Properties of pyrogenic eutrophic peat soil of Tagan mire (south of Tomsk Oblast).pdf Введение Торфяные почвы на Западно-Сибирской равнине являются одними из наиболее распространенных почв. На юге равнины их ареал сокращается, и чаще всего они приурочены к депрессиям рельефа с грун-тово-водным типом питания. Торфяные залежи относятся к эутрофному типу со слабокислой или нейтральной реакцией и повышенным содержанием питательных элементов, а водный режим отличается нестабильностью, что вызывает увеличение вероятности их возгорания, в сравнении с более северными территориями. Пожары вызывают глубокую деградацию почв, снижают численность микрофлоры и в целом ухудшают экологическую обстановку на таких территориях [1, 2]. Кроме того, пожары на крупных торфяных массивах, находящихся вблизи крупных промышленных населенных пунктов, охватывают значительные территории и вызывают сильное длительное задымление, нарушая работу транспортной инфраструктуры. Последствия пирогенной деградации торфяных почв имеют различные, тесно связанные между собой аспекты - сельскохозяйственные, экологические, социальные, природоохранные [3]. Учитывая актуальность проблемы пирогенной деградации торфяных почв и ее малую изученность, особенно на территории Томской области, нами были начаты исследования свойств почв на пирогенном участке торфяного месторождения Таган, чтобы привлечь внимание к затронутой проблеме и оценить последствия необратимых деградационных изменений. Целью наших исследований было изучение морфологических и химических свойств торфяных эутрофных пирогенных почв болота Таган подтайги юго-востока Западной Сибири (юг Томской области). Методики исследования В качестве объекта исследования выбрано торфяное месторождение Таган, находящееся в 11 км от города Томска. На данном месторождении с 1961 г. проводятся научные исследования сотрудниками Томского государственного педагогического университета. В 2007 г. сотрудниками лаборатории «Агроэкология» при Томском государственном педагогическом университете на месторождении Таган заложен исследовательский стационар [4]. Торфяное месторождение Таган располагается в древней ложбине стока Обь-Томского междуречья, выходящей на вторую надпойменную террасу р. Томи. Общая площадь месторождения 4 670 га со средней глубиной 3,4 м [4, 5]. Минеральное дно торфяного месторождения неровное, с отдельными западинами и возвышенностями, общий уклон повторяет уклон местности. Фундамент здесь залегает на глубинах около 500 м и представлен сильно метаморфизи-рованными породами докембрия и палеозоя [6]. Более поздние отложения юрского и мелового периода представлены песчано-глинистыми породами и комковатыми глинами преимущественно континентального генезиса. Аллювиальные отложения перекрываются современными озерными, озерно-болотными образованиями. Озерно-болотные образования представлены легкими и тяжелыми пылеватыми суглинками, нередко с примесью торфа, включением ракушек, тяжелыми супесями, органоминеральными отложениями. Они развиты под торфяной залежью на небольших по площади разряженных участках в виде слоев мощностью от 0,5 до 3,1 м. Растительность болота Таган в настоящее время находится в эвтрофной фазе развития и представлена древесно-осоковым, осоковым, осоково-сфагновым и травяно-кустарничковыми фитоценозами. Часть болота осушена и выработана. Длительность осушения составляет 40 лет, расстояние между каналами 80 м. Первоначальный профиль торфяной залежи достигал 9,3 м, остаточный 1-1,4 м [5-7]. Исследования проводились на пирогенном участке выработанной части, на северо-востоке месторождения Таган. Этот участок был сработан до мощности торфяной залежи 0,3-0,5 м и претерпел пирогенное воздействие около 5 лет назад. На данном участке авторами работы были выбраны участки с разными растительными сообществами и заложены три разреза пирогенно измененных торфяных почв, отличающихся мощностью. Для каждого почвенного разреза было сделано морфологическое описание (рис. 1, табл. 1). Почвы всех трех разрезов охарактеризованы как болотные торфяные низинные пирогенно измененные почвы. азрез № 1 Разрез № 2 Разрез № Рис. 1. Болотные торфяные низинные пирогенно измененные почвы болота Таган (фото А.