CC BY
68
ГЕНЕЗИС И ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ
УДК 631.4
ПЕРЕВОД ЦВЕТОВЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЧВЫ
ИЗ СИСТЕМЫ МАНСЕЛЛА В СИСТЕМУ CIE-L*A*B*:
ТАБЛИЦЫ И ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА
Ю.Н. Водяницкий, Н.П. Кириллова
Распространенная оптическая система Манселла неудобна для статистических расчетов роли пигментов в цвете почв, более практична система С1Е-Ь*а*Ъ*. В статье представлена таблица для перевода данных этого показателя из одной шкалы в другую на примере бразильской оксисоли, палевых почв Якутии и аллювиальных почв Испании; показаны достоинства системы С1Е-Ь*а*Ъ* для характеристики цвета почв.
Ключевые слова: цвет почв, Бе-пигменты, краснота почвы (а*), желтизна почвы (Ъ*), индекс красноцветности (ЛЛ).
Введение
Диагностика и классификация многих почв основана на определении цвета горизонтов [6—8, 19]. Основные пигменты почв — гумус, окрашивающий ее в темный, кальцит (СаСОз) и другие карбонаты — в белый, гематит (aFe2Ö3) — в красный, гетит (aFe00Н) — в желтый цвета. Почвоведов интересует степень участия того или иного пигмента в цвете почвы данного генезиса [2, 6]. Присутствие гематита и гетита придает почве бурый цвет разных оттенков [1, 2, 4]. В зависимости от состояния железа (окисленное или восстановленное) изменяется и окраска горизонта. Например, при господстве восстановительной глеевой обстановки он приобретает холодные сизые тона [3]. Таким образом, по окраске горизонта можно судить о присутствии железа в восстановленной или окисленной форме. В аэробной среде образование глеевого горизонта не происходит, и, соответственно, в профиле будут присутствовать окисленные формы свободного Fe (III) и отсутствовать соединения восстановленного железа. При контрастном окислительно-восстановительном режиме в профиле могут находиться как восстановленные, так и окисленные минералы железа.
Точная количественная характеристика цвета почв требуется не только для решения классификационных вопросов, но и ряда других задач, особенно связанных с химией и минералогией железа. Так, в переувлажненных почвах именно Fe-минералы определяют цвет оглеенных горизонтов [3, 13]. Редукция (гидр)оксидов Fe (III) приводит к их растворению, что меняет теплые тона автоморфных почв на сизые холодные оглее-ных. Таким образом, по цвету почв можно судить о доминировании основных пигментов.
Проблема, однако, в том, что принятую словесную характеристику цвета почв (например, серая, светло-бурая или темно-бурая) невозможно представить в количественной форме. Это исключает проведение статистических расчетов. Поэтому необходим переход от словесного описания цвета к его численной характеристике, что позволило бы оценить роль тех или иных пигментов в окраске почв. Для этого следует описать цвет почвы в рамках какой-либо оптической системы. Среди почвоведов наиболее распространена самая старая — оптическая система Манселла; имеются альбомы с цветовыми чипами, с которыми сравнивают цвет данного горизонта почв. Важный недостаток этой системы — цилиндрические координаты, затрудняющие ее использование для статистических расчетов. Применяемые эмпирические коэффициенты у разных авторов основаны на своих (произвольных) допущениях [10, 12].
В 1976 г. Международный оптический комитет разработал систему С1Е-Ь*а*Ъ*, представляющую собой универсальное цветовое пространство в декартовых координатах [1, 16, 18]. Она получила признание многих специалистов (не только почвоведов) во всем мире благодаря ясности смысла своих показателей. Для почвоведов система С1Е-Ь*а*Ъ* удобна тем, что величина показателя Ь* (светлота) обратно зависима от количества в почве темного пигмента — гумуса; величина показателя а* (краснота) коррелирует с содержанием красноцветного пигмента — гематита, Ъ* (желтизна) — желтоцветного пигмента, гетита. Систему С1Е-Ь*а*Ъ* широко используют преимущественно при спектрометрическом анализе в лабораторных условиях [1—4, 16].
Однако огромный массив полевых оценок цвета почв в системе Манселла остается не востре-
бованным для дальнейшего анализа, так как данные малопригодны для статистических расчетов. В случае их перевода из одной системы в другую прямо в поле можно получить численную информацию, например, о развитии красноцветности с глубиной в почвах на гематитсодержащих породах или ее снижении в гидроморфных горизонтах. Привлечение численных характеристик цвета дает информацию (в дополнение к химическим анализам и мёссбауэровской спектроскопии) о превращениях глинистых минералов в ходе процесса редукции [11].
Цель работы — оценить эффективность преобразования цветовых координат из системы Мансел-ла в систему CIE-L*a*b* путем сравнения коэффициентов корреляции между содержанием пигментов и цветом почвы по двум шкалам на примере почв разного генезиса.
Объекты и методы исследования
Анализировали почвы разного генезиса, сведения о цвете которых в системе Манселла были опубликованы ранее.
