CC BY
91
Е.Н. Смоленцева
ОСОБЕННОСТИ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ КОРЕННЫХ ПОРОД В СЕВЕРО-ЗАПАДНЫХ ПРЕДГОРЬЯХ АЛТАЯ
Работа выполнена при финансовой поддержке интеграционного проекта СО РАН № 56.
Рассматриваются состав и свойства почв, формирующихся на элюво-делювии различных коренных пород Предалтайской равнины в условиях естественных экосистем. На базе современных представлений определена классификационная принадлежность этих почв. Установлено, что состав коренных пород в значительной степени определяет состав и свойства минеральной части почв, в меньшей степени - состав органической субстанции.
В степных северо-западных предгорьях Алтая на элю-во-делювии метаморфических и магматических пород палеозойского возраста формируются специфические почвы. Под различными названиями эти почвенные образования упоминаются некоторыми авторами уже в начале прошлого века [1]. Позднее Б.Ф. Петров [2], кратко характеризуя эти объекты, относил их к горно-степным почвам. Более подробно эти почвы были описаны И.И. Кармановым [1] как горные чернозёмы. В отличие от Б.Ф. Петрова, он рассматривает их не только как географическую группу, свойственную горным территориям, но и вкладывает в понятие «горные чернозёмы» генетическое содержание. По мнению И.И. Карманова, в предгорьях Алтая на одной и той же территории развиваются как «горные», так и «негорные» чернозёмы [1], свойства которых значительно отличаются. Согласно представлениям конца прошлого века почвообразование на коренных породах в пределах горных территорий считалось специфическим, а почвы, формирующиеся там, выделялись в особые типы горных почв. На предгорных равнинах это почвообразование рассматривалось как аналог равнинного, чаще всего в рамках зональных типов и подтипов почв, но на правах рода [3]. В частности, на Предалтайской равнине почвы на коренных породах относили к неполноразвитым родам чернозёмов или к дерново-карбонатным почвам [4]. В настоящее время состояние изученности этих почв неудовлетворительное. С одной стороны, их неблагоприятные свойства и неудобные для пахотной обработки местоположения ограничили производственную значимость этих почв, в связи с чем в научном плане им уделялось мало внимания. С другой стороны, существенно изменились представления о генетической сущности почвообразования на коренных породах, что было отражено во втором издании «Классификации и диагностики почв России» [5]. Таким образом, целью представленной работы было определить классификационную принадлежность, изучить свойства и особенности вещественного состава почв, развитых на различных коренных породах в северозападных предгорьях Алтая.
Объекты и методы исследования
Работы проводились на территории Предалтайской равнины в границах Змеиногорского, Локтевского и Курьинского районов Алтайского края. С геоморфологической точки зрения, это волнистая широкоувалистая предгорная равнина, на которой встречаются отдельные сопки или их группы. Распространение этих сопок связано, как правило, с выходом на поверхность коренных пород. Абсолютные отметки высот колеблются от
250 м на северо-западе до 400 м на юге, достигая 500 м по вершинам некоторых сопок. Климат этой территории, как и в целом Алтайского края, континентальный. Среднегодовая температура воздуха составляет здесь + 1...+ 2°С, среднегодовое количество осадков - 400450 мм [6]. Согласно геологической карте [7], территория сложена морскими карбонатно-терригенными породами (известняками, глинисто-известковыми сланцами, алевролитами) нижнего силура. Присутствуют также магматические породы от кислых эффузивов до гранитов и гранодиоритов, включая контактово-метасома-тические роговики и сланцы. Однако площадь, занятая выходами коренных пород, невелика. Значительная часть местности закрыта с поверхности чехлом рыхлых четвертичных отложений преимущественно субаэраль-ного генезиса (лёссы и делювий). Почвенный покров территории довольно однороден. Преобладающим авто-морфным типом почв являются чернозёмы (обыкновенные и выщелоченные). Лишь в местах близкого залегания к поверхности коренных пород почвенный покров усложняется за счёт почв, развитых на продуктах выветривания этих пород. Для проведения исследований были выбраны почвы, формирующиеся на элюво-делювии наиболее распространённых коренных пород: лимони-тизированных известняков (разрез 1-12), гранитов (разрез 3-12) и вулканических туфов (разрез 4-12). Эти почвы формируются под естественной растительностью, сохранившейся и в настоящее время, которая представлена разнотравно'-ковыльными степями.