О. Лайком) 3 Разрез № 1. Рельеф: грядово-мочажинный болотный комплекс, гряды хорошо выражены. Микрорельеф выражен ясно, представлен кочками и западинами. Древесный ярус представлен сильно угнетенной березой (Betula pubescens Ehrh.), елью (Picea obovata Ledeb.), тополем (Populus nigra L.). Кустарничково-травяной ярус представлен багульником (Ledum palustre L.), крапивой (Urtica dioica L.), осокой (Carex L.), подмаренником (Galium sp.). Разрез № 2. Рельеф слабоволнистый, микрорельеф представлен кочками. В древесном ярусе встречается сильно угнетенная береза (Betula pubescens Ehrh.), тополь (Populus nigra L.). Кустарничково-травяной ярус представлен багульником (Ledum palustre L.), крапивой (Urtica dioica L.). Разрез № 3. Рельеф слабоволнистый, микрорельеф выражен ясно, представлен небольшими кочками и западинами. Древесный ярус, представлен сильно угнетенной березой (Betula pubescens Ehrh.), елью (Picea obovata Ledeb.). Подлесок - кустарниками малины (Rubus idaeus L.); травяной ярус - крапивой (Urtica dioica L.), осокой (Carex L.). В морфологических описаниях объектов исследования наблюдаются разные мощности пирогенного и торфяного слоя, что определяется рельефом поверхности участка. В каждом разрезе были отобраны образцы торфяных почв в соответствии с ГОСТ 5396-77 в пятикратной повторности и определены следующие показатели: зольность по ГОСТ 11306-83, обменная кислотность потенциометрическим методом по ГОСТ 11623-89 на иономере «И-500» (Россия). Подвижные формы фосфора, калия, аммонийного азота извлекали из почвы 0,2 молярным раствором соляной кислоты при соотношении почвы к раствору 1:50. В соляно-кислой вытяжке колориметрическим методом на спектрофотометре «Helios Gamma» (США) определяли: соединения фосфора в виде синего фосфорно-молибденового комплекса, железо с сульфосалициловой кислотой, аммонийный азот с реактивом Несслера. Калий определяли методом пламенной фотометрии в соответствии с ГОСТ 27894.6.88 на пламенно-фотометрическом анализаторе жидкости «ПАЖ-2» (Украина). Нитратный азот определяли в водной вытяжке (соотношение 1:50) с помощью фенолдисульфокислоты. Статистическая обработка данных выполнялась с помощью программы Microsoft Office Excel с доверительным интервалом 0,95. В табл. 1 и 2 приведены средние арифметические значения показателей с двусторонним доверительным интервалом для пяти по-вторностей. Результаты исследования и обсуждение Почвы исследуемых нами объектов отнесены к пирогенно измененным торфяным почвам [2, 8], в профиле которых пожарами уничтожены только поверхностные горизонты. Такие почвы сохраняют свое плодородие в послепирогенный период и могут быть использованы в земледелии после выполнения простых агрономических или агромелиоративных мероприятий [2, 9]. Наибольшему пирогенному воздействию подверглись верхние горизонты торфяных почв. И, как правило, основные изменения в структуре и свойствах отмечаются именно в этих горизонтах [10]. Анализ полученных результатов показал, что зольность по профилю торфяных пирогенных почв, вследствие пожаров, имела повышенные значения в поверхностных горизонтах (табл. 2). К середине профиля данный показатель постепенно снижался, достигая исходных (генетических) значений малозольных эвтрофных торфяных почв болота Таган [5]. Ниже по профилю отмечалось увеличение зольности, связанное с приближением к подстилающим породам (табл. 2). Другой важный химический показатель почв -кислотность (рН) - также изменился. Значение рН торфяных почв болота Таган [4, 5, 11] варьировало в пределах 5,41-6,52 ед. рН. Кислотность же пирогенно измененных почв в верхних горизонтах разрезов 1-3 имела слабощелочную реакцию среды (7,297,93 ед. рН). Это обусловлено повышенной концентрацией в золе верхнего горизонта пирогенных торфяных почв углекислых солей щелочно-земельных металлов. Далее, вниз по профилю, слабощелочная реакция среды сменялась слабокислой (табл. 2). В процессе сгорания торфяных залежей произошли существенные изменения и в содержании питательных элементов в профиле почв. Наибольшее содержание нитратного и аммонийного азота в исследуемых почвах отмечалось также в верхних горизонтах пирогенно измененных почв (табл. 2). Такое распределение соединений