Бразильская оксисоль. В работе [13] представлены ее свойства и данные об изменении цвета (по Манселлу) в процессе моделирования длительной (333 сут) микробиологической редукции. Основные Fe-пигменты по данным рентген-дифракционного анализа — гематит и гетит. Количественно изменение цвета оценивали с помощью индекса красноцветности — Rating Redness (RR), предложенного V.J. Hurst [10]: RR = ИС/V, где Н, С и V — цветовой тон, насыщенность цвета и светлота. Числа, относящиеся к насыщенности цвета (С) и светлоты (V), берутся по альбому Манселла, а цветовой тон обозначают разными числами. J. Macedo и R.B. Bryant использовали следующие коэффициенты: 5 — для 10R, 4 — 2,5YR, 3 — 5YR, 2 — 7,5YR и 1 — для 10YR [13].
Критерий красноцветности (RR) используют в качестве характеристики содержания гематита [10], поскольку этот минерал является наиболее распространенным красноцветным пигментом во многих почвах. Другой Fe-пигмент — гетит, также встречается часто, но имеет желтый цвет.
Палевые почвы Центральной Якутии слабо обогащены свободными оксидами железа, что и определяет их блеклый цвет [5]. Доля дитиони-торастворимых соединений железа в них не велика, а мёссбауэровская спектроскопия даже при охлаждении образцов до 77 К не показала наличия минералов железа. В связи с этим возникает вопрос: как цвет почвы отражает почти полное отсутствие Fe-минералов? Ответить на него,
имея данные в системе Манселла, если и возможно, то затруднительно. Но в системе CIE-L*a*b* это сделать гораздо проще.
Аллювиальные почвы Испании изучали в двух хронорядах на речных террасах [17]: первый — в долине р. Эльзы (провинция Леон), второй — в долине р. Гвадалахары (провинция Кордова). Почвы первого ряда сильно выветрены и обогащены свободными соединениями железа: отношение Fe^/Fe^ достигает 0,78—0,84. Почвы второго ряда различаются по степени выветренности: на нижних террасах они обеднены оксидами железа (Fe^/Fe^ = 0,37—0,51), на верхних — обогащены ими (0,62—0,75). Цвет почв анализировали во влажном и сухом состоянии по шкале Манселла.
Перевод цвета почв из шкалы Манселла в систему CIE-L*a*b* выполнен с помощью таблиц, сгенерированных в программе Munsell Conversion — Version 4.01. Как в таблицах, так и в полном наборе, значения L*a*b* приведены для источника излучения С.
Таблица для перевода данных представлена ниже (табл. 1). Интерполяцию в случае использования «нестандартного» цветового тона Hue (некратного 2,5) следует выполнять с помощью электронного ресурса [9]. Если исходные значения светлоты (V) и насыщенности цвета (C) не совпадают с приведенными в таблице, то при фиксированном цветовом тоне (H) эти показатели рассчитываются путем интерполяции.
Многочисленные измерения цвета гематита и гетита, выраженного в системе CIE-L*a*b*, показали, что у обоих минералов проявляется и краснота (а*) и желтизна (b*). Цвет гематита заметно варьирует в зависимости от размера частиц и наличия в них примесей, но в среднем по системе Манселла он выражен так: 1,2YR 3,6/5,2 [12]. Обратившись к табл. 1 и используя интерполяцию, получаем значения а* ~ 20, b* ~ 16,5, отношение а*^* ~ 1,2. Цвет частиц гетита также варьирует, и в системе Манселла его среднее значение — 0,4Y 6/6,9 [12], или а* ~ 8,3, b* ~ 45, отношение а*^* ~ 0,2. Следовательно, у гематита относительная степень красноты выражена гораздо сильнее, чем у гетита.
Исходя из этого оценить содержание гематита в рамках системы CIE-L*a*b* можно с помощью а*-индекса (а* index а*1), представляющего собой отношение: а*1 = a*/b*; его максимальное значение — 1,2. Аналогично оценить содержание гетита возможно, используя Ь*-индекс (b* index b*I), т.е. b*I = b*/a*, предельное значение — 5,0.
Используем эти показатели для характеристики цвета почв в системе CIE-L*a*b*.
