The features of taiga soils in Western Siberia.pdf Введение Черневые леса Западной Сибири, в том числе Салаира, представлены девственными осиновыми и пихтово-осиновыми крупнотравными лесными массивами, включающими комплекс неморальных плиоценовых реликтовых видов - остатков широколиственных лесов, существовавших на территории Сибири в доледниковую эпоху. Этот памятник природы привлекает внимание специалистов разных областей знаний, изучающих уникальный объект с позиций истории его развития в прошлом и сохранения в будущем. Связующим звеном всех компонентов экосистем, включая черне-вые леса Салаира, является почва, выполняющая ряд глобальных функций в биосфере, одна из которых - информационная. В почвенном профиле, согласно активно развиваемой в последние несколько десятилетий концепции «памяти почв» [1], устойчивые во времени признаки хранят информацию о природной среде, т.е. о факторах почвообразования, в условиях которых шло развитие почвы от «нуль-момента» до настоящего времени [2]. Поскольку знания о формировании почв на предыдущих этапах развития природной среды позволяют прогнозировать их поведение в будущем при изменении как естественных, так и антропогенных условий, исследование почв с точки зрения их эволюции является актуальным. Влиянию геологических, геоморфологических, биологических, климатических условий, в том числе температуры и влажности, на развитие почв уделяется большое внимание многими исследователями, изучающими разные аспекты воздействия тех или иных факторов на почвообразование [3-5]. Вопросы устойчивости и чувствительности почв в целом и почвенного органического вещества в частности к изменению атмосферных температур и других климатических параметров, определяющих экологическую обстановку почвообразования, активно обсуждаются в зарубежной научной литературе [6-11]. Однако в настоящее время важно изучать влияние климатических параметров на свойства почвы не только в глобальном масштабе, приоритетным должно быть выявление закономерностей поведения почв при изменении природной среды на региональном и локальном уровнях. Это позволит оценивать направленность и скорость их изменчивости при различных воздействиях. Далеко не все свойства и признаки почв можно использовать в качестве источника информации об эволюции физико-географической среды. Согласно М.И. Дергачевой [12], наиболее универсальным носителем памяти почв, фиксирующим все изменения, происходящие в природной среде, является система гумусовых веществ, формирование которой обусловлено термодинамическими условиями [13]. Гумусовый профиль почв, как показано в более ранних работах [14-16], отражает все стадии и фазы почвообразования на протяжении истории их формирования. Цель данной работы - выявить особенности гумусовых профилей почв Салаира, несущих информацию об условиях почвообразования в период их развития. Материалы и методики исследования Объектами исследования являются гумусовые профили дерново-подзолистых сверхглубокоосветленных почв западного макросклона Салаирского кряжа, развитых в условиях черневых лесов на тяжелых по гранулометрическому составу лессовидных отложениях. Особенности этих почв заключаются в большой мощности оподзоленного горизонта и отсутствии или малой мощности лесной подстилки, что связано со спецификой климатических условий их формирования, высокой биологической активностью и характером почвообразующих пород. Почвы изучались с помощью полевого, сравнительно-географического и морфологического методов. Использовались общепринятые методики исследования физико-химических свойств почв [17]. Групповой и фракционный состав гумуса определялся методом И.В. Тюрина в модификации В.В. Пономаревой и Т. А. Плотниковой [18]. Результаты исследования и обсуждение Почвы надежно хранят в своих свойствах и признаках информацию об окружающей среде за весь период своего существования. Одни свойства обладают лишь «ближней памятью», т.е. отражают современные факторы почвообразования и соответствуют протекающим в настоящее время процессам, другие имеют «дальнюю память», т.