азота вызвано снижением уровня болотных вод на исследуемых участках в результате пирогенного воздействия. На фоне уменьшения влажности произошла механическая усадка торфа, повысилась температура залежи, увеличилась аэрирован-ность профиля, восстановительные условия сменились на окислительные [2, 11, 12]. Понижение уровня болотных вод стимулировало биологическую активность торфяной почвы, вследствие чего усилились процессы аммонификации и нитрификации в торфяной залежи, которые привели к увеличению содержания аммонийного и нитратного азота, что и отмечается во всех трех разрезах. Т а б л и ц а 1 Морфологическое описание болотных торфяных низинных пирогенно измененных почв болота Таган Горизонт Мощность, см Описание горизонта Разрез № 1 А0 0-1 Слаборазложившаяся хвоя, ветки березы и ели, присутствуют мелкие корни травяной растительности Pir 1-6 Ржаво-охристый, переход резкий, граница неровная, волнистая. Горизонт отличается особой липкостью Cn 6-7 Черного цвета, уплотнен, сухой (спрессованные угли) ТЕ 7-36 Торф бурого цвета, однородный, уплотнен, присутствуют корни травяной и древесной растительности G 36-53+ Легкий суглинок, с признаками оглеения. Присутствуют ржавые пятна окиси железа. Уплотнен, влажноват Разрез № 2 А0 0-0,5 Слаборазложившиеся листья березы, присутствуют хвоя, листья крапивы, мелкие корни травяной растительности Pir 0,5-1 Темно-бурый с ржавым оттенком, присутствуют темные пятна золы, пластичная, переплетена мелкими корнями травяной растительности. Переход резкий по окраске. Граница волнистая Cn 1-3 Черно-бурый, рыхлый, густо переплетен корнями травяной растительности. Переход неясный по окраске. Граница волнистая ТЕ1 3-20 Светло-бурый, присутствуют корни травяной растительности, уплотнена, влажновата, переход неясный по окраске ТЕ2 20-63 Бурый, однородный, среднеразложившийся, частично присутствуют корни травяной растительности, уплотнена, переход по окраске неясный ТЕ3 63-99 Темно-бурый, однородный, разложившийся, влажная, уплотнена, переход резкий по окраске и плотности G 99-113+ Легкий суглинок, сырой, плотный, серовато-сизый с ржавыми пятнами окиси железа Разрез № 3 А0 0-1 Слаборазложившаяся травяная растительность, присутствуют ветки березы, неразложившиеся стебли и листья Pir 1-7 Ярко-кирпичный с желтыми пятнами, вязкий, присутствуют корни травяной растительности. Переход резкий по окраске Cn 7-8 Темно-бурый с черными пятнами, плотный, обуглившийся, присутствуют корни травяной растительности. Переход резкий по окраске ТЕ1 8-23 Бурый, среднеразложившийся, присутствуют корни древесной и травяной растительности ТЕ2 23-35 Бурый, но светлее предыдущего, среднеразложившийся, уплотнен, присутствует минеральная часть. Переход неясный по окраске и плотности ТЕ3 35-44 Темно-серый, неоднородный с вкраплениями минеральной части, влажный, рыхлый. Переход неясный по окраске G 44-50+ Легкий суглинок, серовато-сизоватый. Присутствуют ржавые потеки окиси железа, сырой, уплотнен Примечание. Pir - горизонт углей и золы; ТЕ - торфяной эутрофный горизонт; TEi - торфяной неразложенный горизонт; ТЕ2 - торфяной среднеразложенный горизонт; ТЕ3 - торфяной разложенный горизонт; Cn - обуглившийся горизонт; Gr - глеевый горизонт. Известно, что торфяные почвы бедны фосфором [5]. Проведенные ранее исследования на болоте Таган показали, что содержание подвижных соединений фосфора варьирует от 12,42 до 1380,94 мг/100 г сухой почвы [Там же]. Согласно литературным данным, в торфяных почвах, в отличие от минеральных почв, содержание фосфора может колебаться в широких пределах (от 0,08-0,15% в верховых до 0,6% в низинных торфах в расчете на абсолютно сухой торф). Это является характерной особенностью распределения фосфора в торфах [13]. Максимальное содержание фосфора в большинстве торфяных залежей приурочено к самому верхнему, наиболее аэрируемому слою. Это свидетельствует о ярко выраженной его биологической аккумуляции [Там же]. Увеличение концентрации фосфора на глубинах в средней части профиля месторождения Таган связано с особенностями процесса накопления фосфора на данном торфяном месторождении. Максимум содержания Р2О5 в разрезе № 2 приурочен к нижней части профиля почвы, характеризующейся повышенной