Таблица 1
Преобразование цветовых координат шкалы Манселла в систему CIE-L*a*b*
Value Chroma
1 2 3 4 5 6 7 8
Hue 2.5R
8 81,4/2,8/1,2 81,4/5,7/2,3 81,4/10,4/4,2 81,4/14,9/6,1 81,4/19,3/7,8 81,4/23,7/9,5 81,4/28,3/11,3 81,4/32,9/13,3
7 71,6/3,5/1,4 71,6/7/2,8 71,6/11,1/4,3 71,6/15,1/5,8 71,6/19,4/7,5 71,6/23,6/9,2 71,6/27,9/10,9 71,6/32,2/12,6
6 61,7/3,8/1,4 61,7/7,5/2,8 61,7/11,8/4,3 61,7/15,9/5,8 61,7/20,3/7,5 61,7/24,6/9,3 61,7/28,5/10,7 61,7/32,3/12,2
5 51,6/4/1,3 51,6/8/2,7 51,6/12,6/4,2 51,6/17/5,8 51,6/21,4/7,4 51,6/25,8/9 51,6/30,2/10,4 51,6/34,4/12
4 41,2/4,8/1,5 41,2/9,5/3 41,2/14/4,5 41,2/18,5/5,9 41,2/22,9/7,2 41,2/27,2/8,6 41,2/31,6/9,9 41,2/36/11,2
3 30,8/5,5/1,6 30,8/10,8/3,2 30,8/15,6/4,5 30,8/20,3/5,8 30,8/24,6/7 30,8/28,9/8,2 30,8/33,6/9,3 30,8/38,3/10,6
2 20,5/5,3/0,7 20,5/10,6/1,4 20,5/14,9/1,8 20,5/19,3/2,2 20,5/23,4/2,5 20,5/27,6/2,8 20,5/32,2/3 20,5/36,8/3,1
Hue 5R
8 81,4/2,9/1,6 81,4/5,7/3,1 81,4/10,4/5,8 81,4/14,9/8,4 81,4/19,1/10,7 81,4/23,2/13,1 81,4/27,9/15,6 81,4/32,4/18,2
7 71,6/3,5/1,8 71,6/7/3,7 71,6/11,1/5,9 71,6/15/8,1 71,6/19,2/10,4 71,6/23,2/12,6 71,6/27,5/14,9 71,6/31,7/17,2
6 61,7/3,8/1,9 61,7/7,5/3,7 61,7/11,7/5,9 61,7/15,8/8,2 61,7/20/10,5 61,7/24,2/12,8 61,7/28/14,9 61,7/31,8/16,9
5 51,6/4/1,9 51,6/7,9/3,8 51,6/12,5/6,1 51,6/16,9/8,4 51,6/21,2/10,7 51,6/25,3/13 51,6/29,6/15,2 51,6/33,7/17,6
4 41,2/4,8/2,2 41,2/9,3/4,5 41,2/13,9/6,7 41,2/18,2/9 41,2/22,5/11,1 41,2/26,5/13,2 41,2/30,9/15,4 41,2/35,1/17,6
3 30,8/5,4/2,2 30,8/10,5/4,6 30,8/15,3/6,6 30,8/19,9/8,8 30,8/24/10,7 30,8/28/12,7 30,8/32,6/14,7 30,8/37/16,9
2 20,5/5,3/1,4 20,5/10,3/2,9 20,5/14,7/4 20,5/19/5,1 20,5/23,1/6,1 20,5/27,2/7,1 20,5/31,9/8,1 20,5/36,6/9,2
Hue 7.5R
8 81,4/2,8/2,2 81,4/5,6/4,3 81,4/10,2/7,7 81,4/14,6/11,1 81,4/18,7/14,2 81,4/22,7/17,5 81,4/27/20,9 81,4/31,2/24,4
7 71,6/3,5/2,5 71,6/6,9/5 71,6/10,9/7,8 71,6/14,8/10,8 71,6/18,6/13,7 71,6/22,4/16,7 71,6/26,6/19,9 71,6/30,8/23,2
6 61,7/3,8/2,6 61,7/7,4/5,2 61,7/11,5/8 61,7/15,4/10,9 61,7/19,3/13,7 61,7/23,1/16,5 61,7/27/19,5 61,7/30,7/22,6
5 51,6/3,9/2,5 51,6/7,7/5 51,6/12,1/7,9 51,6/16,4/10,9 51,6/20,5/13,8 51,6/24,4/16,9 51,6/28,5/20 51,6/32,5/23,3
4 41,2/4,7/2,7 41,2/9,1/5,4 41,2/13,6/8,3 41,2/17,8/11,3 41,2/21,9/14 41,2/25,8/16,9 41,2/29,9/19,9 41,2/33,9/23
3 30,8/5,2/2,9 30,8/10,1/5,9 30,8/14,7/8,6 30,8/19/11,5 30,8/23/14,1 30,8/26,9/16,8 30,8/31,2/19,6 30,8/35,4/22,6
2 20,5/5,2/2 20,5/10/4,1 20,5/14,3/6 20,5/18,5/8 20,5/22,5/9,7 20,5/26,4/11,6 20,5/30,8/13,4 20,5/35,2/15,4
Hue 10R
7 71,6/3,3/3,1 71,6/6,6/6,3 71,6/10,3/10,1 71,6/13,8/14 71,6/17,5/17,8 71,6/21/21,7 71,6/24,8/25,7 71,6/28,4/29,8
6 61,7/3,7/3,3 61,7/7,2/6,7 61,7/11/10,4 61,7/14,6/14,3 61,7/18,1/17,9 61,7/21,4/21,6 61,7/25/25,4 61,7/28,5/29,3
И
И О
ч
Value Chroma
1 2 3 4 5 6 7 8
