CC BY
101
СОСТАВ И свойства аллювиальных почв поймы
РЕКИ ТОБОЛ СЕВЕРНОГО ЗАУРАЛЬЯ
А. С. МОТОРИН,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор,
А. В. БУКИН,
заведующий лабораторией экотоксикологии,
Тюменская государственная сельскохозяйственная академия
625003, Тюмень, ул. Республики, д. 7; e-mail: [email protected]
Положительная рецензия представлена Л. Н. Скипиным, доктором сельскохозяйственных наук, профессором (Тюменский государственный архитектурно-строительный университет).
Ключевые слова: аллювиальные почвы, гранулометрический состав, пойма, химические свойства. Keywords: alluvial soil, granulometric composition, floodplain, chemical properties.
Несмотря на особую роль речных долин в истории земледелия, изучены они в агрономическом и особенно в генетическом отношениях значительно слабее, чем почвы водораздельных пространств [1, 2, 3]. Впервые четкое понятие о пойменных почвах в отличие от аллювиального наноса сформулировал Н. М. Сибирцев. Им же выделен в подклассе аллювиальных почв тип пойменных почв.
Формирование пойменных почв проходит под влиянием двух процессов: аллювиального и почвообразовательного. На существование этих процессов указано еще в работах Б. Б. Полынова, А. И. Лаврова. Оба процесса протекают одновременно, но на разных стадиях развития пойменных почв играют различную роль. Аллювиальный (геологический) процесс не зависит от почвообразовательного (биологического) и подчиняется геологической деятельности реки. Второй же процесс всецело зависит от первого, так как почвообразование протекает на продукте аллювиального наноса [4, 5].
В Тюменской области пойменные почвы занимают площадь более 1 млн га. Площадь сельскохозяйственных земель на пойменных почвах составляет 463 тыс. га, или 8,8 % от общей площади сельскохозяйственных угодий [6].
Цель исследований — изучение состава и свойств аллювиальных почв реки Тобол.
Результаты исследований.
Гранулометрический состав аллювиальных почв поймы р. Тобол. В пойме р. Тобол сформировались различные типы аллювиальных почв по строению профиля и характеру залегания.
Гранулометрический состав почв, распределение его фракций в отдельных горизонтах профиля, являются важнейшими показателями при решении вопросов генезиса почв и их физикохимических свойств. Гранулометрический состав почв имеет важное значение при определении гидротермического режима, аккумуляции питательных веществ и обработке почвы. Любая характеристика почвы обычно начинается с оценки ее гранулометрического состава. Последний обусловливается в основном характером аллювия [7].
Данным почвам присущ гранулометрический состав от супесчаного до тяжелосуглинистого типа, подстилающийся в материнской породе
довольно значительным количеством песка и крупной фракции пыли (рис. 1). Эти факторы обусловливают хорошую дренированость почв, что предотвращает застой воды весной на различных участках поймы.
Аллювиальная дерновая слоистая почва (разрез №2 1) до горизонта В1 имеет среднесуглинистый состав, ниже в горизонте В2 и С — супесчаный состав. В дерновой слоистой почве содержание физической глины уменьшается с глубиной. Так, в слое до 50 см ее содержится в среднем 44,5 %, а на глубине 118-180 см — 14,4 %. Из рис. 1 видно, что от 28 до 44,0 % в структуре почвы это мелкий песок, содержащийся по всей толще исследуемого профиля.
В зависимости от гранулометрического состава и подстилающих пород фильтрационные свойства почв прирусловой поймы различаются. Поэтому важно отметить, что в рассматриваемых почвах легкого гранулометрического состава встречаются глинистые и суглинистые слои мощностью 0,3-2,5 см. Такое сложение почвенного профиля несколько замедляет сброс избыточной влаги.
Аллювиальная лугово-болотная почва прирусловой поймы (разрез № 4) имеет тяжелосуглинистый гранулометрический состав, подстилающийся в горизонте (С) значительным количеством песка (рис. 1). Данная почва сформировалась в низинной части рельефа поймы, при длительных паводках долгое время оставалась затопленной. В составе фракций чуть ниже одной четвертой занимает мелкий песок (около 25 %) и 27 % составляет ил. Содержание остальных фракций гранулометрического состава имеет практически равное соотношение.