е. хранят информацию обо всех этапах эволюции природной среды на протяжении истории своего развития. К последним, как показано ниже, относятся гумусовые профили почв. Исследованные почвы характеризуются типичным для данного типа и подтипа строением почвенного профиля с хорошо выраженным гумусово-аккумулятивным горизонтом AY мощностью 11-20 см, большой протяженностью оподзоленной толщи (более 50 см) и иллювиального текстурного горизонтов. Они имеют высокое содержание гумуса в верхнем 10-15-сантиметровом слое (до 11%), что свидетельствует об интенсивном дерновом процессе и гумусообразовании под крупнотравным наземным покровом, что связано с большим количеством поступающей биомассы, высокой емкостью и скоростью биологического круговорота, значительной численностью микроорганизмов и активно протекающими микробиологическими процессами на протяжении большей части годового цикла. Для почв характерны слабокислая реакция почвенного раствора, невысокая емкость поглощения (26-29 мг-экв/100 г почвы в гумусовом горизонте), низкие гидролитическая кислотность и ненасыщенность основаниями (таблица). Унаследованный от почвообразующих пород гранулометрический состав средне- и тяжелосуглинистый, с преобладанием «лессовых» крупнопылеватых фракций. Тип распределения высокодисперсных частиц отражает элювиально-иллювиальную дифференциацию профилей с накоплением ила в иллювиальных текстурных горизонтах, что связано с кислотным гидролизом минеральной части почв и лессиважем. Аналитическая характеристика дерново-подзолистых почв Салаира [Analytical characteristics of soddy- podzolic soils of Salair] Горизонт, глубина, см [Horizon, depth, cm] Гумус [Humus], % рН суспензии [pH of suspension] Поглощенные основания, мг-экв/100 г почвы [Absorbed bases, mg eq/100 g of soil] Гидроли-тич. кислотность, мгэкв/100 г почвы [Hydrolytic acidity, mg eq/100 g of soil] Степень насыщ. основаниями [Degree of base saturation], % водной [water] солевой [salt] Са2+ Mg2+ Разрез [Profile] 1-С10 AY 2-14 11,70 5,53 4,81 28,4 1,0 7,00 81 AEL 20-30 4,15 5,34 3,86 16,0 6,0 8,40 65 EL 50-60 1,74 5,41 3,79 8,6 9,4 6,65 69 BEL 75-85 1,36 5,63 3,66 16,0 3,8 5,42 74 О к о н ч а н и е т а б л и ц ы [Table (end)] Горизонт, глубина, см [Horizon, depth, cm] Гумус [Humus], % рН суспензии [pH of suspension] Поглощенные основания, мг-экв/100 г почвы [Absorbed bases, mg eq/100 g of soil] Гидроли-тич. кислотность, мгэкв/100 г почвы [Hydrolytic acidity, mg eq/100 g of soil] Степень насыщ. основаниями [Degree of base saturation], % водной [water] солевой [salt] Са2+ Mg2+ BTel 100-110 0,61 5,80 3,63 19,4 2,6 5,42 81 BT1 125-130 0,55 5,72 3,80 26,8 6,8 4,55 82 Разрез [Profile] 2-10С AY 0-10 5,49 5,98 5,10 22,4 5,2 3,10 91 AEL 20-30 2,56 5,81 4,18 10,0 6,0 2,80 86 EL1 43-53 1,81 5,84 4,06 5,6 7,4 2,80 82 EL2 53-63 1,48 5,77 3,83 4,0 9,2 3,15 85 BEL 70-80 0,66 5,76 3,77 9,2 7,0 2,97 87 BTel 90-100 0,49 5,79 3,83 16,6 7,4 2,62 89 BT1 110-120 0,47 6,14 3,82 15,0 16,4 2,62 90 BT2 135-145 0,36 6,41 4,06 14,6 13,0 1,75 93 Разрез [Profile] 3-10С AY 5-15 8,07 5,81 5,00 19,4 6,6 2,10 93 AEL 20-30 3,03 5,53 3,99 10,0 7,6 3,50 80 EL1 30-40 2,05 5,84 3,92 10,8 6,2 2,97 81 EL2 45-55 2,10 5,49 3,93 8,6 7,6 2,97 81 BEL 62-70 1,33 6,07 3,90 15,6 8,4 2,46 90 BTel1 75-85 0,85 6,15 3,81 16,4 8,4 2,27 91 BTel2 95-105 0,52 6,12 3,82 13,4 17,8 2,62 91 BT 120-130 0,47 6,22 3,87 16,4 16,8 2,62 92 Групповой состав гумуса исследованных дерново-подзолистых почв характеризуется близкими долями гуминовых (ГК) и фульвокислот (ФК) в верхнем 25-сантиметровом слое (горизонты AY, AEL), в связи с чем отношение углерода ГК к углероду ФК близко к 1 и составляет 0,92-1,14 (тип гумуса гуматно-фульватный и фульватно-гуматный). В нижних горизонтах значение Сгк:Сфк снижается до 0,25 (тип гумуса фульватный). Гуминовые кислоты принимают участие в формировании гумусового профиля в верхней 80-130-сантиметровой толще. Доля их составляет 1432% от общего содержания органического углерода. Распределение этой группы веществ по профилям имеет идентичный характер: на фоне тенденции к снижению с глубиной отмечается относительное (до 31-39% от Собщ) увеличение доли гуминовых кислот в средней части гумусово-элювиально-го горизонта, где зафиксировано максимальное их содержание. Доля ФК изменяется по профилю в широких пределах (21-60% от Собщ). На фоне флуктуаций количественных характеристик этого компонента гумуса выделяется несколько зон с относительно повышенными и пониженными его долями, что хорошо демонстрируется профилеграмма-ми (рис. 1). А 10 0 10 10 0 10 10 0 10 0 1 2 4 2 0 2 4 2010 0 1020 30 20 10 0 10 20 30 30 20 10 0 10 20 30 10 0 10 d с 20 40- 60- 80- 100- 120- 140h а в e т т g В 4 2 0 2 4 20 10 0 10 20 30 20 10 0 10 20 30 30 20 10 0 10 20 30 10 0 10 10 0 10 10 0 10 10 0 10 0 1 2 т с 20 40 60 80 100 120 140 30 20 10 0 10 20 30 30 20 10 0 10 20 30 10 0 10 e d Рис. 1. Гумусовые профили дерново-подзолистых сверхглубокоосветленных почв Салаира: А - разрез 1-С10, B - разрез 2-С10, C - разрез 3-С10; a - общий органический углерод, % к почве; содержание углерода групп и фракций гумусовых веществ, % к общему углероду; b - гуминовые кислоты (ГК); c - фульвокислоты (ФК); d - негидролизуемые формы гумуса; e - ГК фракции 1; f- ГК фракции 2; g - ГК фракции 3; h - ФК фракции 1а; i - Сгк : Сфк [Fig. Humus profiles of soddy-podzolic Salair soils. A - Soil profile 1-C10; B - Soil profile 2-C10; С - Soil profile 3-C10; a - Total organic carbon, % of the soil; the carbon groups and fractions of humic substances, % of total carbon; b - Humic acid (HA); c - Fulvic acids (FA); d - Nonhydrolyzable forms of humus, e - HA fractions 1; f - HA fractions 2; g - HA fractions 3; h - FA fractions 1a; i - C : C, 1 Л ' 'ha faJ в с e а в С 4 2 0 2 4 20 10 0 10 20 10 0 10 10 0 10 10 0 10 0 1 2 0 20 40 60 80 100 120 40 f h g а f g п i Наличие относительных минимумов ФК в слоях 30-40 см (разрез 1-10С), 20-30 см (разрезы 2-10С и 3-10С), 60-70 см (разрез 3-10С) и увеличение долей ГК в этих же слоях обусловливает расширение отношения Сгк к Сфк до величин, близких к 1. Это может свидетельствовать о формировании почв в условиях меняющейся природной обстановки, а принимая во внимание тот факт, что ФК имеют тесную связь с количеством осадков, а ГК - с температурами [19], можно предположить, что почвы развивались при изменении влаго- и теплообеспеченности территории, но пределы этих изменений были невелики и не сопровождались сменой типа почвообразования (например, лесного на степной). Климатические условия в период формирования системы гумусовых веществ в вышеуказанных частях профилей были более влажными и теплыми. Доля негидролизуемых форм гумусовых веществ изменяется по профилям от 15 (24) до 49 (55)% от Собщ. Наименьшей подвижностью (растворимостью) система гумусовых веществ характеризуется в горизонтах ВТ, где относительная доля гумина превышает 40-50%. Анализ гумусовых профилей дерново-подзолистых почв позволил выявить в них сочетание признаков как современного почвообразования, так и более раннего. Первое выражается в групповом составе гумуса (близком количестве гуминовых и фульвокислот в гумусовом горизонте, что типично для почв данного подтипа), в направленности распределения по профилю ГК и ФК (снижение с глубиной первых и увеличение вторых), а также доминировании бурых ГК (фракция ГК-1) над гуматами кальция (фракция ГК-2) в поверхностных горизонтах, отражающих, как показано в [20], современные условия почвообразования. Информация о предшествующем почвообразовании зафиксирована в расположенных ниже слоях профилей в относительно высоких для почв подзолистого типа долях гуматов кальция и низких - свободных фульвокислот фракции - 1а, а также флуктуациях в распределении по профилю ФК, что в целом свидетельствует об изменении теплообеспеченности и увлажнения территории на протяжении педогенеза. Почвы Салаирского кряжа могут быть отнесены к условно моногенетич-ным, поскольку в ходе аналитического исследования не обнаружены явные признаки (например, аккумуляция гумуса в других слоях, кроме поверхностных, расширение значения Сгк : Сфк до величин, характеризующих гуматный тип гумуса и др.) почвообразования, протекавшего в иных (например, степных) условиях природной среды со сменой типа почвообразования. Выявляется одна лесная стадия почвообразования, поскольку максимумы Сгк : Сфк незначительно превышают 1. Однако почвы прошли несколько фаз развития в условиях меняющейся тепло- и влагообеспеченности территории, что не приводило к смене типа почвообразования, но фиксировалось в характеристиках гумусового профиля, а именно во флуктуациях ФК и накоплении ГК в форме гуматов кальция (в фазы потепления климата) в слоях ниже современного гумусового горизонта. Подобная специфика гумусового профиля свидетельствует о полифазности почв и неконтрастной, по А.Л. Александровскому, Е.И. Александровской [21], их эволюции. Заключение Дерново-подзолистые сверглубокоосветленные почвы черневых лесов Салаира характеризуются типичным для почв этого типа строением почвенного профиля. Особенностью их является отсутствие или малая мощность лесной подстилки и большая мощность оподзоленного горизонта, что связано со спецификой климатических условий, определяющих высокую биологическую активность почв и интенсивное промывание их атмосферными осадками. Характеристики гумусовых профилей исследованных почв свидетельствуют о неконтрастной их эволюции в условиях лесного педогенеза при смене нескольких фаз почвообразования, различающихся уровнем влаго- и теплообеспеченности территории. Гумусовые профили почв сохраняют информацию об особенностях природной среды на протяжении периода формирования почвенного тела, в связи с чем могут служить «инструментом» для реконструкции палеогеографической среды и построения моделей поведения почв в будущем.

Скачать электронную версию публикации