5 51,6/3,8/3,3 51,6/7,4/6,6 51,6/11,4/10,3 51,6/15,1/14,2 51,6/19/18 51,6/22,7/22,1 51,6/26,5/26 51,6/30,2/30,3
4 41,2/4,5/3,4 41,2/8,6/7 41,2/12,9/10,6 41,2/16,8/14,4 41,2/20,5/17,9 41,2/24/21,7 41,2/27,8/25,4 41,2/31,4/29,5
3 30,8/4,9/3,5 30,8/9,4/7,2 30,8/13,7/10,5 30,8/17,7/14 30,8/21,6/17,2 30,8/25,4/20,8 30,8/29,4/24,2 30,8/33,3/28,2
2 20,5/4,8/2,8 20,5/9,3/5,7 20,5/13,5/8,3 20,5/17,5/11,2 20,5/21,4/13,8 20,5/25,2/16,6 20,5/29,4/19,3 20,5/33,6/22,2
Hue 2.5YR
8 81,4/2,6/3,7 81,4/5,2/7,3 81,4/8,8/12,4 81,4/12,3/17,7 81,4/15,5/22,1 81,4/18,5/26,7 81,4/21,9/31,6 81,4/25,1/36,8
7 71,6/3,1/4 71,6/6/8 71,6/9,3/12,4 71,6/12,4/16,9 71,6/15,7/21,5 71,6/18,9/26,3 71,6/22/30,8 71,6/24,9/35,4
6 61,7/3,4/4,2 61,7/6,6/8,5 61,7/9,8/12,7 61,7/12,8/17 61,7/16,2/21,5 61,7/19,4/26,1 61,7/22,5/30,5 61,7/25,5/35,2
5 51,6/3,5/4,2 51,6/6,8/8,3 51,6/10,2/12,6 51,6/13,5/16,9 51,6/16,9/21,5 51,6/20,2/26,3 51,6/23,5/31,1 51,6/26,7/36,4
4 41,2/4/4,3 41,2/7,8/8,8 41,2/11,5/13,1 41,2/15/17,6 41,2/18,1/21,8 41,2/21,2/26,3 41,2/24,3/30,8 41,2/27,2/35,8
3 30,8/4,4/4,2 30,8/8,4/8,6 30,8/12/12,6 30,8/15,4/16,9 30,8/18,9/21,2 30,8/22,2/26 30,8/25,3/30,6 30,8/28,2/36
2 20,5/4,4/3,4 20,5/8,3/7,1 20,5/12,3/10,6 20,5/16/14,5 20,5/19,6/18,1 20,5/22,9/22,2 20,5/26,8/22,2 20,5/30,6/22,2
Hue 5YR
8 81,4/2,3/4,8 81,4/4,5/9,6 81,4/7,3/15,1 81,4/9,8/20,6 81,4/12,4/25,7 81,4/14,9/31 81,4/17,5/36,7 81,4/20,1/42,7
7 71,6/2,6/5 71,6/5,2/9,9 71,6/7,8/14,9 71,6/10,2/20,1 71,6/12,8/25,3 71,6/15,4/30,8 71,6/17,8/35,8 71,6/20,1/41
6 61,7/2,8/5 61,7/5,5/10,1 61,7/8,2/15 61,7/10,7/20 61,7/13,4/25,3 61,7/16/30,9 61,7/18,6/36,1 61,7/21/41,7
5 51,6/3/4,9 51,6/5,7/9,9 51,6/8,6/14,9 51,6/11,2/20,1 51,6/14,1/25,4 51,6/16,8/31,1 51,6/19,5/36,4 51,6/22/42,3
4 41,2/3,4/5,2 41,2/6,5/10,5 41,2/9,7/15,5 41,2/12,5/20,8 41,2/15,1/25,6 41,2/17,5/30,7 41,2/19,9/35,6 41,2/22,2/41,1
3 30,8/3,7/5 30,8/6,9/10,1 30,8/9,9/14,6 30,8/12,7/19,6 30,8/15,5/24,5 30,8/18,2/30,3 30,8/20,5/35,7 30,8/22,7/39,9
2 20,5/3,7/4,2 20,5/6,9/8,6 20,5/10,3/13,1 20,5/13,3/18,2 20,5/16,3/22,2 20,5/19,1/22,2 20,5/22,2/22,2
Hue 7.5YR
8 81,4/1,7/5,8 81,4/3,4/11,6 81,4/5,3/17,3 81,4/7,1/23,2 81,4/9,2/28,8 81,4/11,2/34,6 81,4/13,1/40,7 81,4/15/47
7 71,6/2/5,8 71,6/3,9/11,5 71,6/6/17,1 71,6/8/22,8 71,6/9,9/28,5 71,6/11,7/34,5 71,6/13,6/40,1 71,6/15,3/46
6 61,7/2,2/5,7 61,7/4,3/11,5 61,7/6,5/16,9 61,7/8,5/22,5 61,7/10,5/28,3 61,7/12,5/34,4 61,7/14,4/40,2 61,7/16,3/46,4
5 51,6/2,4/5,5 51,6/4,6/11,1 51,6/6,9/16,8 51,6/9/22,7 51,6/11,3/28,6 51,6/13,4/34,9 51,6/15,3/40,6 51,6/17,1/47
4 41,2/2,8/5,8 41,2/5,3/11,7 41,2/7,8/17,5 41,2/10/23,6 41,2/12/28,7 41,2/13,8/34,4 41,2/15,5/39,7 41,2/17/45,9
3 30,8/2,9/5,5 30,8/5,5/11,2 30,8/7,8/16,4 30,8/9,9/22 30,8/12/27,4 30,8/13,9/33,8 30,8/15,5/39,9 30,8/17,1/39,9
2 20,5/2,9/4,9 20,5/5,3/10 20,5/7,9/15,3 20,5/10,2/21,4 20,5/12,6/22,2 20,5/14,7/22,2 20,5/16,5/22,2
И
И О
ч
о
о
?