Аллювиальная луговая почва (разрез № 3) в пределах верхнего полуметра имеет тяжелый суглинок, подстилающийся в горизонте (В -С) супесью. Количество физической глины в слое 0-60 см составляет 38,8-49,3 %, из них илистой фракции 20,0 %. Преобладающей фракцией до глубины один метр является мелкий песок (30,4-66,0 %), с глубины 130 см увеличивается содержание среднего песка до 50 %. Распределение гранулометрических фракций по профилю почв не подчиняется каким-либо закономерностям. Во втором полуметре содержание физической глины и ила уменьшается
www.m-avu. narod. ru
71
А1
□
30.7 24Д 12.6 12 20.6
А1 о 273
273
НЕШ
1ЭЗ
и 2§> 31,7 223 Щ 12 из
В1 Ш 31,4 193 ЮЗ 14 233
44 3.4А56
В2
С
373
403 5Д6.66
.
Дерновая слоистая почва
А1
Ш.
■
Б2
■
Си
и Тік 18 IX) 111 273
153 173 1* 9,2 и.1 29,4
133 18Д 1Я,7 | 13 26,7
из 1ЯЗ ИЗ Э.* 123 15
Дерновая карбонатная почва
А1 О 30,4 : : : ■ 10 ззд
А1 О 32,4 19,4 7Д10,6 ЗОг4
В1 6,4 363 1ЯЗ М63 243
В2 «
ы *
553
1Д6 *,*1.<і
66
54
Луговая почва
Рисунок 1
Содержание фракций гранулометрического состава в профиле аллювиальных почв поймы р. Тобол, %
25,0-29,4 %. Содержание же физического песка колеблется от 49,3 до 54,0 %, причем содержание средней фракции его составляет 17,3-21,8 %.
Таким образом, гранулометрический состав пойменных почв р. Тобола преимущественно легко- и среднесуглинистый в нижней части профиля подстилается супесью. Среди различных подтипов аллювиальных почв наиболее тяжелыми являются лугово-болотные почвы с колебанием физической глины по профилю от 20,1 % до 46,5 %.
Химическая характеристика аллювиальных почв поймы реки Тобол. Почвы исследуемой поймы характеризуются низким содержанием гумуса. По содержанию гумуса аллювиальные почвы в основном малогумусные. В верхнем слое содержится 1,5-4 % гумуса, по профилю его количество хаотично изменяется и на глубине
соответственно до 12,2-20,6 % и 3-11,6 %. Содержание фракции физического песка заметно возрастает за счет мелкого песка (до 66,0 %).
Особенностью гранулометрического состава почв центральной поймы р. Тобола является непостоянство соотношений преобладающих фракций в разных частях профиля. Аллювиальные суглинистые наносы могут быть пылевато-песчаными, крупнопылевато-песча-ными, песчано-крупнопылеватыми, песчаными и крупнопылеватыми. Содержание гранулометрических фракций и их распределение по профилю исследуемых почв является следствием прежде всего неоднородности аллювиальных отложений на пойме и в значительно меньшей степени специфичности элементарных почвенных процессов.
Гранулометрический состав аллювиальной дерновой карбонатной почвы (разрез № 2) характеризуется высоким содержанием физической глины, что позволяет отнести ее к тяжелосуглинистой. В данном разрезе наблюдается равномерное распределение илистой фракции по профилю (рис. 1). По всему профилю в гранулометрическом составе преобладает фракция ила от
ниже 50 см не превышает 1,3-2,2 % (табл. 1).