Определение свойств почв проводилось по общепринятым в почвоведении методам [8]. Так как часть почвенных образцов содержала карбонаты, для определения состава поглощённых катионов во всех образцах был использован метод Пфеффера в модификации Молодцова и Игнатовой [9], что позволило получить сопоставимые между собой результаты. Для характеристики гумусного состояния почв была применена система показателей, предложенная Л.А. Гришиной [10]. Диагностика почв проводилась с использованием «Классификации и диагностики почв России» [5]. Для описания профиля применялась новая номенклатура горизонтов. Основными диагностическими горизонтами были тёмно-гумусовый (Аи) и плотная почвообразующая порода, на продуктах выветривания которой формируется почвенный профиль (М).
Результаты и их обсуждение
В соответствии с «Классификацией и диагностикой почв России» [5] исследуемые объекты, за исключени-
ем чернозёма, относятся к отделу органо-акку-мулятивных почв. Профиль почв органо-акку-мулятивного отдела характеризуется одним ясно выраженным органогенным или гумусовым горизонтом, который постепенно сменяется малоизменённой почвообразующей породой. Строение профиля описывается формулой А—С. Срединный горизонт В как самостоятельное генетическое образование не выражен. Общая мощность рыхлой толщи превышает 30 см. Все изученные органо-аккумулятивные почвы относятся к типу тёмно-гумусовых. Общим признаком в строении профиля почв этого типа является наличие тёмногумусового горизонта Аи, определяющего облик всего профиля. Для горизонта характерен тёмно-серый с коричневатым оттенком цвет (индекс цвета сухого образца по шкале Манселла 10 УЯ 3/1 и 10 УЯ 3/2), пороши-сто-зернистая копрогенная структура. Мощность этого горизонта в ненарушенных почвах под естественной растительностью варьирует от 45 до 75 см. Средняя часть профиля представляет собой элюво-делювий залегающих ниже плотных пород, в котором могут присутствовать педогенные признаки. В частности, в тёмно-гумусовых почвах, развитых на продуктах выветривания гранитов, мелкозём в подгумусовой толще, в переходной зоне к гранитным породам, имеет признаки оглинивания и педогенной структурной организации в виде уплотнения и образования непрочных комковатых агрегатов, что позволило выделить метаморфизован-ный подтип и обозначить этот горизонт как Ст.
Диагностически значимой морфологической особенностью, зависящей как от состава и свойств исходной породы, так и от специфики педогенеза, является распределение карбонатов по профилю и форма их выделения. Были обнаружены три основные формы аккумуляции карбонатов (в скобках даны обозначения для каждой из этих форм): в виде псеводмицелия (тс), натёчных образований на нижних поверхностях обломков плотных пород (ю) и диффузно-рассеянные в мелоко-зёме (Ьс) [5]. В результате проведённых исследований было установлено, что в почвах, развитых на продуктах выветривания гранитов (разрез 3-12), происходит педогенная аккумуляция карбонатов, которые залегают на глубине 50 см. В мелкозёме карбонаты аккумулируются в диффузно-рассеянной форме (пропитка), иногда в виде псевдомицелия. На нижних поверхностях крупных слабо выветрелых обломков гранита они образуют натёчные корочки. В почвах, развитых на продуктах выветривания известняков (разрез 1-12), карбонаты равномерно рассеяны по всему профилю, морфологически не выражены и определяются по вскипанию от соляной кислоты. Без сомнения, они унаследованы почвой от материнской породы, что служит основанием для выделения остаточно-карбонатного подтипа тёмно-гумусовых почв. В почвах, развитых на продуктах выветривания вулканических туфов, не содержащих карбонаты (разрез 4-12), также происходит педо-генная аккумуляция последних. Диффузно-рассеянные в минеральной массе карбонаты локализуются в нижней части гумусового горизонта на глубине 20 см. Они характерны для типичных подтипов тёмно-гумусовых почв. В соответствии с приведённой выше характеристикой изученные почвы имеют следующее строение
профиля и классификационную принадлежность: разрез 1-12, тёмно-гумусовая остаточно-карбонатная: АИса - Сса - Мса; разрез 3-12, тёмно-гумусовая мета-морфизованная: АИ - Стк - Сю - М; разрез 4-12, тёмно-гумусовая типичная: АИ - АИЬс - СЬс - М.