о и
Я О
и о и
и к s
и
ьо о
сл
Value Chroma
1 2 3 4 5 6 7 8
Hue 10YR
8 81,4/0,8/6,8 81,4/1,6/13,5 81,4/2,7/19,6 81,4/3,8/25,9 81,4/5/32,1 81,4/6,2/38,5 81,4/7,5/44,8 81,4/8,8/51,4
7 71,6/1/6,6 71,6/2/13,2 71,6/3,3/19,5 71,6/4,4/25,9 71,6/5,7/32 71,6/6,9/38,5 71,6/8,2/44,5 71,6/9,5/50,8
6 61,7/1,3/6,5 61,7/2,4/13,1 61,7/3,8/19,1 61,7/5/25,4 61,7/6,5/31,7 61,7/7,9/38,4 61,7/9,2/44,6 61,7/10,5/51,3
5 51,6/1,4/6,3 51,6/2,8/12,7 51,6/4,4/19 51,6/5,8/25,5 51,6/7,4/31,9 51,6/8,8/38,9 51,6/10,1/44,8 51,6/11,3/51,5
4 41,2/1,7/6,6 41,2/3,2/13,3 41,2/5/19,4 41,2/6,6/26 41,2/8/31,6 41,2/9,3/37,8 41,2/10,4/43,4 41,2/11,5/50,1
3 30,8/1,9/6 30,8/3,5/12,2 30,8/5,1/17,9 30,8/6,6/24,1 30,8/8,1/30 30,8/9,5/37,2 30,8/10,7/39,9 30,8/11,8/39,9
2 20,5/2/5,4 20,5/3,6/11,1 20,5/5,6/17,1 20,5/7,2/22,2 20,5/9/22,2 20,5/10,5/22,2 20,5/11,7/22,2
Hue 2.5Y
8 81,4/—0,3/7,5 81,4/—0,4/15 81,4/-0,1/21,5 81,4/0,2/28 81,4/0,8/34,6 81,4/1,3/41,5 81,4/2/47,8 81,4/2,7/54,6
7 71,6/-0,1/7,3 71,6/-0,1/14,6 71,6/0,5/21,1 71,6/1,2/27,8 71,6/1,8/34,3 71,6/2,5/41,2 71,6/3,1/47,6 71,6/3,7/54,4
6 61,7/0,1/7,2 61,7/0,3/14,3 61,7/0,8/20,8 61,7/1,4/27,5 61,7/2,2/34,3 61,7/2,9/41,6 61,7/3,8/48 61,7/4,6/55,2
5 51,6/0,5/6,9 51,6/0,9/13,8 51,6/1,6/20,5 51,6/2,2/27,6 51,6/3,1/34,4 51,6/3,9/42 51,6/4,6/48 51,6/5,3/54,9
4 41,2/0,6/7,1 41,2/1,1/14,2 41,2/2/20,8 41,2/2,9/27,8 41,2/3,7/33,7 41,2/4,4/40,4 41,2/5,1/46,5 41,2/5,8/53,9
3 30,8/0,7/6,4 30,8/1,4/12,9 30,8/2,3/19 30,8/3,1/25,7 30,8/4,1/32,1 30,8/5/39,9 30,8/5,9/39,9
2 20,5/0,9/5,9 20,5/1,6/11,9 20,5/2,8/18,7 20,5/3,8/22,2 20,5/5,2/22,2
Hue 5Y
8 81,4/—1,2/8 81,4/—2,3/15,9 81,4/-3,1/22,7 81,4/—3,8/29,7 81,4/-4,1/36,6 81,4/—4,4/43,7 81,4/—4,4/50,5 81,4/—4,5/57,7
7 71,6/—1/7,7 71,6/—1,9/15,2 71,6/-2,5/22,3 71,6/-3,1/29,4 71,6/-3,2/36,3 71,6/—3,3/43,5 71,6/—3,2/50 71,6/—3/57,2
6 61,7/—0,9/7,6 61,7/—1,7/15 61,7/-2,1/21,9 61,7/—2,5/29 61,7/-2,3/36,1 61,7/—2,2/43,7 61,7/—2/50,5 61,7/-1,8/58,1
5 51,6/—0,8/7,2 51,6/—1,4/14,4 51,6/—1,5/21,6 51,6/-1,6/29,1 51,6/—1,3/36,2 51,6/—1,1/44 51,6/—0,8/50,2 51,6/-0,5/57,3
4 41,2/-0,5/7,3 41,2/—0,9/14,6 41,2/—0,8/21,6 41,2/—0,8/29 41,2/—0,5/35,2 41,2/—0,2/42,4 41,2/0,2/48,6 41,2/0,5/56,5
3 30,8/—0,3/6,5 30,8/-0,6/13,1 30,8/—0,3/19,5 30,8/—0,2/26,6 30,8/0,3/33,4 30,8/0,7/39,9 30,8/1/39,9
2 20,5/—0,1/6 20,5/—0,1/12 20,5/0,3/19,4 20,5/0,7/22,2 20,5/1,2/22,2
Hue 7.5Y
8 81,4/—2/8,2 81,4/-3,8/16,3 81,4/—5/23,2
7 71,6/—1,8/7,8 71,6/—3,4/15,4 71,6/—4,6/22,6
6 61,7/—1,7/7,6 61,7/—3,2/15,2 61,7/—4,3/22,2
Окончание табл. 1
оо
Value Chroma
1 2 3 4 5 6 7 8
5 51,6/-1,5/7,3 51,6/—2,7/14,5 51,6/—3,8/21,8
4 41,2/-1,4/7,3 41,2/—2,6/14,5 41,2/—3,4/21,8
3 30,8/—1,2/6,5 30,8/—2,1/13 30,8/—2,8/19,7
2 20,5/—1/5,8 20,5/—1,7/11,6 20,5/—2,2/19,4
Hue10Y
8 81,4/—2,7/8,2 81,4/-5,1/16,3
7 71,6/—2,5/7,7 71,6/-4,8/15,3
6 61,7/—2,4/7,6 61,7/—4,6/15
5 51,6/-2,3/7,1 51,6/-4,3/14,1
4 41,2/—2,3/7 41,2/—4,2/14
3 30,8/—2/6,3 30,8/—3,7/12,5
2 20,5/—1,7/5,4 20,5/-3,1/10,8
Value Neutral (N) Chroma = 1
L* 10G 5B 5G 5P 5PB 5RP
8 81,4 81,4/-6,1/1,1 81,4/—3/—2,5 81,4/—6,4/2,5 81,4/1,7/—2,1 81,4/—0,2/—2,9 81,4/2,7/—0,1
7,5 76,5
7 71,6 71,6/—5,8/1 71,6/—3/—2,7 71,6/—6/2,3 71,6/2,2/—2,5 71,6/0/—3,2 71,6/3,3/—0,1
6,5 66,7
6 61,7 61,7/—5,6/0,8 61,7/—3/—2,8 61,7/—5,8/2,2 61,7/2,6/—2,8 61,7/0/—3,4 61,7/3,7/—0,2
5,5 56,7
5 51,6 51,6/—5,2/0,7 51,6/—2,9/—3 51,6/—5,4/2 51,6/2,8/—3 51,6/0,2/—3,8 51,6/3,9/—0,3