Как показали наши исследования, валовые и подвижные запасы фосфора в аллювиальных почвах колеблются в больших пределах и обусловлены прежде всего особенностями материнской породы. В процессе почвообразования
Аграрный вестник Урала № 6 (98), 2012 г. -
Экология
Таблица 1
Химическая характеристика аллювиальных дерновых почв поймы р. Тобол
Тип почвы, часть поймы Генетические горизонты Глубина взятия образца, см с, £ муГ Я р Г идролитическая кислотность Сумма поглощенных оснований Емкость катионного обмена Степень насыщенности основаниями, % Содержание Валовое содержание, %
г /к г/ а сТ £ - £ о: р-Т О ї=К £ Рч
мг-экв./100 г почвы мг/100 г
Аллювиальная дерновая слоистая почва, прирусловая пойма А, 5-15 1,3 5,0 4,2 28,3 32,5 87,0 0,65 0,5 47,4 0,074 0,075 2,221
А, 22-32 1,6 6,0 3,8 32,0 35,8 89,3 0,65 2,1 47,8 0,080 0,042 2,874
В, 42-52 1,3 6,0 2,8 13,2 16,0 82,5 0,85 3,4 34,3 0,066 0,065 1,254
В, 72-82 1,5 6,0 3,0 14,0 17,0 82,3 0,75 4,1 34,8 0,077 0,090 2,241
В2 118-128 1,3 6,0 2,3 28,8 31,1 92,6 0,57 3,1 13,0 0,108 0,198 3,033
С 170-180 1,3 6,4 1,5 12,0 13,5 ,8 оо" 8 0,03 3,2 18,3 0,111 0,062 1,230
Аллювиальная дерновая карбонатная почва, притеррасная пойма А, 0-11 3,9 7,0 1,2 46,8 48,0 97,5 1,05 4,6 49,4 0,176 0,120 2,710
В,к 11-20 4,0 8,0 0,6 37,8 38,4 98,4 0,95 3,8 53,0 0,184 0,103 2,764
В2к 40-50 1,3 8,4 0,4 47,5 47,9 99,1 0,70 4,9 235,0 0,071 0,062 1,301
С к >165 2,2 8,4 1,2 49,8 51,0 97,6 0,80 3,1 149,0 0,107 0,066 2,743
Таблица 2
Химическая характеристика аллювиальной луговой и лугово-болотной почвы поймы р. Тобол
Тип почвы, часть поймы Генетические горизонты Глубина взятия образца, см % с, £ муГ Я р Гидролитическая кислотность Сумма поглощенных оснований Емкость катионного обмена Степень насыщенности основаниями, % Содержание Валовое содержание, %
/кг г/ а сТ £ - £ о: Рч" О £
мг-экв. / 100 г почвы мг /100 г
Аллювиальная луговая почва, центральная пойма А. 10-20 1,4 5,4 2,1 35,4 37,5 94,4 1,52 0,8 76,3 0,173 0,084 2,185
А. 28-38 3,0 7,0 1,5 27,5 29,0 94,8 0,80 3,7 84,1 0,143 0,057 2,784
В! 48-58 2,3 8,4 0,3 47,2 47,5 99,3 0,65 2,0 259,0 0,114 0,081 2,847
В2 59-69 1,0 7,6 0,9 47,8 48,7 98,1 0,65 3,4 163,5 0,056 0,060 2,383
В % 83-93 1,4 8,8 1,5 47,6 49,1 96,9 - 2,9 116,5 0,073 0,035 2,320
С 130-140 0,5 6,4 2,4 28,0 30,4 92,1 0,95 3,8 16,2 0,032 0,061 1,104
Аллювиальная лугово-болотная почва, прирусловая пойма А. 8-20 1,3 5,6 4,1 23,0 27,1 84,8 0,85 0,8 67,8 0,336 0,205 1,756
В1 30-42 3,7 5,8 6,0 27,5 33,5 82,0 0,65 0,7 35,5 0,172 0,081 3,101
В2 68-84 1,5 5,8 3,9 27,5 31,4 87,5 1,02 2,9 37,4 0,077 0,038 2,965
С % 100-110 1,2 6,0 3,0 16,7 19,7 84,7 2,45 5,0 44,9 0,064 0,317 2,844
материнская порода единственныи источник связано со степенью обогащения им первичных накопления почвенного это отмеча- минералов. В целинной почве фосфор аккуму-
ется практически на всех разрезах доследоемых лируется в верхнем слое благодаря растениям, почв. Содержание в почве валового фосфора корневые системы которых поглощают фосфор
из нижележащих горизонтов и переносят их вверх по профилю.
Калийный режим имеет благоприятную природную основу. Почвы поймы р. Тобол содержат большое количество природного калия. Это обусловлено обогащенностью тонкодисперсных фракций аллювия калийсодержащими смешаннослойными минералами.
Аллювиальная дерновая слоистая почва прирусловой поймы изначально не может иметь большое содержание гумуса, так как находится под воздействием двух факторов: периодической поемности и аллювиальности.
Гумусированность по профилю всей почвы имеет одинаковое содержание 1,3—1,6 %. Общие запасы валового фосфора незначительные и практически не изменяются с глубиной, исключение составляет горизонт В2, где концентрация его выше в 3 раза, чем в горизонте А Подвижного фосфора критически недостаточно, его количество увеличивается к горизонту В1 и с глубины от 40 до 180 см остается стабильным (табл. 1). Для аллювиальной дерновой слоистой почвы содержание калия в верхнем горизонте идентифицируется как очень высокое для зерновых или пропашных культур (по Кирсанову и Чирикову). Содержание азота низкое, что типично для всех аллювиальных почв пойм юга Тюменской области и связано с неустойчивым периодом почвообразовательного процесса. рНкс1характе-ризует данную почву как слабокислую. При этом реакция однородна по профилю, лишь в верхнем горизонте почв наблюдается небольшое подкис-ление. Емкость катионного обмена неоднородна по профилю, уменьшается с глубиной, затем резко увеличивается в слое 118-128 см, где, кстати, сосредоточено наибольшее содержание валового МРК.