Изучение состава и свойств тёмно-гумусовых почв показало различное влияние на них почвообразующей породы (ПП). Так, анализ гранулометрического состава показал, что во всех тёмно-гумусовых почвах присутствует скелетный материал - частицы крупнее 1 мм. В тёмно-гумусовой остаточно-карбонатной почве его содержание в гумусовом горизонте составляет на различных глубинах 5,3-8,8%, в горизонте Сса - 10,2%. Гранулометрический состав почвы тяжелосуглинистый во всём профиле и среднесуглинистый - в горизонте Сса. В тёмно-гумусовой метаморфизованной почве содержание скелета выше: 14,5-21,0% - в почвенной толще и 25,3% - в ПП. Почвенный профиль имеет среднесуглинистый состав, 1111 - легкосуглинистый. Содержание скелетного материала в тёмно-гумусовой типичной почве составляет 13,5-18,5% и 19,0% - в ПП. В первом случае меньшее содержание скелета и более тяжёлый гранулометрический состав связаны с тем, что при выветривании известняков скелет и грубые фракции мелкозёма (песчаные и крупно-алевритовые) в них менее устойчивы, чем в гранитах и туфах, и быстро разлагаются на более мелкие частицы. В гранитах и туфах присутствуют высокоустойчивые к выветриванию частицы кварца, которые и входят в состав скелета, фракций песка и крупной пыли, увеличивая их содержание.
Влияние ПП сказывается и в различиях реакции среды почв, о которой можно судить по величине рН. Так, слабощелочная реакция (рН равен 7,3-7,6) во всём профиле характерна для почвы, развитой на продуктах выветривания известняков (см. табл. 1, разрез 1-12). Это обусловлено присутствием в минеральном субстрате литогенного карбоната кальция, содержание которого увеличивается вниз по профилю от 14-15% в верхних горизонтах до 27,7% в материнской породе. Почвы, формирующиеся на элюво-делювии гранитов и вулканических туфов, имеют слабокислую реакцию (рН 5,7-6,4) в верхней части профиля. С глубиной реакция среды в них подщелачивается и становится слабощелочной (рН 7,5) в горизонте Ос тёмно-гумусовой метаморфической почвы и щелочной (рН 8,3) в горизонте СЬс тёмно-гумусовой типичной. По распределению карбоната кальция профиль последних двух почв делится на две зоны: верхнюю бескарбонатную и нижнюю карбонатную. Концентрация СаСО3 в карбонатной зоне достигает 10,7-17,07% (см. табл. 1).
Все тёмно-гумусовые почвы характеризуются высоким значением суммы обменных катионов, которая в гумусовом горизонте (АИ) варьирует от 21,3 до 36,8 мг-экв на 100 г почвы. По составу обменных катионов почвы обладают несомненным сходством. Прежде всего, среди катионов резко преобладает кальций. Доля его варьирует от 84 до 97% от их суммы. При этом максимальные значения (26,0-35,5 мг-экв на 100 г почвы) обнаружены в остаточно-карбонатных тёмно-гумусовых почвах, минимальные (18,7-22,7 мг-экв на 100 г почвы) - в типичных (см. табл. 1). Распределение обменного кальция по профилю почв свиде-
тельствует о его биогенном закреплении в гумусовом горизонте в процессе педогенеза. Содержание обменного магния (М£2+) в изученных почвах и особенности распределения его по профилю в большей степени, чем кальция, зависят от почвообразующей породы. В почве, сформированной на продуктах выветривания известняков (разрез 1-12), содержание М^+ минимально (0,8-1,1 мг-экв на 100 г почвы), а доля его в составе обменных катионов одинакова как в гумусовом горизонте, так и в ПП - 3%. Продукты выветривания гранитов и вулканических туфов - горизонт С - содержат М^+ несколько больше (табл. 1, разрез 3-12, 4-12): 1,2-2,2 мг-экв на 100 г почвы и доля его значительно выше 9-16%. Максимальна доля этого катиона в профиле тёмно-гумусовой почвы, сформировавшейся на продуктах выветривания гранитов (11-
15%). Обнаружено также присутствие обменных натрия и калия, доля которых едва достигает одного процента от суммы поглощённых катионов.