4,5 46,4
4 41,2 41,2/-5,l/0,6 41,2/—2,9/—3,2 41,2/-5,1/1,8 41,2/3,5/—3,6 41,2/0,4/—4,3 41,2/4,8/—0,5
3,5 36,0
3 30,8 30,8/—4,6/0,5 30,8/—2,8/—3,6 30,8/—4,7/1,6 30,8/4/—4,1 30,8/0,5/—4,9 30,8/5,3/—0,8
2,5 25,6
2 20,5 20,5/-3,9/0,3 20,5/—2,4/—3,3 20,5/—3,9/1,2 20,5/3,8/—3,8 20,5/0,6/—4,7 20,5/5,2/—1,3
Примечание. Chroma — насыщенность, Value — светлота, Hue — цветовой тон, Neutral (N) — бесцветность.
Результаты и их обсуждение
Бразильская оксисоль. В табл. 2 приведены исходные данные о влиянии редукции на цвет окси-соли, значения ее критерия красноцветности, выраженные в системе Манселла, а также предложенные индексы а*! и b*I в системе CIE-L*a*b*. Как видно, рейтинг RR в ходе редукции снижается монотонно: с 5,25 у исходной почвы до 2,00 через 333 сут восстановления. На основе монотонного изменения рейтинга RR J. Macedo и R.B. Bryant заключили, что редукция гематита по сравнению с гетитом предпочтительнее (preferential) [13].
Индексы а*1 и b*I показывают несколько иную динамику редукции почвы. Снижение а*1-индек-са продолжалось только до 164-х сут, в это время гематит растворялся. Затем, вплоть до окончания опыта, происходило растворение гетита, о чем говорит падение Ь*1-индекса с 3,12 до 2,38 и соответствующий рост а*1-индекса с 0,32 до 0,42. Эти данные позволяют интерпретировать результаты опыта несколько по-иному. В почве идет последовательная редукция: вначале — неустойчивых частиц гематита, а затем — уже более устойчивых частиц гетита, точнее Al-гетита. Важный факт растворения гетита на позднем этапе редукции оставлен авторами без внимания.
Представление о предпочтительности растворения одного минерала перед другим допускает конкуренцию между ними за электроны, высвобождаемые органическим веществом. Интерпретация изменений цвета в системе CIE-L*a*b* позволяет иначе расставить акценты: сначала редуцируются менее упорядоченные акцепторы электронов (гематит), а по исчерпании источника доступных акцепторов электронов редуцируются более упорядоченные частицы алюмогетита. Идея о после-
довательном участии в редокс-реакциях акцепторов электронов в зависимости от степени устойчивости частиц минералов доказана в ряде работ почвенных микробиологов [14, 20].
Палевые почвы Центральной Якутии слабо развиты, имеют низкое содержание свободных соединений железа: отношение Редит/Ревал ниже 0,15. Подсчитаем, каковы у них величины красноты и желтизны. При отсутствии гетита и гематита и при низкой доле свободных дитионитораствори-мых соединений железа от валового содержания показатели этих признаков низкие: краснота почвы (а*) < 5,2, желтизна Ь* < 20, при этом а*1 не превышает 0,35.
Сравнение этих результатов с данными о цвете чуть более развитых криогидроморфных почв в Колымской низменности [3] показало в последних более высокую долю свободных дитионито-растворимых соединений железа: менее 0,3% от валового содержания. Несмотря на более продвинутый оксидогенез железа, краснота криогидроморфных почв была меньше — а* < 2, хотя желтизна примерно такая же — Ь* < 20, т.е. как у палевых якутских почв. Индекс а*1 колымских криогидроморфных почв равен 0,10, тогда как у якутских палевых он в 2—3 раза выше. Очевидно, что низкий показатель Редит/Ревал довольно приблизительно отражает цвет почв, который в таковых слабоожелезненных зависит во многом от цвета глинистых минералов, состав которых различен.
