревской. После этой обработки остаются немногочисленные экземпляры, обнаруживающие сильные признаки растворения по краям (рис. 5).

Так как некоторые из этих образований напоминали по своему виду элементы скелета кремнистых губок, то я обратился к известному специалисту по губкам П.Д. Резвому с просьбой просмотреть препараты и образцы почв и выяснить, содержатся ли в них спикулы губок. В результате этого просмотра П.Д. Резвой сообщил мне, что спикулы губок имеются во всех образцах, но в ничтожных количествах. Так, на препарате № 1 найдена одна спикула, на препарате № 2 - три обломка, на препарате № 3 - шесть обломков и на препарате № 7 - два обломка (рис. 6). Таким образом, по сравнению с огромной массой наблюдаемых кремнеземистых образований (кроме диатомовых) спикулы губок не играют почти никакой роли в накоплении аморфной кремнекислоты в исследованных почвах. Найденные спикулы принадлежат пресноводным губкам из семейства бадяг - Spongillidae.

После заключения П.Д. Резвого мне оставалось обратиться к еще мало изученной роли высших растений в накоплении кремнезема в почвах.
Просматривая старые работы но вопросу о происхождении чернозема, в которых уделялось, между прочим, внимание так называемым фитолитариям, я нашел большое сходство между этими фитолитариями (например, у Романовского) с кремнеземистыми образованиями в исследованных мною почвах. Эйхвальд рассматривал фитолитарии как «главный неразрушимый состав болотных растений». Рупрехт же показал, что «сожженный ковыль (Stipa pennata) дает те же, что и в черноземе, фитолитарии ... с переходными формами к кремневому скелету, причем количество фитолитарии уменьшается с глубиной».
Таким образом, указания на возможность накопления кремнезема в виде особых по форме образований, за счет перегнивания остатков высших растений, были сделаны еще на заре развития почвоведения. В настоящее время мы можем воспользоваться довольно большим числом фундаментальных работ по анатомии и микрохимии растений, дающих весьма интересные материалы о формах накопления кремнезема в растениях. Особенно ценными для настоящей работы явились обстоятельные монографии об анатомии эпидермиса злаковых, о возникновении и форме кремневых клеток в злаковых, а также аналогичные работы по изучению семейства Cyperaceae и ряд других.
Эти работы показывают, что окремнение растений, широко распространенное среди большого количества семейств, в частности у злаковых и осоковых, происходит по преимуществу в виде образования особых кремневых тел, нарастающих от оболочки внутрь клетки. Чаще всего этот процесс происходит в так называемых коротких клетках эпидермиса, в которых образуются округлые, бисквитообразные, сердцевидные и тому подобные кремневые тела. Обычно эти тела небольшие (10-20 μ), но иногда они достигают значительной величины - до 100-120 μ, как, например, у Arundo Donax. Наряду с этим окремнение наблюдается и в длинных надлубяных клетках, в ассимиляционной ткани и в проводящих сосудах. Эти образования имеют вытянутую форму и вследствие срастания часто достигают значительной длины. Кремневые тела коротких клеток эпидермиса большей частью прозрачны, стекловидны, тогда как образования второго рода обнаруживают зернистость и темно-бурую окраску.
Сравнение описаний и рисунков кремневых тел в злаках и осоках но перечисленным выше работам с кремнеземистыми образованиями в исследованных мною почвах убеждает в полном тождестве тех и других.
Не ограничиваясь этим сравнением, я, кроме того, лично исследовал кремневые тела нескольких растений из гербария Лесотехнической академии: Phalaris arundinaceae, Саrех gracilis и Phragmites communis, из которых два первых были собраны Дингельштодтом в районе г. Канска, причем в отношении Phalaris arundinaceae было сказано, что экземпляр его собран «с болотца среди солончаково-солонцового пространства». Был исследован остаток небольшой части разрезанного на куски растения после окисления его хромовой смесью.
Все исследованные растения, особенно же Phalaris arundinaceae и Phragmites, обнаружили присутствие разнообразных по форме и величине кремневых тел, имевших в том и другом отношении почти полное сходство с кремневыми образованиями в солодях.
Для того чтобы убедиться, что именно кремнеземистые образования биологического происхождения, в виде кремневых тел высших растений и створок диатомовых, являются главным источником кремнекислоты, извлекаемой 5% КОН при нагревании на кипящей водяной бане, мною было предпринято следующее специальное исследование. Благодаря своим размерам эти образования при отмучивании попадают главным образом в две фракции: 1) от 0,01 до 0,005 мм (по Вильямсу) и отчасти 2) от 0,05 до 0,01 мм. В более тонкой фракции (< 0,005 мм) микроскоп обнаруживает сравнительно незначительное количество мелких обломков створок диатомовых; возможно, что сюда попадает и часть наиболее мелких кремневых тел растительного происхождения. Поэтому, если вывод о накоплении кремнезема биологическим путем справедлив, то мы должны ожидать, что главная масса кремнекислоты, растворимой в щелочи, придется на долю фракции от 0,01 до 0,005 мм. Чтобы проверить это предположение, мною было произведено разделение на фракции путем отмучивания двух образцов солодей - № 2 и 3, взятых в количестве 20 г и предварительно окисленных перекисью водорода. Последняя фракция <0,005 мм была собрана путем выпаривания всего объема употребленной для отмучивания воды.
В полученных фракциях была определена растворимая в 5% КОН кремнекислота, причем для полного растворения диатомовых был применен метод Вревской. Результаты этих определений в пересчете на свободную кремнекислоту (т. е. за вычетом 2SiO2•Аl2O3) приведены в табл. 7.

Как можно видеть, эти результаты вполне подтвердили мое предположение, так как большая часть кремнекислоты, извлекаемой щелочью (около 70%), приходится на долю фракции от 0,01 до 0,005 мм, наиболее богатой кремнеземом биологического происхождения.