Тёмно-гумусовый горизонт всех изученных почв характеризуется высоким содержанием органического углерода (Сорг) в приповерхностном слое. Здесь оно составляет 3,42-5,02%, или, в пересчёте на гумус, 6,09-8,65% (табл. 1). Распределение гумуса по профилю постепенно убывающее, характерна средняя обогащённость гумуса азотом, а отношение углерода к азоту (С/М) значительно варьирует по профилю от 7 до 19. Тип гумуса в пределах гумусовой толщи преимущественно гуматно-фульватный (Сгк/Сфк 0,5-09), однако в приповерхностном слое он может быть гуматным (разрез 1-12) или фульватно-гуматным (табл. 2, разрез 4-12).
Т а б л и ц а 1
Химические и физико-химические свойства тёмно-гумусовых почв Предалтайской равнины
Гори- зонт Глубина образца, см рн водной суспен- зии С '-^орг? % N валовой, % С/М Обменные катионы СаСО3, %
Са2+ М 2 + Ш+ к+ Сумма
мг-экв на 100 г почвы
Разрез 1 -12. Тёмно-гумусовая остаточно-карбонатная
Аиса 0-10 7,3 3,53 0,32 11 32,3 1,1 0,1 0,2 33,7 14,3
Аиса 12-22 7,3 3,89 0,26 15 35,5 1,0 0,1 0,2 36,8 15,1
АИса 28-38 7,4 2,29 0,15 15 33,4 0,9 0,1 0,1 34,5 18,9
АИса 40-50 7,5 1,57 0,23 7 26,0 0,8 0,1 0,1 27,0 23,3
Сса 60-70 7,6 0,35 Не опр. - 19,3 0,6 0,1 0,1 20,1 27,7
Разрез 3-12. Тёмно-гумусовая метаморфизованная
АИ 0-8 5,7 3,50 0,27 13 23,4 4,1 0,1 0,3 27,9 -
АИ 10-20 5,9 3,18 0,27 12 25,3 3,6 0,1 0,2 29,2 -
АИ 30-40 6,2 2,71 0,14 20 23,4 3,0 0,1 0,2 26,7 -
АИ 40-50 7,1 1,59 0,15 11 24,0 2,5 0,1 0,2 26,8 -
Стіс 60-70 7,5 0,85 0,09 14 21,4 1,2 0,1 0,1 22,8 12,3
Сіс 90-100 7,5 0,20 Не опр. - 20,7 1,5 0,1 0,1 22,4 10,7
Разрез 4-12. Тёмно-гумусовая типичная
АИ 0-5 6,4 5,02 0,33 15 22,7 3,3 0,1 0,6 26,7 -
АИ 7-17 7,0 3,15 0,25 13 25,8 2,1 0,1 0,2 28,2 -
АИЬс 20-30 7,4 2,48 0,20 12 24,8 1,6 0,1 0,2 26,7 3,2
АИЬс 34-44 7,7 1,68 0,14 12 18,7 2,2 0,2 0,2 21,3 7,4
АИСЬс 55-65 8,1 0,88 0,09 10 12,3 3,5 0,2 0,1 16,1 15,2
СЬс 72-82 8,3 0,30 Не опр. - 11,2 2,2 0,2 0,1 13,7 17,7
Т а б л и ц а 2
Характеристика органического вещества тёмно-гумусовых почв Предалтайской равнины
Почва Тип гумуса (Сгк/Сфк) Обога- щённость азотом Степень гумификации (% ГК от Со6щ) Содержание отдельных фракций ГК, % к сумме ГК Содер- жание НО, (% от Собш)
свободных связанных с Са прочно связанных
Разрез 1-12. Тёмно-гумусовая остаточнокарбонатная Гуматный (1,6), гуматно-фульватный (0,6-0,8) Высокая, средняя Средняя (20-30) Очень низкое (5-8) Высокое (69-74) Среднее и высокое (18-36) Среднее (45-56)
Разрез 3-12. Тёмно-гумусовая метаморфизованная Гуматно- фульватный (0,7-0,9) Средняя Средняя (21-30) Очень низкое (5-16) Высокое (61-81) Среднее и высокое (19-25) Среднее (42-60)
Разрез 4-12. Тёмно-гумусовая типичная Фульватно-гуматный (1,1), гуматно-фульват-ный (0,5-0,9) Средняя Средняя (20-28) Низкое (27-31) Среднее (40-60) Высокое (25-30) Среднее (42-57)
Степень гумификации, определяемая как доля углерода гуминовых кислот (ГК) от общего содержания органического углерода (Собщ), и содержание негидролизуемого остатка (НО) средние. По составу гуминовых кислот тёмно-гумусовые почвы обладают значительным сходством. В группе ГК преобладают кислоты, связанные с кальцием.