зольностью и накоплением железа на границе с минеральной породой (табл. 2). Высокие значения содержания оксидов железа в верхних слоях почв обусловлены концентрированием его в результате пожара. При пирогенном воздействии на торфяную почву органическая составляющая улетучивается, а минеральная, нелетучая, часть остается. В результате образуется зола торфяной почвы с концентратом микро- и макроэлементов (Fe, Al, Ni и др.). Высокое содержание фосфора одновременно с высоким содержанием железа в торфяной залежи разрезов № 1 и 2 объясняется вивианитовым характером пород. Разрез № 3 отличается резким падением содержания фосфора и железа вследствие присутствия в торфяном слое минеральных включений, которые отмечаются в профиле с глубины 0,23 м. Т а б л и ц а 2 Характеристика болотных торфяных низинных пирогенно измененных почв болота Таган Глубина, см А, % рН N-NH4 | N-NO3 | Р2О5 | К2О | Fe2O3 мг/100 г сухой почвы Разрез № 1 0-1 77,25 7,93 69,89 ± 2,71 8,74 ± 0,17 688,59 ± 8,93 41,11 ± 0,26 221,10 ± 8,93 1-6 83,35 7,55 142,53 ± 5,81 6,67 ± 0,03 779,33 ± 6,94 35,89 ± 0,05 292,12 ± 4,52 6-7 17,42 6,27 128,53 ± 4,52 1,63 ± 0,13 343,12 ± 5,74 11,16 ± 0,02 96,18 ± 2,19 7-36 8,47 6,14 59,75 ± 1,75 0,81 ± 0,06 162,83 ± 3,11 4,88 ± 0,03 200,04 ± 3,22 36-53 11,91 6,28 47,71 ± 2,11 1,25 ± 0,07 159,03 ± 0,97 9,01 ± 0,04 48,52 ± 1,46 Разрез № 2 0-0,5 57,17 7,29 48,51 ± 1,39 7,01 ± 0,19 522,41 ± 5,04 9,54 ± 0,16 141,08 ± 8,93 0,5-1 62,88 7,34 51,15 ± 2,44 6,52 ± 0,07 179,77 ± 1,24 12,02 ± 0,07 200,02 ± 1,94 1-3 13,86 7,78 66,25 ± 1,43 6,06 ± 0,03 99,13 ± 2,44 46,39 ± 0,07 145,08 ± 8,74 3-20 9,19 6,03 68,05 ± 2,03 3,36 ± 0,13 115,63 ± 2,71 28,15 ± 0,08 220,17 ± 1,11 20-63 7,68 5,79 88,08 ± 3,07 1,31 ± 0,27 76,42 ± 3,53 3,58 ± 0,05 112,23 ± 0,97 63-99 7,25 5,91 48,68 ± 1,33 4,35 ± 0,24 132,59 ± 4,35 3,41 ± 0,03 72,24 ± 1,44 99-113 9,42 6,52 69,01 ± 2,38 2,16 ± 0,03 80,88 ± 2,39 2,28 ± 0,14 43,51 ± 1,19 Разрез № 3 0-1 71,01 7,92 - | - - | - - 1-7 81,16 7,55 159,96 ± 11,34 2,54 ± 0,14 4,17 ± 0,44 24,38 ± 0,03 62,53 ± 1,24 7-8 16,41 6,04 111,27 ± 5,96 2,02 ± 0,17 4,36 ± 0,86 3,95 ± 0,17 12,75 ± 0,44 8-23 11,12 6,04 34,53 ± 3,63 0,59 ± 0,07 4,32 ± 0,88 - 76,09 ± 1,71 23-35 50,71 6,19 72,52 ± 2,51 2,08 ± 0,03 4,22 ± 0,18 2,10 ± 0,07 116,07 ± 3,53 35-44 92,23 6,21 42,91 ± 2,17 0,45 ± 0,13 5,05 ± 0,11 3,15 ± 0,06 35,14 ± 1,35 Примечание. А - зольность, «-» - образец не анализировался. Содержание подвижного калия в исследуемых почвах низкое (табл. 2). Так как калий отличается высокой подвижностью, то его соли, не усвоенные растениями, вымываются грунтовыми водами. Поэтому накопление калия нестабильно [13]. Содержание калия в исследуемых почвах изменялось от 1,16 до 46,39 мг/100 г сухой почвы. Наибольшее содержание калия отмечается в верхних слоях разрезов. Это обусловлено концентрированием солей щелочноземельных металлов в золе верхнего горизонта пирогенных торфяных почв. Заключение Исследуемые торфяные почвы относятся к пиро-генно измененным почвам, в профиле которых пожарами уничтожены только поверхностные горизонты и сохранен органогенный слой. Под слоем золы находится углистая, уплотненная масса не полностью сгоревшего торфа. Далее залегает органогенный горизонт и наблюдается резкий переход к минеральной части. Пирогенные горизонты претерпели изменения не только в морфологическом строении, но изменились и химические свойства. Самые значительные изменения произошли в верхних слоях почв. На всех трех объектах увеличились кислотность, зольность, содержание подвижных элементов питания - Р2О5, К2О, N-NO3, N-NH4. Увеличение содержания элементов питания служит доводом в пользу сельскохозяйственного использования почв болота Таган. Но так как болото располагается на водоразделе и является регулятором водного режима и источником водного питания фауны, оно должно быть внесено в охраняемый фонд [14]. Кроме того, на территории болота Таган, расположенного в пригородной зоне Томска, произрастает сосновый лес. Для улучшения экологической обстановки близлежащей территории данное болото целесообразнее внести в охраняемый фонд, предварительно проведя рекультивацию пироген-ных торфяных почв под лесопосадки.

Скачать электронную версию публикации