Аллювиальная дерновая карбонатная почва в слое 0-20 см имеет 4 % гумуса, на глубине 50 см его количество составляет 1,3 %. Характерно, что максимум карбонатов находится в нижней части профиля на глубине 120-150 см, при этом вскипание происходит в горизонте В1 на глубине 18 см. Обеспеченность подвижным фосфором и азотом низкая. Реакция почвенной среды нейтральная в верхней части горизонта А (рН 7), вниз по профилю становится щелочной (рНкс1 8,4). Гидролитическая кислотность в верхней части гумусового горизонта составляет
1,2 мг-экв. / 100 г, в горизонте В2 снижается до
0,6 мг-экв. / 100 г почвы. Степень насыщенности основаниями высокая (97 %).
В аллювиальных луговых почвах мощность гумусового горизонта А1+В1 составляет около 58 см. В верхней части профиля почвы количество гумуса колеблется от 1,4 до 3 % и с глубиной скачкообразно снижается (табл. 2).
Запасы валовых, подвижных форм азота и фосфора незначительные. При этом происходит послойное изменение их концентрации по всему профилю изучаемой почвы. Концентрация подвижного калия превышает максимальное допустимое значение по Кирсанову от 3 до 8 раз. Наибольшее содержание калия отмечается в
центральной части почвенного разреза, а именно в горизонте В1 и В2, где его концентрация составляет 259 и 163,5 мг / 100 г почвы соответственно. В исследуемой почве значение реакции почвенной среды варьирует очень значительно. В слое 10-20 см почва обладает повышенной кислотностью (рНкс1 5,4), а на глубине 48-58 см и ниже по профилю почва носит щелочной характер с колебанием реакции среды от 7 до 8,8. Сумма поглощенных оснований максимальна в горизонте ВгВ8 и составляет 47 мг / 100 г почвы. Гидролитическая кислотность низкая и не превышает 2,4 мг-экв. / 100 г почвы. При небольшой величине гидролитической кислотности степень насыщенности основаниями высокая от 92,1 до 99,3 %.
Аллювиальные лугово-болотные почвы встречаются повсеместно во всех частях поймы в небольших микропонижениях. Почвы этого ряда характеризуются низким содержанием гумуса. В горизонте В1 его концентрация максимальна — 3,7 %, в этом же слое увеличивается гидролитическая кислотность до 6 мг-экв./100 г почвы. Содержание гумуса до некоторой степени определяется гранулометрическим составом. Так, горизонт А тяжелосуглинистый содержит 1,3 % гумуса, а глинистый горизонт В1 — 3,7 %. Данная почва наиболее богата валовым азотом (0,3 %) в верхнем слое относительно всех почв анализируемой поймы.
По данным химических анализов (табл. 2), сумма поглощенных оснований в лугово-болотной почве колеблется в пределах 16,7-27,5 мг / 100 г почвы. Вниз по профилю, по мере уменьшения содержания гумуса, она снижается. В целом по профилю установлена слабокислая реакция среды. Незначительное изменение рНкс1 от 5,6 до 6,0 наблюдается с глубиной.
Из выше изложенного следует, что по гумусовому состоянию пойменные почвы р. Тобола обладают низким потенциальным плодородием. Максимальное содержание гумуса (4,0 %) прослеживается в слое 0-20 см в аллювиальной дерновой карбонатной почве в притеррасной части.
Реакция почвенной среды в аллювиальных почвах изменяется от слабокислой до щелочной. Щелочной характер относится к луговой и дерновой карбонатной почве центральной и притеррасной части поймы.
Емкость катионного обмена в пойменных почвах варьирует в широких пределах (13,5-
51,0 мг-экв. / 100 г), наибольшим поглощением обладают аллювиальные луговые и дерновые карбонатные почвы.
Аллювиальные почвы поймы р. Тобол имеют низкое содержание валового азота. Среди типов почв наиболее высокое его содержание отмечается в лугово-болотной почве. Количество подвижной формы азота также довольно низкое. Максимальное значение наблюдалось в верхних слоях луговой и дерновой карбонатной почвы.
Общая обеспеченность аллювиальных почв валовым и подвижным фосфором в пойме р. Тобол средняя.
74
ммм. т-Э¥и. пегое!. ги
Выводы.