Аллювиальные почвы Испании. В табл. 3 представлены показатели цвета влажных и сухих аллювиальных почв, выраженных в системах Манселла и С1Б-Ь*а*Ь*. Высушивание однозначно влияет на светлоту ^*) — она почти у всех почв увеличивается и у одной сохраняется, но по-разному влияет на красноту и желтизну. Приращения а* и
Таблица 2
Влияние редукции на цвет оксисоли, выраженный в системах Манселла и CIE-L*a*b*
(исходные данные из [13])
Образец Время редукции, сут Цвет по Манселлу RR Цвет по CIE-L*a*b* a*I b*I
Исходный 0 3,25YR4/6 5,25 41,2/20,1/27,6 0,73 1,37
B 24 3,25YR4/6 4,50 41,2/17,5/30,7 0,57 1,75
C 27 5YR4/6 4,50 41,2/17,5/30,7 0,57 1,75
D 33 5YR4/6 3,75 41,2/17,7/32,4 0,55 1,82
E 57 6,25YR4/6 3,75 41,2/17,7/32,4 0,55 1,82
F 61 6,25YR4/6 3,75 41,2/17,7/32,4 0,55 1,82
G 64 6,25YR4/6 2,25 41,2/11,5/36,1 0,32 3,12
H 100 8,75YR 4/6 2,25 41,2/11,5/36,1 0,32 3,12
I 101 8,75YR 4/6 2,25 41,2/11,5/36,1 0,32 3,12
J 164 8,75YR 4/6 2,25 41,2/11,5/36,1 0,32 3,12
K 333 7,5YR 4/4 2,00 41,2/10,0/23,6 0,42 2,38
Таблица 3
Цвет испанских почв, выраженный в системах Манселла и CIE-L*a*b* (исходные данные из [17])
Образец Влажная почва Сухая почва Приращение
цвет по Манселлу L* a* b* a*I Цвет по Манселлу L* a* b* a*I Да* ДЬ*
Катена р. Эльзы
Т3-3 7,5YR 4,5/3,5 46,4 8,5 20,3 0,42 8,5YR 5/4 51,6 7,7 23,8 0,32 -0,8 3,5
Т8-2 5YR 3,5/6 36,0 18,1 30,7 0,59 6,5YR 5,5/5,5 56,7 13,3 30,3 0,44 -4,8 -0,4
T10-2 4YR4/5 41,2 16,3 24,0 0,68 6,5YR 5,5/5 56,7 12,1 27,3 0,44 -4,2 0,3
T20-2 3,5YR 3,5/6 36,0 20,4 28,0 0,73 5YR 5/7 51,6 19,5 36,4 0,54 -0,9 8,4
SP-2 2,5YR 3,8/7 38,6 24,7 30,8 0,80 5YR 5/7 51,6 19,5 36,4 0,54 -5,2 5,6
P-2 2,5YR 4/5,7 41,2 19,6 24,0 0,82 4,5YR 5/7 51,6 20,2 35,4 0,57 0,6 11,4
Катена р. Гвадалахары
EL-2 7,5YR 4/2,5 41,2 6,5 14,6 0,45 8YR 5/3 51,6 6,4 17,2 0,37 -0,1 2,6
GU-6 6,5YR 4,5/5 46,4 13,0 27,5 0,47 8,5YR 5/4 51,6 7,7 23,8 0,32 -5,3 -3,7
EA-1 4YR 4/4 41,2 13,5 19,6 0,69 5YR 4,5/6 46,4 17,4 31,9 0,56 3,9 11,5
BO-1 2YR 3,5/7 36,0 25,8 29,6 0,87 2YR 3,5/6 36,0 22,6 25,3 0,89 -3,2 -4,3
QT-1 0,5YR 3,5/7 36,0 28,2 26,1 1,08 3YR 4,5/6 46,4 20,2 27,4 0,74 -8,0 1,3
Ь* принимают как положительные, так и отрицательные значения.
Такой результат изменения цвета можно объяснить разной степенью развития данных почв. Высушивание старых выветрелых почв катены р. Эльзы (Редит/Ревал достигает 0,78—0,84) ведет к заметному снижению индекса а*1 с 0,55—0,86 до 0,32—0,57. Снижение красноцветности можно объяснить тем, что в ходе высыхания почвы возможно окисление органического вещества, которое приводит к восстановлению металлов с переменной валентностью (марганец и железо) [15]. Детально изучена редукция Мп02 при высыхании почвы. Редукция оксидов железа идет при более низком значении Ен, чем марганца, поэтому требует больше времени.
Совсем иная ситуация с почвами из катены р. Гвадалахары. Они более молодые, особенно на нижней террасе, где отношение Редит/Ревал всего 0,37—0,51, и при высыхании почвы краснота возрастает на 0,2 и 3,9. Возможно, такой рост красноты обусловлен выходом железа из решетки глинистых минералов и образованием его (гидр)окси-дов. При высушивании более старых почв в катене
Гвадалахары с высоким отношением Редит/Ревал = = 0,62—0,75 наблюдается такое же снижение красноты, как и в старых почвах катены Эльзы.
Таким образом, проведенные вычисления показали эффективность использования оптической системы С1Б-Ь*а*Ь* для решения различных почвенных задач.