Содержание их варьирует от среднего до высокого (табл. 2). Доля прочно связанных ГК относительно высока (18-36% от суммы). Содержание свободных ГК низкое в почве, развитой на элюво-делювии вулканических туфов и очень низкое - в почвах, развитых на элюво-делювии гранитов и известняков (см. табл. 2). В составе группы ФК
также преобладают кислоты, связанные с кальцием, их доля варьирует от 40 до 70% от суммы ФК. Содержание двух других фракций заметно отличается в различных подтипах тёмно-гумусовых почв и зависит от состава почвообразующей породы. Доля свободных ФК наибольшая в тёмно-гумусовой метаморфизованной (37-51% от суммы ФК), наименьшая (13-28%) - в тёмно-гумусовой остаточнокарбонатной.
Особенности валового химического состава обусловлены вещественным составом почвообразующей породы и слабо трансформированы в процессе педогенеза. В тёмногумусовых почвах от состава почвообразующих пород зависит содержание окислов кремния, алюминия и железа. Формирующаяся на карбонатных породах тёмно-гумусовая остаточно-карбонатная почва содержит меньше
Валовой химический состав тёмно-гу
кремния (48-54%) и алюминия (15-16%), чем метаморфи-зованная и типичная (табл. 3). Эти различия в содержании основных окислов хорошо подтверждают и молекулярные отношениями между ними. Наибольшие значения по содержанию Ре203 (6,99-7,99%) обнаружены в тёмно-гумусовой метаморфизованной, развитой на продуктах выветривания гранитов. Горизонт Стіс содержит больше всего валового железа, в этом же горизонте величина молекулярного отношения 8і02/Ре203 наименьшая, что подтверждает процесс метаморфизации, диагностируемый морфологически. Также зависит от породы и содержание окислов кальция и магния, максимальные количества которых (6,30 и 4,76% соответственно) приурочены к почве, развитой на элюво-делювии известняков (табл. 3, разрез 1-12), для которых характерно повышенное содержание этих соединений.