1. Почвам поймы р. Тобол присущ гранулометрический состав от среднесуглинистого до глинистого типа. В дерновой почве содержание физической глины уменьшается с 43,5 % в верхнем 0-50 см слое до 14,0 % на глубине 118-180 см. В структуре почвы от 27,9 % до 44,0 % занимает мелкий песок.
В составе фракций лугово-болотной почвы около 25 % занимает мелкий песок и от 23,6 до
38,0 % — ил. Содержание остальных фракций гранулометрического состава имеет практически равное соотношение.
Особенностью почв центральной поймы р. Тобол является непостоянство преобладающих фракций в разных частях профиля. Количество физической глины в слое 0-60 см составляет 42,8-49,3 %. Преобладающей фракцией до глубины 100 см является мелкий песок.
2. Содержание гумуса в аллювиальных дерновых почвах варьирует от критического до среднего (0,4-5,2 %). Эти почвы имеют слабокислую и близкую к нейтральной реакцию среды. Исключение составляют дерновые карбонатные почвы, имеющие слабощелочную реакцию (рНкс1 8,0-8,4). В связи с неоднородным гранулометрическим составом и различной гуму-сированностью дерновые почвы имеют высокую вариабельность емкости катионного обмена (13,5-60,0 мг-экв. / 100 г). Обеспеченность нитратным азотом аллювиальных дерновых почв классифицируется как очень низкая (0,1-
4,2 мг/кг). По содержанию подвижного фосфора почвы варьируют от очень низкого до высокого (0,1-17,7 мг / 100 г); средняя обеспеченность —
низкая. Содержание обменного калия очень высокое (13,0-235,0 мг / 100 г).
3. В луговых почвах основное содержание гумуса (1,4-5,5 %) сосредоточено в горизонтах А0-В Реакция среды в этих почвах изменяется от слабокислой до щелочной (рНкс1 5,4-8,8). Емкость поглощения (29,0-56,2 мг-экв. / 100 г) значительна в верхних горизонтах и снижается с глубиной. Из катионов до 80 % приходится на Са2+ и Mg2+. Содержание нитратного азота в аллювиальных луговых почвах очень низкое (0,10-1,52 мг/кг). Количество подвижного фосфора изменяется от очень низкого до среднего (0,1 —9,9 мг / 100 г). Обменным калием луговые почвы обеспечены очень высоко (16,2-259,0 мг / 100 г).
4. Лугово-болотные почвы имеют содержание гумуса в горизонтах А1-В1 в пределах 1,3—3,5 %. Низкое содержание гумуса в этих почвах связано с замедленной гумификацией растительных остатков. Для них свойственна слабокислая реакция почвенной среды (рНкс1 5,4-6,0). В горизонте ВСк почвы в пойме р. Пышма отмечена щелочная реакция среды (рН 9,0). Для них характерна значительная емкость поглощения (21,3-97,6 мг-экв. / 100 г).
Катионы почти на 90 % представлены Са2+ и М§2+. Содержание нитратного азота в аллювиальных лугово-болотных почвах очень низкое (0,1-2,45 мг/кг). Подвижный фосфор изменяется в пределах от 0,1 до 5,0 мг/100 г, что говорит о довольно низкой обеспеченности им, при этом его концентрация увеличивается с глубиной. Обеспеченность обменным калием очень высокая (21,4-91,5 мг / 100 г), некоторое повышение его отмечается в почвах содержащих карбонаты.
Литература
1. Балабко П. Н. Развитие учения о пойменном почвообразовании и проблемы классификация пойменных почв // Почвоведение. 1990. № 9. С. 28-33.
2. Добровольский Г. В. Почвы речных пойм центра Русской равнины. М. : Изд-во Моск. ун-та, 2005. 293 с.
3. Убугунова В. И. Аллювиальные почвы речных долин бассейна Селенги. Улан-Удэ : Изд-во БНЦ СО РАН, 1998. 235 с.
4. Макеева В. И. Некоторые свойства пойменных луговых почв Русской равнины // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 1978. № 1. С. 3-9.
5. Яблонских Л. А. История изучения поименных почв лесостепи // Вестник Воронежского ун-та. Химия-Биология. 2002. № 3. С. 25-31.
6. Каретин Л. Н. Почвы Тюменской области. Новосибирск : Наука, 1990. 286 с.
7. Шепелев А. И. Биологические ресурсы поймы средней Оби: динамика и прогноз. Томск : Красное Знамя, 1996. 212 с.
8. Шелест Л. Г. Пойменные почвы юго-востока Приморского края. Владивосток : ТИГ ДВО РАН, 2001. 168 с.