Заключение
Оптическая система Манселла не удобна для статистических расчетов роли пигментов в цвете почв. Эмпирические подходы ее преобразования предложены только для ограниченного диапазона цветовых тонов и не гарантируют точного подсчета корреляционных связей пигментов с цветом почв. Предложена таблица для перевода данных о цвете почв из шкалы Манселла в систему С1Б-Ь*а*Ь*.
На примере бразильской оксисоли, якутских палевых и аллювиальных испанских почв показана эффективность использования оптической системы С1Б-Ь*а*Ь* для характеристики почвенных процессов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Водяницкий Ю.Н., Васильев А.А., Кожева А.В., Сатаев Э.Ф. Цвет почв на аллювиальных отложениях Средне-Камской низменной равнины // Почвоведение. 2007. № 3.
2. Водяницкий Ю.Н., Горячкин С.В., Лесовая С.Н. Оксиды железа в буроземах на красноцветных отложе-
ниях Европейской России и цветовая дифференциация почв // Почвоведение. 2003. № 11.
3. Водяницкий Ю.Н., Мергелов Н.С., Горячкин С.В. Диагностика оглеения в условиях низкого содержания оксидов железа (на примере почв тундры Колымской низменности) // Почвоведение. 2008. № 3.
4. Водяницкий Ю.Н., Шишов Л.Л., Васильев А.А., Сатаев Э.Ф. Анализ цвета лесных почв Русской равнины // Почвоведение. 2005. № 1.
5. Десяткин Р.В., Лесовая С.Н., Оконешникова М.В., Зайцева Т.С. Палевые почвы Центральной Якутии: генетические особенности, свойства, классификация // Почвоведение. 2011. № 12.
6. Карманов И.И. Спектральная отражающая способность и цвет почв как показатели их свойств. М., 1974.
7. Карманов И.И., Рожков В.А. Опыт установления количественных связей между цветовыми свойствами почв и их вещественным составом // Почвоведение. 1972. № 12.
8. Классификация и диагностика почв России. Смоленск, 2004.
9. Cmc.zip // DOI: 10.13140/RG.2.1.5148.0801.
10. Hurst V.J. Visual estimation of iron in saprolit // Geol. Soc. Amer. Bull. 1977. Vol. 88. P. 174—176.
11. Komadel P., Lear P.R., Stucki J.^.Reduction and reoxidation of nontronite: Extent of reduction and reaction rates // Clays Clay Minerals. 1990. Vol. 38. P. 203—208.
12. Leone N, Mercurio M, Grilli E. et al. Potential of vis-NIR reflectance spectroscopy for the mineralogical characterization of synthetic gleys: A preliminary investigation // Period. Mineral. 2011. Vol.80. P.433—453.
13. Macedo J., Bryant R.B. Preferential microbial reduction of hematite over goethite in a Brazilian Oxisol // Soil. Sci. Soc. Amer. J. 1989. Vol. 53. P. 1114—1118.
14. Roden E.E. Analysis of long-term bacterial vs. chemical Fe(III) oxide reduction kinetics // Geochem. Cos-mochem. Acta. 2004. Vol. 68. P. 3205—3216.
15. Ross D.S., Hales H.C., Shea-McCarthy G.C., Lanzi-rottiA. Sensitivity of soil manganese oxides: drying and storage reduction // Soil Sci.Amer. J.2001.Vol.65.P.736—743.
16. Sanchez-Maranon M, Delgado G, Melgosa M. et al. CIELAB color parameters and their relationship to soil characteristics in Mediterranean red soils // Soil Sci. 1997. Vol.162. Р.833—842.
17. Torrent J., Schwertmann U., Schulze D.G. Iron oxide mineralogy of some soils of two river terrace sequences in Spain // Geoderma. 1980. Vol. 23. P. 191—208.
18. Viscarra Rossel R.A., Minasny B, Roudier P., McBratney A.B. Colour space models for soil science // Geoderma. 2006. Vol. 133. P. 320—337.
19. World reference base for soil resources. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. IUSS Working Group. World Soil Resources Reports No. 106. FAO. Rome, 2014.
20. Zachara J.M., Fredrickson J.K., Li S. et al. Bacterial reduction of crystalline Fe3+ oxides in single phase suspensions and subsurfase materials // Amer. Mineral. 1998. Vol.83. P. 1426—1443.
Поступила в редакцию 26.07.2015
TRANSFORMATION OF MUNSELL COLOR COORDINATES
TO CIE-L*A*B* SYSTEM: TABLES AND CALCULATION EXAMPLES
Yu.N. Vidyanitskii, N.P. Kirillova
The widespread Munsell optical system is inconvenient for processing soil pigment colour data in statistical analyses. Conversion table was used to transform soil Munsell Color coordinates to CIE-L*a*b* system. Brazilian Oxisols, pale soils of Yakutia, and Spanish alluvial soils were used as examples to prove preference CIE-L*a*b* system for the soil color characteristics.
Key words: soil color, Fe pigments, soil redness a*, soil yellowness b*, redness index.
Сведения об авторах
Водяницкий Юрий Никифорович, докт. с.-х. наук, профессор каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им.М.В.Ломоносова. E-mail: [email protected]. Кириллова Наталия Петровна, канд. биол. наук, мл. науч. сотр. каф. общего почвоведения ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. E-mail: [email protected].