Т а б л и ц а 3
совых почв Предалтайской равнины
Гори- зонт Глубина образца, см П.п.п., % ЄЮ2 АІ2°3 РЄ203 Ті02 Са0* Mg0 Мп0 К20 Ма20 $]С2 АІ20_3 ею, РЄ203
% на прокалённую бескарбонатную почву
Раз рез 1-12. Тёмно-гумусовая остаточно-карбонатная
Аиса 0-10 19,57 54,97 16,95 6,22 0,70 4,29 3,61 0,27 2,57 1,39 5,5 23,6
Аиса 12-22 18,59 54,54 16,77 6,14 0,66 4,63 4,15 0,28 2,47 1,41 5,5 23,7
АИса 27-40 18,73 51,91 16,00 6,15 0,64 6,00 4,37 0,31 2,41 1,33 5,5 22,5
АИса 40-50 18,72 48,89 15,91 6,15 0,64 6,30 4,76 0,25 2,49 1,38 5,2 21,2
Сса 60-70 18,05 45,53 15,38 6,10 0,60 7,10 5,42 0,22 2,59 1,22 5,0 19,9
Разрез 3-12 . Темно-гумусовая метаморф изованная
АИ 0-8 11,46 64,11 16,94 6,99 0,70 3,15 2,28 0,23 2,01 2,07 6,4 24,5
АИ 10-20 9,65 63,76 17,50 6,85 0,72 3,10 2,24 0,23 2,00 2,14 6,2 24,8
АИ 30-40 7,33 63,43 17,06 7,76 0,70 3,15 2,35 0,24 1,97 1,90 6,3 21,8
АИ 40-50 6,84 63,27 16,88 7,94 0,76 3,01 2,94 0,25 1,89 1,60 6,4 21,3
Стіс 60-70 10,16 55,15 17,12 8,24 0,76 2,57 4,57 0,26 1,52 1,54 5,5 17,9
Сіс 90-100 9,62 54,65 17,94 7,73 0,83 3,94 4,46 0,33 0,84 1,59 5,2 18,9
Разрез 4-12. Тёмно-гумусовая типичная
АИ 0-5 18,17 64,24 17,55 6,59 0,71 2,19 2,66 0,24 2,84 1,16 6,2 26,0
АИ 7-17 12,04 63,62 19,22 6,58 0,68 2,04 3,02 0,23 2,56 1,21 5,6 25,8
АИЬс 20-33 11,32 61,31 18,09 6,75 0,68 2,59 3,18 0,20 2,51 2,05 5,8 24,2
АИЬс 34-44 11,45 59,64 17,78 6,76 0,68 2,96 3,55 0,20 2,47 1,76 5,7 23,5
АИСЬс 55-65 12,62 55,64 18,06 6,86 0,68 2,78 3,79 0,18 2,41 1,71 5,2 21,7
СЬс 72-82 13,54 52,78 18,52 6,93 0,68 2,31 5,41 0,15 2,52 1,49 4,8 20,3
На основании проведённых исследований установлено, что почвы, развитые на элюво-делювии коренных пород, не имеют срединного горизонта В, состоят только из гумусово-аккумулятивного горизонта и, согласно современным представлениям, не являются чернозёмами, а относятся к типу тёмно-гумусовых почв органо-аккумулятивного отдела. Влияние почвообразующих пород сказывается на различиях реакции среды почв разных подтипов, на содержа-
нии и распределении по профилю карбоната кальция, отчасти - на гранулометрическом составе. Особенности валового химического состава почв также зависят от вещественного состава исходного материала - элюво-делювия коренных пород - и слабо трансформированы в процессе педогенеза. На количественные параметры аккумуляции гумуса и на его свойства состав почвообразующих пород имеет слабовыраженное влияние.
ЛИТЕРАТУРА
1. Карманов И.И. Почвы чернозёмной зоны засушливой, умеренно-засушливой и луговой степи предгорных равнин, предгорий и низкогорий
Алтая // Почвы Алтайского края. М.: Изд-во АН СССР, 1959. С. 139-175.
2. Петров Б.Ф. Почвы Алтае-Саянской области. М.: Изд-во АН СССР, 1952. 247 с.
3. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 224 с.
4. Хмелёв В.А. Лёссовые чернозёмы Западной Сибири. Новосибирск: Наука, 1989. 202 с.
5. Классификация и диагностика почв России / Л.Л. Шишов, В.Д. Тонконогов, И.И. Лебедева, М.И. Герасимова. Смоленск: Ойкумена, 2004.
342 с.
6. Почвы Алтайского края. М.: Изд-во АН СССР, 1959. 382 с.
7. Горяинова О.П., Смеловская М.М., Стефанович Е.Н. Геологическая карта СССР масштаба 1:200 000, серия Алтайская, лист М-44-У. Объ-
яснительная записка. М.: Изд-во лит. по геологии и охране недр, 1959. 62 с.
8. АринушкинаЕ.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970. 487 с.
9. Воробьёва Л.А. Химический анализ почв. М.: Изд-во МГУ, 1998. 325 с.
10. Гришина Л.А. Гумусообразование и гумусное состояние почв. М.: Изд-во МГУ, 1986. 244 с.
Статья представлена научной редакцией «Биология» 11 сентября 2008 г.
